KR100639303B1 - Plant seed or the anther-specific expression promoter derived from Perilla Japonica and seed or the anther-specific recombination vector comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 들깨에서 유래된 종자 특이적 발현 프로모터 유전자(PfFAD-3) 와 이를 함유한 식물체 종자 또는 꽃밥 특이적 발현 벡터가 포함되는 형질전환 식물체를 제공한다. 본 발명은 참깨종자에서 고발현이 가능한 프로모터를 개발하게 되었다. 이를 통해 다른 유지식물의 고발현 프로모터의 기술개발에 이용가능하며, 재현성과 재분화율이 높은 참깨의 재분화기술과 형질전환기술을 제공하며 나아가 식물체의 종자 또는 꽃밥 특이적으로 유용물질을 생산하거나, 기존의 종자 및 꽃밥의 생산 물질을 기능적으로 변형시키는 형질전환식물을 개발하는데 유용하게 사용될 수 있다. The present invention provides a transgenic plant comprising a seed specific expression promoter gene (PfFAD-3) derived from perilla and a plant seed or anther specific expression vector containing the same. The present invention has developed a promoter capable of high expression in sesame seeds. Through this, it can be used for the development of high-expression promoter of other oils and fats, and provides regeneration and transformation technology of sesame seeds with high reproducibility and regeneration rate. It can be usefully used to develop transgenic plants that functionally modify the production material of seeds and anthers.
들깨, PfFAD-3, 프로모터, 발현벡터, GUS, 바이너리 벡터Perilla, PfFAD-3, promoter, expression vector, GUS, binary vector
Description
도1은 본 발명의 들깨에서 분리된 PfFAD-3 게놈 유전자의 프로모터 부위 및 전사 시작부위의 염기서열(서열번호 1)을 나타낸 것이다.Figure 1 shows the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1) of the promoter region and the transcriptional start of the PfFAD-3 genomic gene isolated from perilla of the present invention.
도2는 본 발명의 PfFAD-3의 프로모터 영역을 GUS 유전자가 포함된 pBI101에 삽입하여 제조된 본 발명이 바이너리(binary) 벡터를 나타내는 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a binary vector of the present invention prepared by inserting the promoter region of PfFAD-3 of the present invention into pBI101 containing the GUS gene.
도3은 본 발명의 PfFAD-3 게놈 유전자의 프로모터 영역에서 140bp씩 순차적으로 결실시킨 결실구조와 이를 전기영동한 사진이다.Figure 3 is a photograph showing the deletion structure and electrophoresis of the deletion structure sequentially deleted by 140bp in the promoter region of the PfFAD-3 genomic gene of the present invention.
도4는 pPfFAD-3 바이너리(binary) 벡터와 pCaMV355 벡터가 각각 삽입된 아라비놉시스(Arabidopsis)에서 GUS의 발현정도를 나타내는 사진들이다.4 is a photograph showing the expression level of GUS in Arabidopsis in which pPfFAD-3 binary vector and pCaMV355 vector are inserted, respectively.
도5는 pPfFAD-3 바이너리(binary) 벡터와 pPfFAD-3를 결실시켜 제작된 9개의 바이너리(binary) 벡터, pBI121 바이너리(binary) 벡터를 아그로박테리아(Agrobacteria)에 도입하여 아라비놉시스(Arabidopsis)에 형질전환 후, pPfFAD-3 가 삽입된 아라비놉시스(Arabidopsis)의 종자에서 GUS가 발현되는 것을 보여주는 사진들이다.FIG. 5 illustrates the introduction of nine binary vectors and pBI121 binary vectors, prepared by deleting pPfFAD-3 binary vector and pPfFAD-3, into Agrobacteria, and then to Arabinopsis. After transformation, the photographs show that GUS is expressed in the seed of Arabidopsis inserted with pPfFAD-3.
도6은 도5에 있어서 pPfFAD-3 가 삽입된 아라비놉시스(Arabidopsis)의 꽃에서 GUS가 발현되는 것을 보여주는 사진들이다.FIG. 6 is a photograph showing that GUS is expressed in a flower of Arabidopsis inserted with pPfFAD-3 in FIG. 5.
본 발명은 들깨에서 유래된 종자 특이적 발현 프로모터 유전자(PfFAD-3) 와 이를 함유한 식물체 종자 또는 꽃밥 특이적 발현 벡터가 포함되는 형질전환 식물체를 제공하는 것이다.The present invention provides a transgenic plant comprising a seed specific expression promoter gene (PfFAD-3) derived from perilla and a plant seed or anther specific expression vector containing the same.
식물 지방산조성의 생명공학적 변환기술이 성공하기 위해서는 관련된 유전자의 존재는 물론이고, 발현조절지역 (promoter와 terminator)들이 이 유전자들의 발현에 필수적이라는 사실이 증명되었다(Science 1995, 268:681-686). 또한 ω-3지방산 합성유전자가 처음으로 식물의 형질전환기술에 도입된 것은 Hamada 등Transgenic Res. 1996, 5:115-121)에 의해서 담배에서 시도되었고, 이 유전자에 의해 형질전환된 담배의 잎과 뿌리에서는 그 유전자의 전사물이 현저히 상승되었지만, 안티센스에서는 그 반대의 현상이 나타났다는 보고를 통하여 이 유전자가 식물지방산의 조성을 변환시킬 수 있음을 입증한 바 있다. 이어서 Martin 등 (Eur. J. Biochem. 1999, 262:283-290)은 감자 잎에서 분리한 ω-3지방산 합성유전자를 안티센스기술을 사용하여 감자를 형질전환시킨 결과 감자의 괴경과 잎에서 이 유전자의 전사물의 양이 훨씬 낮아졌다는 연구결과를 발표하였다. 또한 현재까지 알려진 바에 의하면 이러한 기술이 도입된 유지작물은 유채와 대두로서 주로 가공 중에 일어나는 산패를 최대한 방지하기 위해서 불포화지방산의 함량을 가능한 감소시키든가 아니면 탄소길이가 보다 짧은 지방산들, 예를 들면 capric acid의 함량을 증가시키기 위한 기술들이 개발되어 있다 (Lipids 1996, 31:557-569; Curr. Opin. Plant Biol. 1999, 2:123-127; Curr. Opin. Biotech. 1999, 10:175-180; Nature Biotech. 1999, 17:593-597). In order for the biotechnological transformation of plant fatty acids to be successful, it has been demonstrated that expression and regulatory regions (promoters and terminators) are essential for the expression of these genes, as well as the presence of related genes (Science 1995, 268: 681-686). . In addition, ω-3 fatty acid synthesis gene was first introduced into the plant transformation technology, Hamada et al Transgenic Res. 1996, 5: 115-121) in tobacco and the transgenic transcripts of tobacco transformed by this gene significantly increased, but antisense reported the opposite. The gene has been shown to alter the composition of plant fatty acids. Martin et al. (Eur. J. Biochem. 1999, 262: 283-290) describe the transformation of potato from anti-sense ω-3 fatty acid genes isolated from potato leaves. The study found that the amount of transcripts in the mice was much lower. It is also known that oilseed crops incorporating this technique are rapeseed and soybeans, primarily fatty acids with shorter carbon or shorter carbon lengths, such as caprics, to minimize rancidity during processing. Techniques for increasing the content of acid have been developed (Lipids 1996, 31: 557-569; Curr. Opin. Plant Biol. 1999, 2: 123-127; Curr. Opin. Biotech. 1999, 10: 175-180 Nature Biotech. 1999, 17: 593-597).
