KR100930593B1 - Sweet Potato Root Derived Protein and Its Gene Encoding It - Google Patents

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KR100930593B1 KR1020070120194A KR20070120194A KR100930593B1 KR 100930593 B1 KR100930593 B1 KR 100930593B1 KR 1020070120194 A KR1020070120194 A KR 1020070120194A KR 20070120194 A KR20070120194 A KR 20070120194A KR 100930593 B1 KR100930593 B1 KR 100930593B1
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Abstract

본 발명은 고구마 뿌리 유래의 swDREB1에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건조 처리된 고구마 뿌리 유래의 건조 스트레스 유도성 DREB 단백질 및 이를 코딩하는 유전자에 관한 것이다. 본 발명의 swDREB1 유전자는 고구마 식물체의 뿌리에서 건조, 저온, 염 등의 여러 가지 스트레스에 의해 발현이 강하게 유도되기 때문에 조건 불리지역에 적합한 환경스트레스 내성 식물체를 개발하는데 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to swDREB1 derived from sweet potato root, and more particularly, to a dry stress-inducible DREB protein derived from dried sweet potato root and a gene encoding the same. Since the swDREB1 gene of the present invention is strongly induced by various stresses such as dryness, low temperature, and salt in the roots of sweet potato plants, it may be usefully used to develop an environmental stress resistant plant suitable for a disadvantageous area.

SwDREB1, 스트레스, RT-PCR SwDREB1, Stress, RT-PCR

Description

고구마 뿌리 유래의 swDREB1 단백질 및 이를 코딩하는 유전자{SwDREB1 protein originated from a root of Ipomoea batatas and gene coding the same}SwDREB1 protein originated from a root of Ipomoea batatas and gene coding the same}

본 발명은 고구마 뿌리 유래의 swDREB1 단백질 및 이를 코딩하는 유전자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 건조, 저온 및 다양한 화합물에 의해 고발현되는 고구마 뿌리 유래의 전사인자인 swDREB1 단백질 및 이를 코딩하는 유전자에 관한 것이다. The present invention is swDREB1 derived from sweet potato root The present invention relates to a protein and a gene encoding the same, and more particularly, to a swDREB1 protein, which is a transcription factor derived from sweet potato root, which is highly expressed by dry, low temperature, and various compounds, and a gene encoding the same.

고구마(Ipomoea batatas L. Lam)는 비교적 척박한 땅에도 재배가 가능할 뿐만 아니라 헥타르당 생산량이 약 22톤으로 높아 식량과 가축사료로 이용되는 대표적인 뿌리작물이다. 특히 고구마는 건물중의 약 70%가 전분으로 이루어져 주정의 원료작물로 오래전부터 이용되었으며, 바이오에탄올 생산을 위한 친환경 대체에너지작물로 최근 재조명되고 있다.Sweet potato ( Ipomoea batatas L. Lam) can be grown on relatively poor lands and has a yield of about 22 tons per hectare, which is a representative root crop used for food and livestock feed. In particular, about 70% of the buildings are made of starch, which has been used as a raw material for alcoholic beverages for a long time, and has recently been re-examined as an environmentally friendly alternative energy crop for bioethanol production.

최근 급속한 산업화와 인구증가에 의해 지구규모의 환경문제와 식량문제가 제기되고 있어 사막화지역, 공해지역, 추운지역 등의 조건이 불리한 지역에서도 잘 자라는 환경재해 내성 농작물 개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히 조건 불리지역에 적합한 산업용 고구마를 개발하기 위하여 분자육종에 의한 환경재해 내성 형질전환 고구마 연구가 시도 되고 있다 (Lim et al. Mol Breeding 19, 227-239, 2007).Recently, due to the rapid industrialization and population increase, environmental and food problems on the global scale have been raised, and the development of environmentally resistant crops that grow well even in areas where desertification, high seas and cold regions are disadvantageous has been actively conducted. In particular, in order to develop industrial sweet potatoes suitable for the disadvantaged area, research on environmentally resistant transformed sweet potatoes by molecular breeding has been attempted (Lim et al. Mol Breeding 19, 227-239, 2007).

건조, 추위 등의 열악한 토양에서 유식물체의 초기생장을 좋게 하는 환경재해 내성 고구마를 개발하기 위해서는 고구마 실뿌리(fibrous root)에 특이적으로 고발현하는 유전자의 개발이 절실히 요구된다. 수분 부족으로 인한 건조 스트레스 조건에서 실뿌리의 발달이 덩이뿌리의 성장에 중요할 것으로 생각된다. 또한 실뿌리가 발달하여 덩이뿌리로 성장하기 때문에 덩이뿌리에서 유용소재를 생산하고자 할 때 실뿌리에서 고발현하는 유전자의 개발 연구는 중요하다고 생각된다. 그러나 건조를 포함한 다양한 스트레스 조건에서 고구마의 어린뿌리에 특이적으로 고발현하는 유전자가 아직 보고되어 있지 않다. 다만, 고구마의 덩이뿌리(tuber)에 고발현하는 스포라민(sporamin) 단백질을 암호화하는 유전자가 오래전에 분리되어 연구된 적은 있다 (Hattori et al. Plant Mol Biol 14, 595-604, 1990). In order to develop environmentally resistant sweet potatoes to improve the early growth of seedlings in poor soil such as dry and cold, the development of genes that are highly expressed in the sweet potato roots (fibrous root) is urgently needed. In dry stress conditions due to lack of moisture, the development of thread roots is thought to be important for tuber growth. In addition, since the roots develop and grow into tubers, it is thought that the development of genes that are highly expressed in the roots is important when producing useful materials from the tubers. However, no genes have been reported that specifically express the sweet potato roots under various stress conditions including drying. However, genes encoding the sporamin protein, which is highly expressed in tubers of sweet potatoes, have long been isolated and studied (Hattori et al. Plant Mol Biol 14, 595-604, 1990).

이러한 관점에서 스트레스 조건에서 고구마 실뿌리에 특이적으로 강하게 발현하는 유전자의 분리는 환경재해 내성 식물체 및 각종 유용소재를 생산하는 형질전환 고구마를 개발하는데 유용하게 이용될 수 있을 것이다. 즉 첨단 생명공학기술을 이용한 대사공학으로 특히 건조지역, 간척지역, 공해지역 등 한계농지(조건 불리지역)에서 잘 자라면서 전분, 기능성 단백질 등 산업적으로 유용한 소재를 생산하는 고구마 품종을 개발하면 식량수급에 영향을 주지 않고 친환경 바이오에너지 등을 생산할 수 있을 것으로 기대된다. In this regard, the isolation of genes that are strongly expressed in sweet potato roots under stress conditions may be useful for developing transgenic sweet potatoes producing environmentally resistant plants and various useful materials. In other words, metabolic engineering using advanced biotechnologies, especially when growing sweet potato varieties such as dry land, reclaimed land, and high sea areas, producing industrially useful materials such as starch, functional protein, and so on. It is expected to be able to produce eco-friendly bioenergy without affecting.

본 발명의 DREB(DRE-binding protein) 전사인자는 애기장대에서 건조, 저온, 염 스트레스 유도성 유전자인 rd29A, rd15 / cor47, kin1, cor6 .6/ kin2 유전자의 프로모터의 DRE (Dehydration responsive element: TACCGACAT) 시스 활성 조절인자에 결합하는 전사인자이다 (Wang et al. Plant Mol Biol 28, 605-617, 1995; Iwasaki et al. Plant Physiol 115, 1287-1294, 1997). 최근 애기장대에서 16개의 건조유도성 유전자들의 프로모터에서 DRE 시스 활성 조절인자는 확인되었으며, 이들 유전자들은 애기장대의 DREB1이나 DREB2 계열의 전사인자가 결합하는 것이 확인되었다 (Seki et al. Plant J 31, 279-292, 2002). 게놈정보가 완전히 밝혀진 애기장대에서는 55개의 DREB 전사인자가 확인되었으며, 이들은 스트레스 조건에서 식물호르몬인 ABA에 대해 의존적이거나 독립적인 신호전달기작에 의해 발현이 조절되었다. 하지만 아직 고구마에서 DREB 유전자가 보고된 바는 없다 (Stockinger et al. Proc Natl Acad Sci USA 94, 1035-1040, 1997; Liu et al. Plant Cell 10, 1391-1406, 1998; Sakuma et al. Biochem Biophys Res Commun 290, 998-1009, 2002).DREB (DRE-binding protein) transcription factor of the present invention is a DRE (Dehydration responsive element: TACCGACAT of a promoter of the rd29A , rd15 / cor47 , kin1 , cor6 .6 / kin2 gene, which is a dry, low-temperature, salt stress inducer in Arabidopsis; ) Is a transcription factor that binds to cis activity regulators (Wang et al. Plant Mol Biol 28, 605-617, 1995; Iwasaki et al. Plant Physiol 115, 1287-1294, 1997). Recently, DRE cis activity regulators were identified in promoters of 16 dry-induced genes in Arabidopsis, and these genes were found to bind DREB1 or DREB2 family transcription factors (Seki et al. Plant J 31, 279-292, 2002). In the Arabidopsis, where genomic information was fully identified, 55 DREB transcription factors were identified, and their expression was regulated by signaling mechanisms dependent or independent of the plant hormone ABA under stress conditions. However, no DREB gene has been reported in sweet potatoes (Stockinger et al. Proc Natl Acad Sci USA 94, 1035-1040, 1997; Liu et al. Plant Cell 10, 1391-1406, 1998; Sakuma et al. Biochem Biophys Res Commun 290, 998-1009, 2002).

이에, 본 발명자들은 건조 처리된 고구마 실뿌리로부터 분리한 swDREB1 유전자가 건조를 포함한 다양한 스트레스 조건에서 실뿌리 특이적으로 강하게 발현하는 것을 확인함으로서 본 발명을 완성하였다. Thus, the present inventors have completed the present invention by confirming that the swDREB1 gene isolated from dried sweet potato silt is specifically expressed in silt root under various stress conditions including drying.

본 발명의 목적은 건조 처리된 고구마 뿌리 유래의 swDREB1 단백질 및 이를 코딩하는 유전자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a swDREB1 protein derived from dried sweet potato root and a gene encoding the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고구마 뿌리에서 유래된 swDREB1 단백질 및 그의 아미노산 서열을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a swDREB1 protein and its amino acid sequence derived from sweet potato root.

또한, 본 발명은 상기 swDREB1 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다. The present invention also provides a polynucleotide encoding the swDREB1 protein.

또한, 본 발명은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현벡터를 제공한다. In addition, the present invention provides an expression vector comprising the polynucleotide.

또한, 본 발명은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 형질전환체를 제공한다. The present invention also provides a transformant transformed with an expression vector comprising the polynucleotide.

또한, 본 발명은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 스트레스 내성을 갖는 형질전환 식물체의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing a transformed plant having a stress resistance comprising the polynucleotide.

또한, 본 발명은 외래단백질을 뿌리에서 고발현시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for the high expression of foreign proteins in the roots.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 고구마 뿌리에서 유래된 swDREB1 단백질 및 그의 아미노산 서열을 제공한다. The present invention provides swDREB1 protein and its amino acid sequence derived from sweet potato root.

본 발명의 swDREB1 단백질은 서열번호 2로 기재되는 아미노산 서열을 가지는 것을 특징으로 한다. The swDREB1 protein of the present invention is characterized by having an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 .

본 발명의 swDREB1 단백질은 257개의 아미노산으로 구성되어 있으며, 일반적인 DREB 단백질 구조에서 나타나는 NLS, AP2/EREBP 부위 및 C말단의 산성화 부위가 swDREB1 단백질 아미노산 서열에서도 잘 보존되어 있었다. 특히, 본 발명의 swDREB1 유전자는 애기장대의 DREB 계열들 중 DREB1 계열이 갖는 특이적 서열인 DSAWRL과 LWSF가 보존되어 있었다(도 1 참조). The swDREB1 protein of the present invention is composed of 257 amino acids, and the NLS, AP2 / EREBP site and acidification site of the C terminus of the general DREB protein structure are well conserved in the swDREB1 protein amino acid sequence. In particular, in the swDREB1 gene of the present invention, DSAWRL and LWSF, which are specific sequences of the DREB1 series of the Arabidopsis DREB series, were conserved (see FIG. 1).

또한, 본 발명의 swDREB1의 코딩부분을 블라스트(BlastX)로 조사하였을 때 고추(Capsicum annuum)의 CaCBF1B , CaDREBLP1, 토마토(Lycopersicon esculentum)의 LeCBF1, 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 AtDREB1D/CBF4과 아미노산 수준에서 61-67%의 상동성을 보였다(도 2a 및 2b 참조). In addition, pepper ( Capsicum ) when the coding portion of the swDREB1 of the present invention was irradiated with blast (BlastX) in annuum) CaCBF1B, CaDREBLP1, tomato (Lycopersicon In LeCBF1, AtDREB1D / CBF4 and amino acid levels of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis thaliana) of esculentum) showed a homology of 61-67% (see Fig. 2a and 2b).