한편 참깨종자에 함유된 지방산중 약 80%가 oleic acid 와 linoleic acid로 편중되어 있으며, 중요한 기능을 지닌 linolenic acid (ω-3 지방산)의 합성은 거의 일어나지 않기 때문에 linolenic acid의 함량이 극히 낮으나 생체내에서 생합성 되지 않는 필수지방산인 오메가-3 지방산(linolenic acid)은 고혈압 및 알레르기성 질환 등의 성인병을 일으키는 eicosenoic acid 합성을 억제하고 학습능력 향상 및 수면 연장 효과 등의 생체 조절 기능이 있는 것으로 알려져 있고 오늘날 경제성장과 함께 평균 수명의 증가로 인해 양보다 질을 중요시 하여 건강에 도움을 주는 기능성 식품을 선호하는 방향으로 바꾸어 가고 있다. On the other hand, about 80% of the fatty acids in sesame seeds are concentrated into oleic acid and linoleic acid, and since linolenic acid (ω-3 fatty acid), which has important functions, is hardly synthesized, the content of linolenic acid is extremely low, but in vivo Omega-3 fatty acid (linolenic acid), an essential fatty acid that is not biosynthesized, is known to inhibit the synthesis of eicosenoic acid that causes adult diseases such as hypertension and allergic diseases, and has bioregulatory functions such as improving learning ability and prolonging sleep. With economic growth, the average life expectancy is increasing, making quality more important than quantity.
그러나 식물ω-3 유전자의 프로모터에 관한 연구는 아직 기초연구에 불과한 실정이다(Plant Mol. Biol. 1995, 29:599-609). 또한 참깨의 형질전환이 가능한 식물벡터의 합성이 거의 전무하고, 참깨에서만 특이적으로 발현하는 프로모터에 관한 정보가 없는 실정이다. 따라서 참깨의 형질전환기술에 관련된 연구도 극히 미진하여 참깨의 생명공학 기술을 응용한 기능성 참깨의 실용화를 위해서는 상기 기술의 개발이 필요성이 대두되었다.However, the study of the promoter of the plant ω-3 gene is still only basic research (Plant Mol. Biol. 1995, 29: 599-609). In addition, there is almost no synthesis of plant vectors capable of transforming sesame seeds, and there is no information on a promoter specifically expressed in sesame seeds. Therefore, the research related to the transformation technology of sesame is very poor, and the development of the above technique is required for the practical use of the functional sesame applied the biotechnology technology of sesame seeds.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 들깨에서 유래된 종자 또는 꽃밥에 특이적인 발현 프로모터 유전자(PfFAD-3)의 염기서열을 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a nucleotide sequence of the expression promoter gene (PfFAD-3) specific to seed or anther derived from perilla.
본 발명의 다른 목적은 들깨에서 유래된 종자 또는 꽃밥에 특이적인 발현 프로모터 유전자(PfFAD-3)를 함유하는 재조합 벡터를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a recombinant vector containing an expression promoter gene (PfFAD-3) specific for seed or anther derived from perilla.
본 발명의 또 다른 목적은 식물체 종자 또는 꽃밥 특이적 재조합 벡터로 형질전환된 식물체를 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to provide a plant transformed with a plant seed or anther specific recombinant vector.
본 발명은 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 식물체의 종자 또는 꽃밥 특이 적 발현 프로모터 유전자에 관한 것으로 보다 상세하게는 본 발명의 서열번호 1의 501 내지 954 또는 1086 내지 1360은 조직 특이적 단편인 것을 특징으로 하는 식물체의 종자 또는 꽃밥 특이적 발현 프로모터에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 프로모터 유전자를 함유하는 재조합 벡터에 관한 것으로 보다 상세하게는 상기 프로모터 유전자를 바이너리(binary) 벡터에 포함시키는 것을 특징으로 하는 재조합 벡터와 함께 상기 재조합 벡터가 포함되는 형질전환 식물체에 관한 것이다.The present invention relates to a seed or anther specific expression promoter gene of a plant represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, more specifically, 501 to 954 or 1086 to 1360 of SEQ ID NO: 1 of the present invention is a tissue specific fragment. A seed or anther specific expression promoter of a plant characterized by. The present invention also relates to a recombinant vector containing the promoter gene, and more particularly, to a transgenic plant including the recombinant vector together with a recombinant vector, wherein the promoter gene is included in a binary vector. will be.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1의 식물체의 종자 및 꽃밥 특이적 프로모터 유전자를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides seed and anther specific promoter genes of the plant of SEQ ID NO: 1.
상기 서열번호 1의 염기서열은 ABA에 반응하는 요소인 ABRE 모티프(motif)와 CE 1이 존재하였다. 또한 지베렐린(gibberellin)에 반응하는 요소인 TATC box와 P box 가 존재하였다. PfFAD-3가 종자 및 꽃밥 특이적으로 발현을 하므로 종자 특이적으로 발현을 하게 하는 RY 반복 모티프(repeat motif)와 내배유(endosperm)에 특이적으로 발현을 하게 하는 GCN4 모티프(motif)와 Skin 1 모티프(motif)가 포함된다(실시예 4 참조).In the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, there was an ABRE motif and CE 1 which are elements that respond to ABA. In addition, TATC box and P box, which are elements that respond to gibberellin, existed. PfFAD-3 specifically expresses seed and anther specifically, so that it specifically expresses RY repeat motif and endosperm that express seed specificly and GCN4 motif and Skin 1 motif (motif) is included (see Example 4).
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 식물체의 종자 또는 꽃밥 특이적 프로모터 유전자가 함유된 재조합 벡터를 제공한다. In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a recombinant vector containing the seed or anther specific promoter gene of the plant.
바람직하게는, 본 발명의 식물체 종자 또는 꽃밥 특이적 재조합 벡터는 본 발명의 PfFAD-3 프로모터 유전자, 즉 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 것을 특징 으로 한다. 또한 본 발명의 프로모터는 바이너리 벡터에 함유된 외래유전자와 전사가 가능하게 결합되어 있으며, 본 발명에서는 그 예로서 리포터 유전자인 GUS유전자가 함유된 pBI101벡터에 본 발명의 프로모터를 삽입하여 바이너리 벡터(실시예 2 참조)를 제작하였으며 이를 이용하여 식물체의 형질전환을 실시하였다.Preferably, the plant seed or anther specific recombinant vector of the present invention is characterized in that it comprises the PfFAD-3 promoter gene of the present invention, that is, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. In addition, the promoter of the present invention is capable of transcriptional coupling with foreign genes contained in the binary vector.In the present invention, for example, the promoter of the present invention is inserted into a pBI101 vector containing the GUS gene, which is a reporter gene, to perform a binary vector. Example 2) was used to transform plants.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 본 발명의 식물체 종자 또는 꽃밥 특이적 재조합 벡터로 형질전환된 식물세포 또는 식물체를 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a plant cell or plant transformed with the plant seed or anther specific recombinant vector of the present invention.
바람직하게는 상기 식물체의 종자 및 꽃밥 특이적 재조합 벡터가 바이너리 벡터인 경우에는 dip-floral 방법에 따라 식물체를 형질전환시킬 수 있다. 본 발명의 식물체 종자 또는 꽃밥 특이적 재조합벡터는 식물체의 종류에 상관없이 어떤 식물체도 형질전환시킬 수 있으나, 본 발명에서는 아라비돕시스와 참깨의 형질전환만을 실시예로 제공하였다(실시예 5,9 참조).Preferably, when the seed and anther specific recombinant vector of the plant is a binary vector, the plant may be transformed according to a dip-floral method. The plant seed or anther specific recombinant vector of the present invention can transform any plant regardless of the type of plant, but in the present invention, only transformation of Arabidopsis and sesame was provided as an example (see Examples 5 and 9). .
이하 본 발명의 구체적인 구성 및 작용효과를 실시예를 통하여 설명하고자 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명의 권리범위는 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter will be described the specific configuration and effect of the present invention through the examples. However, the following examples are only examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1 : 게놈워커 PCR(GenomeWalker PCR) Example 1 GenomeWalker PCR
Universal GenomeWalkerTM Kit (ClONTECH)을 사용하여 게놈워커(genomewalker) PCR을 수행하였다. PCR-based GenomeWalker DNA Walking 방법은 준비된 일부분의 cDNA 또는 DNA 염기서열로부터 인접부위의 알려지지 않은 지노믹 DNA 염기서열을 확보하는데 이용되어왔다. Genomewalker PCR was performed using the Universal GenomeWalker ™ Kit (ClONTECH). PCR-based GenomeWalker DNA Walking methods have been used to obtain unknown genomic DNA sequences from adjacent regions from the prepared cDNA or DNA sequences.
제1단계 : 전체 게놈 DNA 분리 Step 1: Isolate Whole Genomic DNA
어린 들깨(수원 엽실 들깨)의 잎 조직 300mg을 액체 질소를 이용하여 고운 가루로 만든 후 500 ㎕의 CTAB 버퍼 (0.25 M NaCl, 0.2 M Tris-Cl pH 8.0, 2.5% PVP, 50 mM EDTA, 0.1% β-머캅토에탄올(β-mercapto ethanol)를 넣고 68℃에서 10 분 방치하였다. 그런 후 이곳에 동량의 클로로포름(chloroform):IAA(24:1/v:v)을 넣어 13,000rpm의 속도로 10 분 동안 원심분리하였다. 상층액만 회수하여 이곳에 다시 동량의 페놀(phenol):크로로포름(chloroform):IAA (25:24:1/v:v:v)을 넣어 13,000rpm으로 10 분 동안 원심분리 하였다. 상층액의 부피에 0.6배에 해당하는 이소프로판올(isopropanol)을 넣어 -20℃에서 1 시간 방치한 다음, 13,000rpm의 속도로 20 분간 원심분리 하였다. 펠렛을 얻고 이를 다시 70% 에탄올로 washing한 다음 50 ㎕의 증류수를 넣어 녹였다. RNA가 남아 있는 경우에는 RNase (10 mg/㎖)를 사용하여 RNA를 제거하였다. 300 mg of leaf tissues of young perilla (Oleum perilla perilla) are made of fine powder with liquid nitrogen and then 500 μl of CTAB buffer (0.25 M NaCl, 0.2 M Tris-Cl pH 8.0, 2.5% PVP, 50 mM EDTA, 0.1%). β-mercaptoethanol (β-mercapto ethanol) was added and left for 10 minutes at 68 ° C. Then, an equal amount of chloroform: IAA (24: 1 / v: v) was added thereto at a speed of 13,000 rpm. After centrifugation, only supernatant was collected and the same amount of phenol: chloroform: IAA (25: 24: 1 / v: v: v) was added thereto for 10 minutes at 13,000 rpm. 0.6 times isopropanol (isopropanol) was added to the volume of the supernatant and allowed to stand at -20 ° C for 1 hour, followed by centrifugation for 20 minutes at a speed of 13,000 rpm. After washing, 50 μl of distilled water was added to dissolve the RNA, and RNA was removed using RNase (10 mg / ml).
제2단계 : 게놈 DNA 절단(Genomic DNA digestion) Stage 2: Genomic DNA digestion
Genomic DNA (0.1 ㎍/㎕) 25 ㎕에 키트에서 제공하는 PvuII, DraI, EcoRV, StuI 등의 제한효소를 8 ㎕씩 넣고 이곳에 각각의 제한효소에 해당하는 10× 제한 효소 버퍼(buffer) 10 ㎕를 넣은 다음, 증류수 57㎕를 넣어 총 부피를 100 ㎕로 조정하였다. 그런 다음 잠깐 동안 볼텍싱(vortexing)하고 37℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 다시 약한 속도로 5-10초 동안 볼텍싱(vortexing)한 다음, 이를 37℃에서 18시간 반응시켰다. 배양 후 각각의 튜브에서 5 ㎕씩 취하여 0.5% 아가로즈 겔에서 전기영동하여 완전히 분해되었는지 여부를 확인하였다. Into 25 μl of Genomic DNA (0.1 μg / μl), add 8 μl of restriction enzymes such as Pvu II, Dra I, Eco RV, and Stu I provided in the kit, and place the 10 × restriction enzyme buffer corresponding to each restriction enzyme ( buffer) 10 µl was added, and 57 µl of distilled water was added thereto to adjust the total volume to 100 µl. It was then vortexed briefly and reacted at 37 ° C. for 2 hours. After vortexing for 5-10 seconds at a low speed, it was reacted at 37 ° C for 18 hours. After incubation, 5 μl of each tube was taken and subjected to electrophoresis on 0.5% agarose gel to confirm complete degradation.