또한, 본 발명은 상기 swDREB1 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다. The present invention also provides a polynucleotide encoding the swDREB1 protein.

상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 2로 기재되는 아미노산 서열을 가지는 단백질을 코딩하며, 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 가지는 것이 바람직하다. The polynucleotide encodes a protein having an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and preferably has a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 .

본 발명의 swDREB1 cDNA 유전자는 전체길이가 1,206 bp로써 132 bp의 5' 말단의 비번역부위(UTR)와 300 bp의 3' 말단의 비번역부위 그리고 774 bp의 코딩부분(257 개의 아미노산으로 구성)으로 구성되어 있다(도 1 참조). The swDREB1 cDNA gene of the present invention has a total length of 1,206 bp, an untranslated region (UTR) at the 5 'end of 132 bp, an untranslated region at the 3' end of 300 bp and a coding portion of 774 bp (consisting of 257 amino acids). It consists of (refer FIG. 1).

본 발명의 swDREB1 유전자는 저장뿌리(tuberous root)와 줄기(stem)에서 강하게 발현되었다. 실뿌리(fibrous root)에서도 발현되었지만 잎(leaf)과 굵은 뿌 리(thick pigmented root)에서는 매우 약하게 발현되는 양상을 보였다(도 3 참조). The swDREB1 gene of the present invention was strongly expressed in the tuberous root and stem. It was also expressed in fibrous root but very weakly in leaf and thick pigmented root (see FIG. 3).

또한, 본 발명의 swDREB1 유전자는 실뿌리조직에서 건조처리 후 1시간째에 가장 강한 발현 수준을 보였으며, 16시간까지 강한 발현 수준이 유지되었다(도 4a 참조). 반면에 잎 조직에서는 건조처리에 의한 swDREB1의 발현량의 증감이 관찰되지 않았다. 또한 swDREB1은 건조 스트레스 관련 식물호르몬인 앱시스산 처리에 발현의 증감이 관찰되지 않았다(도 4b 참조). SwDREB1 유전자는 다양한 온도 스트레스 중 저온(4℃)에 의해 발현이 잎과 뿌리에서 강하게 증가되었다(도 4c 참조). 다양한 화합물 스트레스인 염화나트륨, 메틸 비올로젠, 카드뮴 처리에 의해서도 각각 잎과 뿌리에서 강한 발현 증가를 보였다(도 4d 참조). In addition, the swDREB1 gene of the present invention showed the strongest expression level at 1 hour after drying treatment in the root root tissue, and maintained the strong expression level until 16 hours (see FIG. 4A). On the other hand, no increase or decrease in the expression level of swDREB1 was observed in the leaf tissues. In addition, swDREB1 was not observed to increase or decrease the expression of the dry stress-related plant hormone Apsis acid (see FIG. 4B). SwDREB1 gene was strongly increased in leaf and root expression by low temperature (4 ℃) of various temperature stress (see Figure 4c). Various compound stresses, such as sodium chloride, methyl viologen, and cadmium treatment, also showed strong expression increases in leaves and roots, respectively (see FIG. 4D).

그러므로 건조 스트레스를 포함한 다양한 스트레스에 대한 강한 반응성을 갖는 swDREB1 유전자는 다양한 스트레스 유전자들의 발현을 조절하는 전사인자로써 건조 스트레스를 포함한 다양한 스트레스에 대한 내성을 가지는 식물체 개발에 매우 유용하게 사용할 수 있을 것으로 본다.Therefore swDREB1 has a strong responsiveness to various stresses, including dry stress The gene is a transcription factor that regulates the expression of various stress genes and can be very useful for developing plants that are resistant to various stresses including dry stress.

또한, 본 발명은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides an expression vector comprising the polynucleotide.

본 발명의 발현벡터에 포함되는 유전자는 본 발명의 swDREB1를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하며, 바람직하게는 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 가지는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 것이다. 상기 유전자를 삽입하기 위하여 사용되는 벡터로는 pKBS1-1 벡터, pBI101 벡터, pCAMBIA 벡터 중 어느 하나를 선택하여 이용하는 것이 바람직하며, 일반적인 식물 형질전환용 발현벡터라면 어느 것을 이 용하여도 무방하다.The gene included in the expression vector of the present invention includes a polynucleotide encoding swDREB1 of the present invention, and preferably includes a polynucleotide having a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 . As the vector used to insert the gene, it is preferable to select and use any one of a pKBS1-1 vector, a pBI101 vector, and a pCAMBIA vector, and any expression vector for general plant transformation may be used.

또한, 본 발명은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 형질전환 숙주세포를 제공한다.The present invention also provides a transformed host cell transformed with an expression vector comprising the polynucleotide.

상기 형질전환 숙주세포는 형질전환된 미생물, 동물세포, 식물세포, 형질전환된 동물 또는 식물체 및 이들로부터 유래된 배양세포 등을 포함한다.The transformed host cell includes transformed microorganisms, animal cells, plant cells, transformed animals or plants, and cultured cells derived from them.

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

1) 서열번호 1로 기재되는 폴리뉴클레오티드로 구성된 유전자 컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;1) preparing an expression vector comprising a gene construct consisting of a polynucleotide of SEQ ID NO: 1 ;

2) 숙주 식물세포에 상기 발현벡터를 도입하는 단계; 2) introducing the expression vector into a host plant cell;

3) 상기 발현벡터가 도입된 형질전환 식물세포를 선별하는 단계;3) selecting a transgenic plant cell into which the expression vector is introduced;

4) 상기 형질전환 식물세포의 발아를 유도하여 캘러스를 제조하는 단계; 및4) preparing a callus by inducing germination of the transgenic plant cells; And

5) 상기 캘러스의 분화를 유도하는 단계를 포함하는 스트레스 내성을 갖는 형질전환 식물체의 제조방법을 제공한다. 5) It provides a method of producing a transgenic plant having a stress resistance comprising the step of inducing differentiation of the callus.

DREB(DRE-binding protein)는 건조, 저온 및 다양한 화합물 스트레스 유도성 유전자의 프로모터의 DRE(Dehydration responsive element: TACCGACAT) 시스 활성 조절인자에 결합하는 전사인자로 이를 코딩하는 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 가지는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 형질전환 식물체는 상기 스트레스에 대한 내성을 갖는다. DRE-binding protein (DREB) is a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 encoding a dry, low temperature and transcription factor that binds to the dehydration responsive element (TACCGACAT) cis activity regulator of the promoter of various compound stress inducing genes. Transgenic plants transformed with an expression vector comprising a polynucleotide having a resistance to the stress.

또한, 본 발명의 범위에는 상기 스트레스 내성을 갖는 형질전환 식물체의 자손 또는 클론인 식물체 및 상기 식물체의 종자, 열매, 이삭, 괴경, 괴근, 주, 캘러스 또는 원형질체도 포함된다.In addition, the scope of the present invention also includes a plant that is a progeny or clone of the stress-resistant transformed plant and seeds, fruit, ear, tuber, tuber, main, callus or protoplast of the plant.

아울러, 본 발명은 In addition, the present invention

1) 서열번호 1로 기재되는 폴리뉴클레오티드 및 외래단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드로 구성된 유전자 컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;1) preparing an expression vector comprising a gene construct consisting of a polynucleotide of SEQ ID NO: 1 and a polynucleotide encoding a foreign protein;

2) 숙주 식물세포에 상기 발현벡터를 도입하는 단계; 2) introducing the expression vector into a host plant cell;

3) 상기 발현벡터가 도입된 형질전환 식물세포를 선별하는 단계;3) selecting a transgenic plant cell into which the expression vector is introduced;

4) 상기 형질전환 식물세포의 발아를 유도하여 캘러스를 제조하는 단계;4) preparing a callus by inducing germination of the transgenic plant cells;

5) 상기 캘러스의 분화를 유도하여 형질전환 식물체를 제조하는 단계; 및5) preparing a transgenic plant by inducing differentiation of the callus; And

6) 상기 형질전환 식물체를 재배하는 단계를 포함하는 외래단백질을 뿌리에서 고발현시키는 방법을 제공한다. 6) provides a method for high expression of the foreign protein in the root comprising the step of culturing the transgenic plant.

바람직하게는, 상기 식물세포는 단자엽 식물 또는 쌍자엽 식물인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. Preferably, the plant cell is preferably a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant, but is not limited thereto.

상기 단자엽 식물은 택사과(Alismataceae), 자라풀과(Hydrocharitaceae), 지채과(Juncaginaceae), 장지채과(Scheuchzeriaceae), 가래과(Potamogetonaceae), 나자스말과(Najadaceae), 거머리말과(Zosteraceae), 백합과(Liliaceae), 지모과(Haemodoraceae), 용설란과(Agavaceae), 수선화과(Amaryllidaceae), 마과(Dioscoreaceae), 물옥잠과 (Pontederiaceae), 붓꽃과(Iridaceae), 버먼초 과(Burmanniaceae), 골풀과 (Juncaceae), 닭의장풀과(Commelinaceae), 곡정초과(Eriocaulaceae), 화본과(벼과, Gramineae, Poaceae), 천남성과(Araceae), 개구리밥과(Lemnaceae), 흑삼릉과 (Sparganiaceae), 부들과(Typhaceae), 사초과(방동사니과, Cyperaceae), 파초과 (Musaceae), 생강과(Zingiberaceae), 홍초과(Cannaceae), 난초과(Orchidaceae)인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. The monocotyledonous plants include Alismataceae, Hydrocharitaceae, Juncaginaceae, Schuchzeriaceae, Pomomotontonaceae, Najadaceae, Zosteraceae, Liliaceae, Haemodoraceae, Agavaceae, Amaryllidaceae, Dioscoreaceae, Pontederiaceae, Iridaceae, Burmanniaceae, Juncaceae, Commelinaceae ), Eriocaulaceae, Flower Family (Grapeaceae, Gramineae, Poaceae), Araceae, Lemnaceae, Spaganiaceae, Typhaceae, Cycloaceae, Cyperaceae, Pachoaceae ( Musaceae), Zingiberaceae, Cannaaceae, Orchidaceae (Orchidaceae) is preferably, but not limited to.