제3단계 : DNA 정제(purification)Third step: DNA purification
각각의 효소으로 자른 genomic DNA에 동량 (95 ㎕)의 phenol을 넣어 5-10 초 동안 볼텍싱(vortexing)한 다음 상층액만 분리하였다. 다시 이곳에 동량 (95 ㎕)의 클로로포름(chloroform)을 넣어 다시 5-10 초 동안 볼텍싱(vortexing)하였다. 상층액만 분리하여 이곳에 총 부피의 2배에 해당하는 95% 에탄올과 0.1 배의 3 M sodium acetate (pH 4.5)와 20 ㎍의 글리코겐(glycogen)을 넣어 5-10초간 볼텍싱(vortexing)하고 13,000rpm의 속도로 10 분간 원심분리하였다. 상층액을 버리고 펠렛을 얼음에서 차갑게 유지시킨 80% 에탄올로 세척하였다. 13,000rpm의 속도로 5 분간 원심분리하여 상층액을 버리고 펠렛을 말렸다. 이곳에 20 ㎕ TE (10 mM Tris-Cl pH 7.5, 1 mM EDTA)를 넣어 녹인 다음, 5-10 초 동안 볼텍싱(vortexing)하였다. 각각의 튜브에서 1 ㎕ 씩 사용하여 0.5% 아가로즈 겔에 전기영동하여 완전히 분해되었는지를 확인하였다. Each An equal amount (95 μl) of phenol was added to genomic DNA cut with enzyme, vortexed for 5-10 seconds, and only the supernatant was separated. Again, an equal amount (95 μl) of chloroform was added thereto and vortexed for 5-10 seconds. Only the supernatant was separated and vortexed for 5-10 seconds with 95% ethanol, 0.1 times 3 M sodium acetate (pH 4.5) and 20 μg of glycogen, twice the total volume. It was centrifuged for 10 minutes at the speed of 13,000 rpm. The supernatant was discarded and the pellet washed with 80% ethanol, kept cold on ice. The supernatant was discarded by centrifuging for 5 minutes at a speed of 13,000 rpm and the pellet dried. 20 μl TE (10 mM Tris-Cl pH 7.5, 1 mM EDTA) was dissolved in the solution, and then vortexed for 5-10 seconds. 1 μl of each tube was used for electrophoresis on 0.5% agarose gel to ensure complete degradation.
제4단계 : 게놈워커 어댑터 라이게이션 (GenomeWalker adaptor ligation)Step 4: GenomeWalker adapter ligation
효소으로 처리한 다음 게놈워커 어댑터(GenomeWalker adaptor) (25 μM) 1.9 ㎕와 T4 DNA 리가아제(ligase) (1 유닛/㎕) 0.5 ㎕를 넣고 해당하는 5× 라이게이션 버퍼(ligation buffer) 1.6 ㎕를 넣은 후 16℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 이를 70℃에서 5 분 동안 방치하여 반응을 중지시킨 다음, 각각의 튜브에 72 ㎕ TE (10 mM Tris-Cl pH 7.5, 1 mM EDTA)를 넣어 5-10 초간 볼텍싱(vortexing)하였다. 이 후 -20℃에 보관하면서 PCR 반응을 위한 주형으로 사용하였다. Treated with enzyme and then the genome walker adapter (GenomeWalker adaptor) (25 μM) 1.9 ㎕ with T4 DNA ligase (ligase) (1 unit / ㎕) 5 × ligation buffer (ligation buffer) 1.6 ㎕ corresponding insert the 0.5 ㎕ After the reaction, the reaction was carried out at 16 ° C. for 12 hours. The reaction was stopped by leaving it at 70 ° C. for 5 minutes and then vortexed for 5-10 seconds by adding 72 μL of TE (10 mM Tris-Cl pH 7.5, 1 mM EDTA) to each tube. It was then used as a template for PCR reaction while stored at -20 ℃.
제5단계 : GenomeWalker PCRStep 5: GenomeWalker PCR
다음과 같은 조건으로 PCR을 실행하였다. PCR was performed under the following conditions.
<첫번째 PCR> <First PCR>
주형으로 게놈워커 도서관 DNA(GenomeWalker library DNA)(0.1 ㎍/㎕) 1㎕를 사용하고 키트에서 제공하는 어댑터(adaptor) 프라이머 (AP1, 10 pmole/㎕) 1㎕와 gene specific 프라이머 1(GSP1, 10 pmole/㎕) 1㎕를 함께 섞었다. 이곳에 25mM MgCl2 3㎕와 10 mM dNTP mixture 2㎕를 넣은 후 1 유닛의 Taq 중합효소(polymerase)(promega)와 그에 해당하는 10× PCR 버퍼(buffer)를 넣고 증류수로 총 부피를 50 ㎕로 조정하였다. 그런 후 94℃에서 25초, 65℃에서 3분 동안 7번, 94℃에서 25초, 62℃에서 3분 동안 32번 반응시킨 다음 마지막 cycle 후 추가적으로 62℃에서 7분 동안 반응시켰다. AP1과 GSP1 프라이머의 서열는 각각 5‘-GTAATACGAC TCACTATAGG GC-3', 5'-GCGGCGACGT CCCAAACGAC GTAGCTCAA-3' 이었다. Using 1 μl of GenomeWalker library DNA (0.1 μg / μl) as a template, 1 μl of adapter primer (AP1, 10 pmole / μl) provided in the kit and gene specific primer 1 (GSP1, 10) pmole / μl) 1μl were mixed together. Add 3 μl of 25 mM MgCl2 and 2 μl of 10 mM dNTP mixture, add 1 unit of Taq polymerase (promega) and the corresponding 10 × PCR buffer, and adjust the total volume to 50 μl with distilled water. It was. Then, the reaction was performed 25 times at 94 ° C., 7 times for 3 minutes at 65 ° C., 25 seconds at 94 ° C., and 32 times at 62 ° C. for 3 minutes, followed by an additional 7 minutes at 62 ° C. after the last cycle. The sequences of AP1 and GSP1 primers were 5'-GTAATACGAC TCACTATAGG GC-3 'and 5'-GCGGCGACGT CCCAAACGAC GTAGCTCAA-3', respectively.
<두번째 PCR> <Second PCR>
게놈워커 첫번째 PCR 산물(GenomeWalker first PCR product)을 1/50로 희석해서 이중 1㎕를 주형으로 사용하고, 여기에 kit에서 제공하는 어댑터(adaptor) 프라이머 2(AP2, 10 pmole/㎕) 1㎕와 gene specific 프라이머 2(GSP2, 10 pmole/㎕) 1 ㎕를 함께 섞었다. 이곳에 25mM MgCl2 3㎕와 10mM dNTP mixture 2㎕를 넣고 1유닛의 Taq 중합효소(polymerase)(promega)와 그에 해당하는 10×PCR 버퍼(buffer)를 넣고 증류수를 넣어 총 부피를 50㎕로 조정하였다. 그런 후 94℃에서 25초, 65℃에서 3분 동안 5번, 94℃에서 25초, 62℃에서 3분 동안 20번 반응시키고 마지막 cycle 후 추가적으로 62℃에서 7분 동안 반응시켰다. AP2과 GSP2 프라이머의 서열는 각각 5‘-ACTATAGGGC ACGCGTGGT-3', 5'-AACCTCTCCA TCAGCGCCAC TCTTCGAGA-3' 이었다. Dilute the GenomeWalker first PCR product to 1/50 and use 1 μl of this as a template, and add 1 μl of adapter primer 2 (AP2, 10 pmole / μl) provided in the kit. 1 μl of gene specific primer 2 (GSP2, 10 pmole / μl) was mixed together. 3 μl of 25 mM MgCl 2 and 2 μl of 10 mM dNTP mixture were added, 1 unit of Taq polymerase (promega) and the corresponding 10 × PCR buffer were added, and distilled water was added to adjust the total volume to 50 μl. . Then, 25 seconds at 94 ° C, 5 times for 3 minutes at 65 ° C, 25 seconds at 94 ° C, 20 times at 3 ° C for 62 minutes, and then at 62 ° C for 7 minutes after the last cycle. The sequences of AP2 and GSP2 primers were 5′-ACTATAGGGC ACGCGTGGT-3 ′ and 5′-AACCTCTCCA TCAGCGCCAC TCTTCGAGA-3 ′, respectively.