상기 쌍자엽 식물은 암매과(돌매화나무과, Diapensiaceae), 매화오리나무과(Clethraceae), 노루발과(Pyrolaceae), 진달래과(Ericaceae), 자금우과(Myrsinaceae), 앵초과(Primulaceae), 갯질경이과 (Plumbaginaceae), 감나무과(Ebenaceae), 때죽나무과(Styracaceae), 노린재나무과, 회목과(Symplocaceae), 물푸레나무과(목서과, Oleaceae), 마전과(Loganiaceae), 용담과(Gentianaceae), 조름나물과(Menyanthaceae), 협죽도 과(마삭나무과, Apocynaceae), 박주가리과(Asclepiadaceae), 꼭두서니과(Rubiaceae), 꽃고비과 (Polemoniaceae), 메꽃과(Convolvulaceae), 지치과(Boraginaceae), 마편초과 (Verbenaceae), 꿀풀과(Labiatae), 가지과(Solanaceae), 현삼과(Scrophulariaceae), 능소화과(Bignoniaceae), 쥐꼬리망초과(Acanthaceae), 참깨과(Pedaliaceae), 열당과 (Orobanchaceae). 제스네리아과(Gesneriaceae), 통발과(Lentibulariaceae), 파리풀과(Phrymaceae), 질경이과(Plantaginaceae), 인동과(Caprifoliaceae), (연복초과 Adoxaceae), 마타리과(Valerianaceae), 산토끼꽃과(Dipsacaceae), 초롱꽃과 (Campanulaceae), 국화과(Compositae), 소귀나무과 Myricaceae, 가래나무과 (Juglandaceae), 버드나무과(Salicaceae), 자작나무과(Betulaceae), 너도 밤나무과(참나무과, Fagaceae), 느릅나무과(Ulmaceae), 뽕나무과(Moraceae), 쐐기풀과 (Urticaceae), 단향과(Santalaceae), 겨우살이과(Loranthaceae), 마디풀과(여뀌과, Polygonaceae), 자리공과(상륙과, Phytolaccaceae), 분꽃과(Nyctaginaceae), 석류풀과(Aizoaceae), 쇠비름과(Portulacaceae), 석죽과(Caryophyllaceae), 명아주과 (Chenopodiaceae), 비름과(Amaranthaceae), 선인장과(Cactaceae), 목련과 (Magnoliaceae), 붓순나무과(Illiciaceae), 녹나무과(Lauraceae), 계수나무과 (Cercidiphyllaceae), 미나리아재비과(Ranunculaceae), 매자나무과(Berberidaceae), 으름덩굴과(Lardizabalaceae), 새모래덩굴과(방기과, Menispermaceae), 수련과 (Nymphaeaceae), 붕어마름과(Ceratophyllaceae), 어항마름과(Cabombaceae), 삼백초과(Saururaceae), 후추과(Piperaceae), 홀아비꽃대과(Chloranthaceae), 쥐방울덩굴과(Aristolochiaceae), 다래나무과(Actinidiaceae), 차나무과(동백나무과, Theaceae), 물레나물과(Guttiferae), 끈끈이주걱과(Droseraceae), 양귀비과 (Papaveraceae), 풍접초과(Capparidaceae), 십자화과(겨자과, Cruciferae), 플라타너스과(버즘나무과, Platanaceae), 조록나무과(금루매과, Hamamelidaceae), 꿩의비름과(돌나물과, Crassulaceae), 범의귀과(Saxifragaceae), 두충과(Eucommiaceae), 돈나무과(Pittosporaceae), 장미과(Rosaceae), 콩과(Leguminosae), 괭이밥과 (Oxalidaceae), 쥐손이풀과(Geraniaceae), 한련과(Tropaeolaceae), 남가새과 (Zygophyllaceae), 아마과(Linaceae), 대극과(Euphorbiaceae), 별이끼과 (Callitrichaceae), 운향 과(Rutaceae), 소태나무과(Simaroubaceae), 멀구슬나무과 (Meliaceae), 원지과(Polygalaceae), 옻나무과(Anacardiaceae), 단풍나무과(단풍과, Aceraceae), 무환자나무과(Sapindaceae), 칠엽수과(Hippocastanaceae), 나도 밤나무과(Sabiaceae), 봉선화과(물봉선과, Balsaminaceae), 감탕나무과(Aquifoliaceae), 노박덩굴과(화살나무과, Celastraceae), 고추나무과(Staphyleaceae), 회양목과 (Buxaceae), 시로미과(Empetraceae), 갈매나무과(Rhamnaceae), 포도 과(Vitaceae), 담팔수과(Elaeocarpaceae), 피나무과(Tiliaceae), 아욱과(Malvaceae), 벽오동과 (Sterculiaceae), 팥꽃나무과(서향나무과, Thymelaeaceae), 보리수나무과 (Elaeagnaceae), 이나무과(Flacourtiaceae), 제비꽃과(Violaceae), 시계꽃과 (Passifloraceae), 위성류과(Tamaricaceae), 물별과(Elatinaceae), 베고니아과 (Begoniaceae), 박과(Cucurbitaceae), 부처꽃과(배롱나무과, Lythraceae), 석류나무과(Punicaceae), 바늘꽃과(Onagraceae), 개미탑과(Haloragaceae), 박쥐나무과 (Alangiaceae), 층층나무과(산수유나무과, Cornaceae), 두릅나무과(오갈피나무과, Araliaceae), 산형과(미나리과)(Umbelliferae(Apiaceae))인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. The dicotyledonous plants are Asteraceae (Dolaceae, Diapensiaceae), Asteraceae (Clethraceae), Pyrolaceae, Ericaceae, Myrsinaceae, Primaceae (Primulaceae), Plumbaginaceae, Persimmonaceae (Ebenaceae) , Styracaceae, Stink bug, Symplocaceae, Ash (Oleaceae), Loganiaceae, Gentianaceae, Menyanthaceae, Oleaceae, Apocynaceae ), Asclepiadaceae, Rubisaceae, Polemoniaceae, Convolvulaceae, Boraginaceae, Verbenaceae, Labiatae, Solanaceae, Scrophulariaceae ), Bignoniaceae, Acanthaceae, Sesame (Pedaliaceae), Fructose (Orobanchaceae). Gesneriaceae, Lentibulariaceae, Phrymaceae, Plantaginaceae, Caprifoliaceae, (Perox Adoxaceae), Valerianaceae, Dipsacaceae, Campanaceae ( Campanulaceae, Compositae, Myraceae, Juglandaceae, Salicaceae, Birchaceae, Beechaceae, Fagaceae, Ulmaceae, Mulberry, Nettle Urticaceae, Santalaceae, Mistletoe, Lothanthaceae, Polygonaceae, Apoaceae, Phytolaccaceae, Nyctaginaceae, Aizoaceae, Portulacaceae ), Caryophyllaceae, Chenopodiaceae, Amaranthaceae, Cactaceae, Magnoliaceae, Illiciaceae, Lauraceae, Cecidiphyllaceae, Minaria (Ranuncul aceae, Berberidaceae, Lardizabalaceae, Bird breeze (Amandiaceae, Menispermaceae), Nymphaeaceae, Ceratophyllaceae, Cabombaceae, Saururaceae , Piperaceae, Chloranthaceae, Aristolochiaceae, Actinidiaceae, Camellia, Theaceae, Guttaiferae, Droseraceae, Poppyaceae ), Capparidaceae, Cruciferaceae (Mustaceae, Cruciferae), Planeaceae (Plataceae, Platanaceae), Verruaceae, Hamamelidaceae, Pheasant (Snaphaceae, Crassulaceae), Panaxaceae (Saxifragaceae) Eucommiaceae, Pittosporaceae, Rosaceae, Leguminosae, Oxalidaceae, Geraniaceae, Tropaeolaceae, Zygophyllaceae, Linaceae Euphorbiaceae), star Callitrichaceae, Rutaceae, Simaroubaceae, Meliaceae, Polygalaceae, Anacardiaceae, Mapleaceae, Aceraceae, Mapleaceae, Mapleaceae (Hippocastanaceae), Sabiaceae, Balsam (Azalea, Balsaminaceae), Aquifoliaceae, Nova (Celastraceae), Staphyleaceae, Buxaceae, Empetraceae , Rhamnaceae, Vitaceae, Elaeocarpaceae, Tiliaceae, Malvaceae, Sterculiaceae, Adenaceae, Thymelaeaceae, Ellaeagnaceae, Flacourtiaceae, Violaceae, Passifloraceae, Tamaricaceae, Elatinaceae, Begoniaceae, Cucurbitaceae, Liliumaceae, Lythraceae Pomegranate Punicaceae, Onnagraceae, Haloragaceae, Bataceae (Alangiaceae), Dogwood (Hortisaceae, Cornaceae), Arboraceae (Araliaceae), Umbelaceae (Umbelliferae (Apiaceae) )), But is not limited thereto.

가장 바람직하게는 식물세포는 십자화과, 가지과, 장미과 및 메꽃과에 속하는 식물로부터 선택된다. Most preferably the plant cells are selected from plants belonging to the Cruciferaceae, Rosaceae and Rosaceae.