PCR 산물 중 각각 5㎕를 사용하여 1.5% 아가로즈 겔에 걸어서크기를 확인하였다. 겔상에서 보이는 밴드는 다음에서 서술할 겔 추출 키트(gel extraction kit)을 이용하여 순수 분리한 다음, pCR 2.1kb TOPO 벡터에 클로닝하였다. 5 μl of each of the PCR products was used to determine size by hanging on a 1.5% agarose gel. The band visible on the gel was purely separated using a gel extraction kit described below, and then cloned into a pCR 2.1 kb TOPO vector.
실시예 2 : Example 2: 특정 DNA 절편의 순수 분리Pure separation of specific DNA fragments
특정 DNA 절편의 순수 분리는 겔 추출 키트(gel extraction kit) (Q·BIOGENE, Korea)을 이용하여 분리하였다. DNA 절편이 포함되어 있는 부위의 아가로즈 겔을 절단하여 무게를 측정하였다. 잘려진 절편을 1.5 ㎖ 튜브에 넣어 겔 0.1g 당 100㎕의 GENECLEANⓡ Turbo 용액을 넣어 55℃에서 5분 정도 방치하여 겔을 녹였 다. 겔이 완전히 녹은 다음 이를 GENECLEANⓡ Turbo Catridge와 cap-less Catch 튜브로 구성된 유닛에 옮겼다. 13,000rpm으로 5 초간 원심분리하고 Catch 튜브에 모인 용액을 버린 다음 GENECLEANⓡ Turbo Catridge에 모인 GENECLEANⓡ Turbo Wash 500 ㎕을 넣어 5 초간 원심분리하였다. Catch 튜브에 모인 용액을 버리고 다시 GENECLEANⓡ Turbo Catridge에 모인 GENECLEANⓡ Turbo Wash 500 ㎕을 넣어 5 초 동안 원심분리하였다. 남아있는 에탄올 여액를 제거하기 위해 2 분 동안 13,000 rpm으로 원심분리하였다. GENECLEANⓡ Turbo Catridge를 새로운 1.5 ㎖ 튜브에 넣은 다음, 이곳에 20 ㎕ 증류수를 넣어 5 분 동안 방치하였다. 이 후 13,000rpm으로 1 분간 원심분리하여 원하는 DNA 절편을 순수 분리하였다. Pure separation of specific DNA fragments was carried out using a gel extraction kit (Q · BIOGENE, Korea). The agarose gel of the site containing the DNA fragments was cut and weighed. The cut sections were placed in a 1.5 ml tube, and 100 µl of GENECLEAN® Turbo solution per 0.1 g of gel was added and left at 55 ° C. for 5 minutes to dissolve the gel. After the gel was completely dissolved, it was transferred to a unit consisting of a GENECLEAN® Turbo Catridge and a cap-less catch tube. After centrifugation at 13,000 rpm for 5 seconds, the solution collected in the catch tube was discarded, and 500 µl of GENECLEAN® Turbo Wash collected in GENECLEAN® Turbo Catridge was added and centrifuged for 5 seconds. The solution collected in the catch tube was discarded, and 500 µl of GENECLEAN® Turbo Wash collected in the GENECLEAN® Turbo Catridge was added and centrifuged for 5 seconds. Centrifuge at 13,000 rpm for 2 minutes to remove remaining ethanol filtrate. GENECLEAN® Turbo Catridge was placed in a new 1.5 ml tube, and then 20 µl of distilled water was added thereto for 5 minutes. Thereafter, centrifugation was performed for 1 minute at 13,000 rpm to purely separate the desired DNA fragments.
실시예 3 : PCR 2.1kb TOPO 벡터 클로닝Example 3 PCR 2.1 kb TOPO Vector Cloning
겔상에서 보이는 band는 위에서 말한 겔 추출 키트(gel estraction kit)을 이용하여 순수분리한 다음 pCR 2.1kb Topo 벡터 (Invitrogen)에 클로닝하였다. PCR 생성물 4 ㎕에 Topo 벡터 1 ㎕와 sterile water 1 ㎕를 넣어 반응시킨 후, 상온에서 5 분 동안 배양하였다. 반응시킨 생성물중 2㎕를 준비된 one shot competent cell에 넣은 후 얼음에 30분 동안 두었다. 42℃에서 30초 동안 열충격(heat shock)을 준 다음 즉각 얼음으로 튜브를 옮긴 후 500㎕의 LB media를 넣은 후 37℃에서 1시간 동안 배양하였다. 배양액 중 150 ㎕를 X-gal(50 ㎎/㎖)과 엠피실린(ampicillin)(50 ㎎/㎖)이 포함된 플레이트에 도포하고, 37℃에서 12시간 이상 배양하여, 삽입체(inser)t가 라이게이션(ligation)이 된 형질 전환체인 white colony 를 선별하였다. 게놈워킹(Genome Walking)을 통해 얻어진 클론에 대해서 염기서열을 작성하였다. The band seen on the gel was purified using the gel extraction kit (gel estraction kit) described above and then cloned into pCR 2.1kb Topo vector (Invitrogen). 4 μl of the PCR product was added with 1 μl of Topo vector and 1 μl of sterile water, followed by incubation at room temperature for 5 minutes. 2 μl of the reacted product was placed in a prepared one shot competent cell and placed on ice for 30 minutes. Heat shock was applied at 42 ° C. for 30 seconds, and then the tube was immediately transferred to ice. 500 μl of LB media was added thereto, followed by incubation at 37 ° C. for 1 hour. 150 μl of the culture solution was applied to a plate containing X-gal (50 mg / ml) and ampicillin (50 mg / ml), and incubated at 37 ° C. for at least 12 hours. White colony, a transformed ligation, was selected. Base sequences were generated for clones obtained through genome walking.
실시예 4 : DNA 염기서열 분석 및 작성Example 4 DNA Sequence Analysis and Preparation
자동염기서열분석(Automatic 서열)을 이용하여 염기서열을 결정하였다. Base sequences were determined using automatic sequencing (Automatic sequence).
상술한 GenomeWalker PCR을 통해 들깨에서 FAD3의 프로모터 분리하기 위하여, 들깨에서 PfFAD-3의 프로모터를 클로닝하기 위하여 위에서 기술한 대로 게놈 DNA(genomic DNA)를 분리하여 4개의 도서관(library)을 제작하였다. 각각의 도서관(library)을 대상으로 어댑터(adaptor) 프라이머와 PfFAD3 유전자를 토대로 작성한 유전자 특이적 프라이머(gene specific primer, GSP)를 이용하여 PCR을 실행한 결과, PvuⅡ 도서관(library)에서 1598bp의 게놈 클론(genomic clone)을 얻었다. 상기 게놈 클론(genomic clone)은 염기서열내에 PfFAD-3 RNA로 전사되는 서열를 포함하고 있었다. 이렇게 해서 1485bp의 프로모터를 얻었다(도1참조).In order to isolate the promoter of FAD3 from perilla by the above-described GenomeWalker PCR, four libraries were prepared by separating genomic DNA as described above to clone the promoter of PfFAD-3 from perilla. PCR was performed on each library using a gene specific primer (GSP) based on an adapter primer and a PfFAD3 gene. As a result, a genome clone of 1598bp was obtained from the PvuII library. (genomic clone) was obtained. The genomic clone contained a sequence to be transcribed into PfFAD-3 RNA in a nucleotide sequence. Thus, a promoter of 1485 bp was obtained (see FIG. 1).
한편 상기 프로모터의 기능을 살펴보기 위하여 PfFAD3 프로모터의 시스-엘리먼트(cis-element)를 PlantCARE로 분석한 결과 ABA에 반응하는 요소인 ABRE 모티프(motif)와 CE 1이 존재하였다. 또한 지베렐린(gibberellin)에 반응하는 요소인 TATC box와 P box 가 존재하였다. PrFAD-3가 종자특이적으로 발현을 하므로 종자 특이적으로 발현을 하게 하는 RY repat 모티프(motif)가 있었으며 내배유(endosperm)에 특이적으로 발현을 하게 하는 GCN4 모티프(motif)와 Skin 1 모티프(motif)가 발견되었다(표1참조).Meanwhile, in order to examine the function of the promoter, the cis-element of the PfFAD3 promoter is used. Analysis by PlantCARE revealed the ABRE motif and CE 1, which are elements that respond to ABA. In addition, TATC box and P box, which are elements that respond to gibberellin, existed. As PrFAD-3 expresses seed-specifically, there was RY repat motif (motif) to express seed-specifically. ) Was found (see Table 1).
[표1]Table 1
PfFAD-3 유전자의 5`-플랭킹(flangking) 구역에서 추정되는 시스-엘리먼트(시스-엘리먼트(cis-element))Cis-element (cis-element) estimated in the 5′-flangking region of the PfFAD-3 gene
실시예 5 : 프로모터-GUS fusion 개열지도 작성Example 5 Promoter-GUS Fusion Fusion Mapping
제1단계 : 프로모터 분리Step 1: Promote Detachment
PuvⅡ-PrFAD-3의 프로모터를 분리하기 위하여 프로모터의 5‘과 3’ 쪽에 각각 HindⅢ와 SacⅠ의 제한 효소 염기서열을 포함하여 센스(sense)와 안티센스(antisense) 프로모터를 각각 제작하였다. PuvⅡ-PrFAD3.3(100 ng/㎕)를 주형으로 사용하고 프라이머(25 pmole/㎕), 25 mM MgCl2 3㎕와 10 mM dNTP 혼합물 1 ㎕를 넣 은 후 1 유닛의 Taq 중합효소(polymerase)(promega) 와 해당하는 10× PCR 버퍼(buffer)를 넣고 증류수를 넣어 총 부피를 50 ㎕로 조절하였다. 94℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 30초 동안 25번을 반복하였다. 마지막은 72℃에서 10분간 더 반응시켰다. 위의 조건을 통해 PCR을 실행한 후 형성된 절편에 대해서는 위에서 이미 기술한 바 있는 VIOGENE 겔 추출 키트(gel extraction kit)을 이용하여 순수 분리하였다. 얻은 산물을 pGEM 벡터(Promega)에 sub클로닝 하였다. In order to isolate the promoter of PuvII-PrFAD-3, a sense and antisense promoter was prepared by including restriction enzyme sequences of HindIII and Sac I on 5 'and 3' sides of the promoter, respectively. PuvII-PrFAD3.3 (100 ng / μl) was used as a template, primer (25 pmole / μl), 3 μl of 25 mM MgCl 2 and 1 μl of 10 mM dNTP mixture were added, followed by 1 unit of Taq polymerase ( promega) and the corresponding 10 × PCR buffer were added and distilled water was added to adjust the total volume to 50 μl. 25 times were repeated for 30 seconds at 94 ° C, 30 seconds at 55 ° C, and 30 seconds at 72 ° C. Finally, the reaction was continued for 10 minutes at 72 ° C. Sections formed after PCR under the above conditions were separated purely using the VIOGENE gel extraction kit described above. The obtained product was subcloned into pGEM vector (Promega).
제2단계 : pBI101 벡터의 준비Step 2: Preparation of the pBI101 Vector
pBI101 벡터는 알카라인 분해(Alkaline lysis) 방법을 사용하여 분리하였다. pBI101 벡터를 카나마이신(kanamaycin)(50 ㎎/㎖)이 포함된 10 ㎖ LB 배지에 접종한 후 37℃에서 220rpm의 속도로 16시간 이상 진탕 배양하였다. 배양액을 1.5 ㎖ eppendorf 튜브에 옮겨 수차례 원심분리하여 균체를 회수한 후 이곳에 100 ㎕의 Sol I (50 mM glucose, 10 mM EDTA, 25 mM TRis-Cl pH 8.0, ㎎/㎖ lysozyme)용액으로 현탁하여 상온에서 5 분 정도 방치하였다. 여기에 얼음에 보관 했던 200 ㎕의 Sol II(0.2 N NaOH, 1% SDS)용액을 가하여 혼합하고 얼음에서 5분간 방치한 다음 150 ㎕의 Sol III(60 ㎖ 50 M potassium acetate pH 4.7 11.5 ㎖ glacial actic acid, 28.5 ㎖ H20) 용액을 가하여 5분간 방치하였다. 페놀(phenol):클로로포름(chloroform):이소아밀알콜(isoamylalcohol) (25:24:1/v:v:v)로 처리하였다. 같은 조건으로 원심분리한 후 상층액에 2 배의 에탄올을 첨가하여 -20℃에서 30분간 방치한 다음, 원심분리하여 DNA 침전물을 회수하였다. 회수된 침전물에 TE 버퍼 (buffer) (10 mM Tris-Cl, 1mM EDTA pH 8.0) 혹은 멸균된 3차 증류수를 부가하여 용해시킨 후, 시료로 사용하였다. pBI101 vectors were isolated using Alkaline lysis method. The pBI101 vector was inoculated into 10 ml LB medium containing kanamycin (50 mg / ml) and shaken at 37 ° C. at a rate of 220 rpm for at least 16 hours. The cells were transferred to a 1.5 ml eppendorf tube and centrifuged several times to recover the cells, and then suspended in 100 µl of Sol I (50 mM glucose, 10 mM EDTA, 25 mM TRis-Cl pH 8.0, mg / ml lysozyme) solution. After 5 minutes at room temperature. To this, add 200 μl of Sol II (0.2 N NaOH, 1% SDS) solution stored on ice, leave for 5 minutes on ice, and then 150 μl of Sol III (60 mL 50 M potassium acetate pH 4.7 11.5 mL glacial actic). acid, 28.5 mL H20) solution was added, and left for 5 minutes. It was treated with phenol: chloroform: isoamylalcohol (25: 24: 1 / v: v: v). After centrifugation under the same conditions, 2 times of ethanol was added to the supernatant, and left at -20 ° C for 30 minutes, followed by centrifugation to recover DNA precipitate. The recovered precipitate was dissolved by adding TE buffer (10 mM Tris-Cl, 1 mM EDTA pH 8.0) or sterile tertiary distilled water, and used as a sample.