상기 단계 2)의 발현벡터를 숙주 식물세포에 도입하는 단계는 공지된 식물 형질전환 방법에 의하여 식물체내로 도입될 수 있다. 즉, 아그로박테리움 매개방법, 유전자 총(gene gun), PEG를 이용한 방법 및 전기천공법(electroporation)등 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 알려진 주지의 방법을 이용할 수 있다. 바람직하게는 상기 쌍자엽식물은 아그로박테리움 매개방법(R.B. Horsch, et al., A simple and general method for transferring genes into plants, Science 227(1985), pp. 1229-1231)을 이용하고, 단자엽식물은 유전자 총을 이용한 방법(P. Christou, Particle bombardment, Methods Cell Biol 50(1995), pp. 375-382) 또는 아그로박테리움 매개에 의한 DREB 형질전환 식물체 제작(Oh et al. Plant Physiol 138: 341-351, 2005; Ito et al. Plant Cell Physiol 47: 141-153, 2006)을 이용하나, 이에 한정되는 것은 아니다. The step of introducing the expression vector of step 2) into the host plant cell may be introduced into the plant by a known plant transformation method. That is, a well-known method known to those skilled in the art, such as Agrobacterium mediated method, gene gun, method using PEG, and electroporation, can be used. Preferably, the dicotyledonous plants are agrobacterium-mediated method (RB Horsch, et al., A simple and general method for transferring genes into plants, Science 227 (1985), pp. 1229-1231), Generation of DREB Transgenic Plants Using a Gene Gun (P. Christou, Particle Bombardment, Methods Cell Biol 50 (1995), pp. 375-382) or Agrobacterium Mediated (Oh et al. Plant Physiol 138: 341- 351, 2005; Ito et al. Plant Cell Physiol 47: 141-153, 2006).

형질전환 후, 식물세포는 전식물로 재생되어야 한다. 캘러스 또는 원형질체 배양으로부터 성숙한 식물의 재생을 위한 기술은 수많은 여러 가지 종에 대해 잘 알려져 있다(Handbook of Plant Cell Culture, 1-5권, 1983-1989 Momillan, N.Y.). 따라서 일단 형질전환이 실현되면, 형질전환된 식물세포로부터 성숙한 식물을 재생시키는 것은 당분야의 지식 범위 내에 있다.After transformation, plant cells should be regenerated into whole plants. Techniques for the regeneration of mature plants from callus or protoplast cultures are well known for many different species (Handbook of Plant Cell Culture, Vol. 1-5, 1983-1989 Momillan, N.Y.). Thus, once transformation is realized, it is within the knowledge of the art to regenerate mature plants from transformed plant cells.

본 발명의 방법에서 외래단백질은 약리효과를 발휘하는 단백질 또는 형질전환체에 스트레스에 대한 내성을 부여하는 단백질 등을 포함한다. The foreign protein in the method of the present invention includes a protein that confers stress to the protein or transformant exerting a pharmacological effect.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 건조 처리된 고구마 실뿌리 유래의 swDREB1 유전자는 건조를 포함한 다양한 스트레스 조건에서 특히 실뿌리에서 강하게 발현이 유도되기 때문에 이를 이용하면 조건 불리지역에 적합한 환경스트레스에 내성을 갖는 형질전환체를 개발하는데 유용하게 이용될 수 있다.As described above, since the swDREB1 gene derived from dried sweet potato silt of the present invention is strongly induced in various roots under various stress conditions including dryness, it is a trait that is resistant to environmental stress suitable for a disadvantageous condition. It can be usefully used to develop the converter.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예1> 고구마 Example 1 Sweet Potato swDREB1swDREB1 유전자의 클로닝, 염기서열 분석 및 유연관계 분석 Gene cloning, sequencing and softness analysis

고구마 (Ipomoea batatas (L.) Lam. cv. White star) 식물체를 10시간 동안 건조 처리한 후 0, 0.5, 2, 6, 10시간째의 실뿌리(fibrous root)조직을 CTAB 방법(Kim and Hamada, Biotech Lett 27, 1841-1845, 2005)을 통해 총 RNA를 분리하였다. Poly(A) Tract mRNA 분리 시스템(Promega사)을 사용하여 mRNA를 분리하고, SMART-cDNA 합성키트(Clontech사)를 사용하여 건조 처리된 고구마 실뿌리의 cDNA 라이브러리를 제작하였다. Ipomoea batatas (L.) Lam. Cv.White star plants were dried for 10 hours, and then the fibrous root tissues at 0, 0.5, 2, 6 and 10 hours were CTAB method (Kim and Hamada, Total RNA was isolated via Biotech Lett 27, 1841-1845, 2005). MRNA was isolated using a Poly (A) Tract mRNA separation system (Promega), and a cDNA library of dried sweet potato silt was prepared using SMART-cDNA synthesis kit (Clontech).

DREB 유전자의 스크리닝을 위한 DREB 탐침 DNA를 제작하기위해 애기장대 웹 사이트(http://www.arabidopsis.org)의 데이터베이스에서 5개의 DREB 유전자를 선발하였으며, 각 유전자의 코딩 부분을 PCR 하기위한 프라이머로는 염기서열 AtDREB1A/CBF3: AT4G25480 (서열번호 3: 정방향: 5'-ATGAACTCATTTTCTGCT-3', 서열번호 4: 역방향: 5'-TTAATAACTCCATAACGATAC-3'), AtDREB1B/CBF1: AT4G25490 (서열번호 5: 정방향: 5'-TTTGGCTCCGATTAC-3', 서열번호 6: 역방향: 5'- TTAGTAACTCCAAAGCG-3'), AtDREB1C / CBF2 : AT4G25470 (서열번호 7: 정방향: 5'-ATGAACTCATTTTCTGCC-3', 서열번호 8: 역방향: 5'-TTAATAGCTCCATAAGGAC-3'), AtDREB2A: AT5G05410 (서열번호 9: 정방향: 5'-ATGGCAGTTTATGATCAG-3', 서열번호 10: 역방향: 5'-TTAGTTCTCCAGATCCAA-3'), AtDREB2B: AT3G11020 (서열번호 11: 정방향: 5'-ATGGCTGTATATGAACAAA-3', 서열번호 12: 역방향 5'-TCAAATATCCAGAGAACTC-3')를 사용하였다. 상기 제작된 탐침 DNA를 이용하여 통상의 방법으로 라이브러리를 스크리닝하였으며, 57개의 클론을 확보하였다. 상기 클론으로부터 DNA를 분리하여 T3 프라이머를 사용하여 cDNA의 5' 말단부분의 염기서열을 결정하고 NCBI (www.ncbi.nlm.nih.gov)의 Blast 데이터베이스 분석을 통해 연관되는 유전자 정보 및 자료를 확보하였다. 이들 중에서 자료 분석을 통해 건조를 포함한 다양한 스트레스에 뿌리 특이적 발현을 보일 것으로 생각되는 후보로 애기장대의 DREB1 계열에 속하는 DREB 유전자를 클로닝하고 cDNA의 전체 염기서열을 결정하였다. 이 cDNA 유전자의 이름을 'swDREB1' cDNA라고 명명하였다. Five DREB genes were selected from the Arabidopsis Web site (http://www.arabidopsis.org) database for the production of DREB probe DNA for screening of DREB genes. Is the base sequence AtDREB1A / CBF3 : AT4G25480 (SEQ ID NO: 3: forward: 5'-ATGAACTCATTTTCTGCT-3 ', SEQ ID NO: 4: reverse: 5'-TTAATAACTCCATAACGATAC-3'), AtDREB1B / CBF1 : AT4G25490 (SEQ ID NO: 5: forward: 5'-TTTGGCTCCGATTAC-3 ', SEQ ID NO: 6 Reverse: 5'-TTAGTAACTCCAAAGCG-3'), AtDREB1C / CBF2 : AT4G25470 (SEQ ID NO: 7: Forward: 5'-ATGAACTCATTTTCTGCC-3 ', SEQ ID NO: 8 Reverse: 5 '-TTAATAGCTCCATAAGGAC-3'), AtDREB2A : AT5G05410 (SEQ ID NO: 9: Forward: 5'-ATGGCAGTTTATGATCAG-3 ', SEQ ID NO: 10: Reverse: 5'-TTAGTTCTCCAGATCCAA-3'), At DREB2B : AT3G11020 (SEQ ID NO: 11: Forward: 5'-ATGGCTGTATATGAACAAA-3 ', SEQ ID NO: 12 Reverse 5'-TCAAATATCCAGAGAACTC-3'). The library was screened by the conventional method using the prepared probe DNA, and 57 clones were obtained. DNA was isolated from the clone to determine the nucleotide sequence of the 5 'end of the cDNA using the T3 primer and obtain relevant genetic information and data through analysis of the Blast database of NCBI (www.ncbi.nlm.nih.gov) It was. Among them, DREB genes belonging to the DREB1 family of Arabidopsis were cloned as candidates for root-specific expression of various stresses, including drying, and the entire sequence of cDNA was determined. This cDNA gene was named ' swDREB1 ' cDNA.

SwDREB1 cDNA 유전자의 전체길이는 1206 bp로써 132 bp의 5' 말단 비번역부위(UTR)와 300 bp의 3' 말단 비번역부위 그리고 774 bp의 코딩부분(257 개의 아미노산으로 구성)으로 구성되어 있음을 보였다(도 1). NLS(nuclear localization signal)는 DREB 전사인자의 핵으로 신호전달을 위한 서열이며, AP2/EREBP 부위는 DNA 결합 부위이며 C말단의 산성화 부위(acidic region)는 DREB 전사인자를 활성화시키는 부분이다. 상기 유전자는 다른 DREB 단백질구조와 비교해서 NLS, AP2/EREBP 부위 및 C말단의 산성화 부위가 잘 보존되어 있었다. 특히, 본 발명의 swDREB1 유전자는 애기장대의 DREB 계열들 중 DREB1 그룹이 갖는 특이적 서열인 DSAWRL과 LWSF가 보존되어 있었다.The total length of the SwDREB1 cDNA gene is 1206 bp, which is composed of 132 bp 5 'terminal untranslated region (UTR), 300 bp 3' terminal untranslated region and 774 bp coding region (consisting of 257 amino acids). (FIG. 1). The NLS (nuclear localization signal) is a sequence for signaling to the nucleus of the DREB transcription factor, the AP2 / EREBP site is a DNA binding site, and the acidic region at the C terminus is a part that activates the DREB transcription factor. Compared with other DREB protein structures, the gene had well preserved NLS, AP2 / EREBP sites and C-terminal acidification sites. In particular, in the swDREB1 gene of the present invention, DSAWRL and LWSF, which are specific sequences of the DREB1 group, were preserved among the DREB family of Arabidopsis.

고구마 swDREB1의 코딩부분을 블라스트(BlastX)로 조사하였을 때 고추(Capsicum annuum)의 CaCBF1B, CaDREBLP1과 아미노산 수준에서 67%의 상동성을 보였으며, 토마토(Lycopersicon esculentum)의 LeCBF1, 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 AtDREB1D/CBF4와는 61%의 상동성을 보였다(도 2a). 고구마 swDREB1의 추정되는 단백질의 아미노산 서열과 다양한 식물종의 DREB 사이의 유연관계를 ClustalW 프로그램(http://plant.pdrc.re.kr/gene/align/ClustalW.html)를 이용하여 조사한 결과 고구마 swDREB1은 애기장대의 DREB1계열의 단백질인 것으로 추정된다(도 2a 및 2b). When the coding part of sweet potato swDREB1 was irradiated with BlastX, Capsicum showed CaCBF1B, the homology of 67% in CaDREBLP1 the amino acid level annuum), tomato (showed a homology of 61% than AtDREB1D / CBF4 of LeCBF1, Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) in Lycopersicon esculentum) (Figure 2a). The relationship between the amino acid sequence of the putative protein of sweet potato swDREB1 and the DREB of various plant species was investigated using the ClustalW program (http://plant.pdrc.re.kr/gene/align/ClustalW.html). Is assumed to be a protein of the DREB1 family of Arabidopsis (FIGS. 2A and 2B).

<실시예2> 고구마 조직별 Example 2 Sweet Potato Organization swDREB1swDREB1 유전자의 발현분석 Gene expression analysis

건초 처리한 고구마 뿌리로부터 분리한 본 발명의 고구마 DREB 전사인자인 swDREB1의 조직별 발현양상을 분석하기 위해 RT-PCR을 수행하였다. CTAB 방법(Kim and Hamada, Biotech Lett 27, 1841-1845, 2005)으로 고구마 조직(잎, 줄기, 저장뿌리, 실뿌리, 굵은 뿌리)으로부터 총 RNA를 추출한 후 RNA 2.5 μg을 사용하여 MMLV Reverse Transcription System cDNA 합성키트(Clontech사)를 이용하여 cDNA를 합성하였다. SwDREB1 유전자 특이적 프라이머와 Accel Taq Premix 키트(Genedocs사)를 사용하여 swDREB1 유전자의 발현양상을 조사하였다. SwDREB1의 특이적인 프라이머로는 염기서열(서열번호 13: 정방향: 5'-CTATTCGCCCTATTCCTAT-3', 서열번호 14: 역방향: 5'-CAAATTCAAGCCTTGGTATC-3')를 사용하였다. RT-PCR was performed to analyze the tissue-specific expression patterns of swDREB1 , a sweet potato DREB transcription factor of the present invention, isolated from hay-treated sweet potato roots. Extract total RNA from sweet potato tissues (leaves, stems, storage roots, roots, coarse roots) using CTAB method (Kim and Hamada, Biotech Lett 27, 1841-1845, 2005), and then use 2.5 μg RNA to MMLV Reverse Transcription System cDNA. CDNA was synthesized using a synthetic kit (Clontech). SwDREB1 gene specific primers and the Accel Taq Premix kit (Genedocs) were used to investigate the expression of swDREB1 gene. As a specific primer of SwDREB1 , a nucleotide sequence (SEQ ID NO: 13: forward: 5'-CTATTCGCCCTATTCCTAT-3 ', SEQ ID NO: 14: reverse: 5'-CAAATTCAAGCCTTGGTATC-3') was used.