제3단계 : pBI101 벡터- pGEM-FAD3 프로모터 ligationStep 3: pBI101 vector-pGEM-FAD3 promoter ligation
각각 HindIII와 Sac I 의 제한 효소를 처리하고 아가로즈 겔에 걸어 해당 절편만을 elution (Q·VIOGENE, DNA.RNA estraction kit)하여 소량의 TE 버퍼(buffer)에 녹였다. T4 DNA 리가아제(ligase)(1 유닛/㎕)를 넣고 해당하는 5× Ligation 버퍼(buffer)를 넣은 후 16℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 이를 70℃에서 5분 동안 처리하여 반응을 중지시킨 다음, 각각의 튜브에 72 ㎕의 TE(10 mM tris-Cl pH 7.5, 1mM EDTA)를 넣어 5-10초간 볼텍싱(vortexing)한 후, -20℃에 보관하였다. Restriction enzymes of HindIII and Sac I were respectively treated, and agarrose gels were used to elution (Q · VIOGENE, DNA.RNA estraction kit) to dissolve the fragments in a small amount of TE buffer. T4 DNA ligase (1 unit / μl) was added and the corresponding 5 × Ligation buffer was added, followed by reaction at 16 ° C. for 12 hours. The reaction was stopped by treatment at 70 ° C. for 5 minutes, followed by vortexing for 5-10 seconds by adding 72 μl of TE (10 mM tris-Cl pH 7.5, 1 mM EDTA) to each tube. Store at 20 ° C.
상술한 방법대로 PrFAD-3 프로모터의 유전자 발현 조절 특이성을 규명하기 위해 GUS reporter 유전자와 결합된 개열지도를 제작하였다(도 2 참고). 그리고 후술하는 방법으로 식물체에 형질전환하기 위해 아그로박테리아(Agrobacteria)에 도입하였다.A cleavage map coupled with the GUS reporter gene was prepared to identify the gene expression control specificity of the PrFAD-3 promoter as described above (see FIG. 2). And it was introduced into Agrobacteria in order to transform the plant by the method described below.
제4단계 :아그로박테리아(Agrobacteria) 형질전환Stage 4: Agrobacteria Transformation
얼음에 방치해서 녹인 competent cell에 1 ㎍정도의 플라스미드 DNA를 넣어 혼한합 다음, 얼음에서 5 분, 액체 질소에서 5분, 상온에서 5분간 배양하였다. 이 곳에 새로운 YMB 배지 1 ㎖를 넣어 희석시킨 후, 용액을 28℃에서 2-4시간 동안 배양하였다. 그런 후 카나마이신(kanamycin) (50 ㎎/㎖)이 포함된 YMB plate에 200 ㎕ 정도를 도포한 후 28℃에서 이틀 동안 배양하였다. 1 μg of plasmid DNA was added to competent cells dissolved in ice, mixed, and incubated for 5 minutes on ice, 5 minutes on liquid nitrogen, and 5 minutes at room temperature. After diluting with 1 ml of fresh YMB medium, the solution was incubated at 28 ° C. for 2-4 hours. Then, 200 μl was applied to the YMB plate containing kanamycin (kanamycin) (50 mg / ml) and incubated at 28 ° C. for 2 days.
실시예 6 : 종자 특이 발현 유전자 PfFAD-3 프로모터의 결실목록(deletion series) 제작 Example 6: Preparation of deletion series of seed specific expression gene PfFAD-3 promoter
상기 종자 특이적 유전자 발현 프로모터를 이용하여 종자 특이적으로 유전자의 발현에 관여되는 시스-엘리먼트(cis-element)를 분석하기 위하여 프로모터의 염기서열을 근거로 하여 프로모터의 5’ 말단에서부터 약 140bp 정도씩 감소하게 총 9개의 프라이머를 제작하였다. 들깨의 DNA를 주형으로 PCR을 수행하여 총 9 개의 결실(deletion) 프로모터를 확보하였다. The seed specific gene expression promoter is used to analyze cis-elements involved in the expression of genes specifically for seed, based on the nucleotide sequence of the promoter, about 140 bp from the 5 'end of the promoter. A total of nine primers were made to decrease. PCR was performed on the DNA of perilla as a template to obtain a total of nine deletion promoters.
상술한 방법을 통하여 확보된 1485 bp 의 PfFAD-3 프로모터를 이용하여 종자 특이적으로 유전자의 발현에 관여하는 시스-엘리먼트(cis-element)를 분석하기 위해 프로모터 염기서열을 근거로 하여 약 140 bp 씩 크기가 줄어든 pPfFAD3 결실목록(deletion series)인 pPfFAD3-1375, pPfFAD3-1235, pPfFAD3-1095, pPfFAD3-955, pPfFAD3-785, pPfFAD3-647, pPfFAD3-510, pPfFAD3-365, pPfFAD3-236를 PCR로 얻어냈다. PfFAD-3 프로모터를 시스-엘리먼트(cis-element)에 따라 줄어드는 결실(deletion) 구조를 PCR로 제작하고 이를 겔 상에서 확인하였다.About 140 bp on the basis of the promoter sequence to analyze the cis-element involved in the expression of the gene using the 1485 bp PfFAD-3 promoter secured through the above method Reduced pPfFAD3 deletion series: pPfFAD3 -1375, pPfFAD3 -1235, pPfFAD3 -1095, pPfFAD3 -955, pPfFAD3 -785, pPfFAD3 -647 , pPfFAD3 -510, pPfFAf3 PCR -3653 , p236 Paid. The PfFAD-3 promoter was constructed by PCR to reduce deletion structure according to cis-element and confirmed it on the gel.
실시예 7 : 리포터(Reporter) 유전자 GUS가 포함된 바이너리 벡터에 클로닝Example 7 Cloning into Binary Vector Containing Reporter Gene GUS
PCR에 의해 획득된 9 종류의 결실(deletion) 프로모터를 GUS 유전자를 리포터(reporter) 유전자로 함유하고 있는 pBI101 바이너리 벡터에 클로닝 하였다.Nine deletion promoters obtained by PCR were cloned into the pBI101 binary vector containing the GUS gene as a reporter gene.
실시예 8 : 아그로박테리아(Agrobacteria) 형질전환Example 8 Agrobacteria Transformation
9종류의 PfFAD-3 결실(deletion) 프로모터를 함유하고 있는 바이너리 벡터를 freeze/thaw 방법에 아그로박테리아(Agrobacteria) GV3101 균주에 도입하였다.Binary vectors containing nine kinds of PfFAD-3 deletion promoters were introduced into the Agrobacteria GV3101 strain by the freeze / thaw method.
실시예 9 : 아라비돕시스(Example 9 Arabidopsis ArabidopsisArabidopsis ) 식물체 형질전환 및 형질전환체 분석Plant transformation and transformant analysis
형질전환된 아그로박테리아(Agrobacteria)를 dip-floral 방법에 의거하여 아라비돕시스(Arabidopsis) 식물체를 형질전환시켰다. 항생제 카나마이신(kanamycin)에 내성을 갖는 아라비돕시스(Arabidopsis) 형질전환체를 조직별, 종자 발달 시기별로 채취하여 X-glucuronic acid를 이용하여 염색하고, MUG를 기질로 이용하여 GUS 유전자의 활성을 분석하였다. 또한 식물 호르몬 처리 및 광주기성 변화에 따른 아라비돕시스(Arabidopsis) 형질전환체의 반응 분석을 통해 종자 특이적 유전자 발현에 식물 호르몬 ABA의 영향 및 광주기성에 의한 영향을 분석하기 위하여 형질전환 식물체의 종자 조직에 ABA를 처리하거나 다양한 광주기를 처리하여 GUS의 활성을 분석하였다.Transformed Agrobacteria were transformed into Arabidopsis plants according to the dip-floral method. Arabidopsis transformants resistant to the antibiotic kanamycin (kanamycin) were collected by tissue and seed development time, stained with X-glucuronic acid, and analyzed for the activity of the GUS gene using MUG as a substrate. In addition, Arabidopsis transformants responded to plant hormone treatment and photoperiod changes to analyze the effects of plant hormone ABA on seed-specific gene expression and the effects of photoperiods on seed tissues of transgenic plants. The activity of GUS was analyzed by treatment with ABA or various photoperiods.
pPfFAD-3 바이너리 벡터(벡터)와 pPfFAD-3 결실목록(deletion series) 제작된 9개의 바이너리 벡터, pBI121 바이너리 벡터를 아그로박테리아(Agrobacteria)에 도입하여 아라비돕시스(Arabidopsis)에 형질전환 하였다. pPfFAD-3 가 삽입된 아라비돕시스(Arabidopsis)의 종자(seed)와 꽃에서 GUS가 발현되는 것을 보았다(도 3 참조). 종자(seed)와 꽃에서의 GUS 발현을 바탕으로 결실목록(deletion series)의 종자(seed)와 꽃에서 GUS 발현이 관찰되었다(도 4, 5 참조). 프로모터의 길이가 짧아짐에 따라 종자(seed)와 꽃에서 GUS 발현이 사라지는 것을 확인하였다. 종자(seed)의 경우 서열번호 1의 501 내지 954 사이에서 GUS 발현이 사라지는 이 관찰되었는바 이는 이 사이에 존재하는 시스-엘리먼트(cis-element)인 P-box에 의해 종자(seed)에서 PfFAD-3의 발현이 조절된다고 할 수 있다. 꽃의 경우 서열번호 1의 1086 내지 1360 사이에서 GUS 발현이 사라지는 것을 보았고 이 사이에 존재하는 시스-엘리먼트(cis-element)인 RY-element에 의해 꽃에서 PfFAD-3의 발현이 조절된다고 할 수 있다.pBfFAD-3 binary vectors (vectors) and pPfFAD-3 deletion series (nine binary vectors, pBI121 binary vectors) were introduced into Agrobacteria and transformed into Arabidopsis . GUS was expressed in seeds and flowers of Arabidopsis in which pPfFAD-3 was inserted (see FIG. 3). Based on GUS expression in seeds and flowers, GUS expression was observed in seeds and flowers of the deletion series (see FIGS. 4 and 5). As the promoter length became shorter, it was confirmed that GUS expression disappeared from seeds and flowers. In the case of seed, the disappearance of GUS expression between 501 and 954 of SEQ ID NO: 1 was observed, which is the PfFAD- in the seed by P-box, a cis-element present between them. The expression of 3 can be said to be regulated. In the case of flowers, the expression of GUS disappeared between 1086 and 1360 of SEQ ID NO. .
결국 상술한 결과를 토대로 pPfFAD-3의 프로모터는 식물체를 조직 특이적으로 조절하는 것을 보여주며, 특히 종자와 꽃가루에서 매우 높게 발현되는 것을 알 수 있다. 특히 pPfFAD-3 서열의 501 내지 954 부분은 종자(seed)에서의 PfFAD-3 발현에 관여하며 1086 내지 1360 부분은 꽃밥에서 PfFAD-3의 발현에 관여한다는 것을 알 수 있다. Eventually, based on the above results, the promoter of pPfFAD-3 shows tissue-specific regulation of plants, and in particular, it can be seen that the expression is very high in seeds and pollen. In particular, it can be seen that 501 to 954 parts of the pPfFAD-3 sequence are involved in the expression of PfFAD-3 in the seed and 1086 to 1360 parts are involved in the expression of PfFAD-3 in anther.
이상의 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명인 들깨에서 유래된 종자 특이적 발현 프로모터 유전자(PfFAD-3) 및 이를 함유한 식물체 종자 또는 꽃밥 특이적 발현 벡터는 참깨종자에서 고발현이 가능한 프로모터를 개발하게 되어 다른 유지식물의 고발현 프로모터의 기술개발에 이용가능하며, 재현성과 재분화율이 높은 참깨의 재분화기술과 형질전환기술을 통해 현재까지 발표된 방법보다 훨씬 효율적이므로 참깨의 생명공학적 응용기술에 많은 기여가 예상된다. 나아가 식물체의 종자 또는 꽃밥 특이적으로 유용물질을 생산하거나, 기존의 종자 및 꽃밥의 생산 물질을 기능적으로 변형시키는 형질전환식물을 개발하는데 유용하게 사용될 수 있으므로 이는 기능성 식품산업상 매우 유용한 발명이다.
As described in the above embodiments, the seed specific expression promoter gene (PfFAD-3) derived from the perilla and the plant seed or anther specific expression vector containing the same according to the present invention will develop a promoter capable of high expression in sesame seeds. It can be used for the development of high-expression promoters of oil and fat plants, and it is much more efficient than the methods published so far through regeneration and transformation technology of sesame seeds with high reproducibility and regeneration rate. do. Furthermore, it is a very useful invention for the functional food industry because it can be usefully used to produce seed or anther specific useful substances of plants or to develop transformed plants functionally modifying existing seeds and anther's producing substances.
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