그 결과 swDREB1 유전자는 저장뿌리(tuberous root)와 줄기(stem)에서 강하게 발현되었으며, 실뿌리(fibrous root)에서도 발현되었다. 하지만 잎(leaf)과 굵은 뿌리(thick pigmented root)에서는 매우 약하게 발현되는 양상을 보였다(도 3). 따라서 건조처리된 고구마 뿌리 조직에서 분리한 본 발명의 swDREB1 유전자는 줄기, 실뿌리, 저장뿌리에서 발현되는 유전자임을 알 수 있었다. As a result, the swDREB1 gene was strongly expressed in the tuberous root and stem, and also in the fibrous root. However, the leaf and the thick pigmented root (thick pigmented root) showed a very weak appearance (Fig. 3). Thus, swDREB1 of the present invention isolated from dried sweet potato root tissue The gene was found to be a gene expressed in stems, roots, and storage roots.

<실시예3> 건조처리를 포함한 다양한 스트레스 처리에 의한 <Example 3> by various stress treatment including drying treatment swDREB1swDREB1 유전자의 발현분석 Gene expression analysis

본 발명의 swDREB1 유전자가 건조를 포함한 다양한 스트레스 처리에 대해 반응하는 정도를 분석하기위해, 건조, 식물호르몬(ABA), 온도 및 화학물질과 같은 다양한 스트레스 처리를 한 후 swDREB1 유전자의 발현변화를 RT-PCR로 분석하였다. In order to analyze the degree of response of the swDREB1 gene to various stress treatments including drying, the expression changes of swDREB1 gene were analyzed after various stress treatments such as drying, plant hormone (ABA), temperature and chemicals. Analyzed by PCR.

먼저, swDREB1 유전자가 건조처리에 의해 반응하는 정도를 분석하기위해 고구마의 잎과 실뿌리 조직을 시간대별(0, 1, 2, 8, 16, 24 시간)로 건조처리 한 후에 상기 실시예 2에서 수행한 방법으로 RNA를 분리한 후 cDNA를 각각 합성하였다. 상기 실시예 2에서 사용한 swDREB1 유전자 특이적 프라이머로 RT-PCR를 수행하였다. 그 결과 swDREB1 유전자는 실뿌리 조직에서 건조처리 후 1시간째에 가장 강한 발현 수준을 보였으며, 16시간까지 강한 발현 수준이 유지되었다(도 4a). 반면에 잎 조직에서는 건조처리에 의한 swDREB1의 발현량의 증감이 관찰되지 않았다. First, swDREB1 In order to analyze the degree of gene response by the drying treatment, the leaves and the roots of sweet potatoes were dried by time zones (0, 1, 2, 8, 16, 24 hours) and then the method was performed in Example 2 After RNA was isolated, cDNA was synthesized, respectively. SwDREB1 used in Example 2 RT-PCR was performed with gene specific primers. As a result, the swDREB1 gene showed the strongest expression level at 1 hour after drying in the root root tissue, and maintained strong expression level until 16 hours (FIG. 4A). On the other hand, no increase or decrease in the expression level of swDREB1 was observed in the leaf tissues.

일반적으로 건조 스트레스 하에서는 식물호르몬인 앱시스산의 양이 증가되며 앱시스산이 건조에 대응하여 식물의 기공 개폐를 조절하는 것으로 알려져 있다. 또한 다양한 식물종의 DREB 전사인자는 앱시스산 처리에 의해 발현의 반응성을 보이는지의 여부에 따라 앱시스산 의존적 또는 독립적인 신호전달 기작을 갖는 DREB 전사인자로써 분류된다. 따라서 건조처리에 반응한 swDREB1 유전자가 앱시스산 처리에 의해서 발현이 증가하는 지를 관찰하기 위해 고구마의 잎과 실뿌리 조직을 0.1 mM의 앱시스산을 시간대별(0, 12, 24, 36, 48 시간)로 처리한 후 동일한 방법으로 RNA를 추출하고 cDNA를 합성하였으며 RT-PCR을 수행하였다. 그 결과 잎과 실뿌리 조직에서는 앱시스산 처리에 의한 swDREB1의 발현량의 증감이 관찰되지 않았다(도 4b). 따라서 고구마의 swDREB1 유전자는 앱시스산에 대해 독립적인 신호전달 기작에 의해 그 발현이 조절되는 것으로 생각된다.In general, under dry stress, the amount of plant hormone abscis acid is increased, and it is known that abscis acid controls pore opening and closing of plants in response to drying. In addition, DREB transcription factors of various plant species are classified as DREB transcription factors with abscis acid dependent or independent signaling mechanisms, depending on whether the expression is responsive by treatment with abscis acid. Therefore, to observe whether the swDREB1 gene in response to drying treatment is increased by the application of absic acid, the sweet potato leaves and silt tissues were treated with 0.1 mM abscis acid at time intervals (0, 12, 24, 36, 48 hours). After treatment, RNA was extracted and cDNA was synthesized in the same manner and RT-PCR was performed. As a result, no increase or decrease in the amount of swDREB1 expression by abscitic acid treatment was observed in the leaf and silt tissue (FIG. 4B). Thus, the sweet potato swDREB1 gene is thought to be regulated by signaling mechanisms independent of absic acid.

애기장대의 DREB 유전자들은 저온 및 염 유도성의 반응 특성을 보였다. 이에 swDREB1의 온도 스트레스에 대한 반응성을 보기위해 다양한 저온 스트레스인 15℃와 4℃를 기내 배양기 조건에서 16시간동안 처리 후 동일한 방법으로 RNA를 분리한 후 cDNA를 합성하여 RT-PCR를 수행하였다. 그 결과 swDREB1 유전자는 잎과 실뿌리 조직에서 저온(4℃) 처리 후 가장 강한 발현 수준을 보였다(도 4c). Arabidopsis DREB genes showed low temperature and salt induced response characteristics. In order to see the responsiveness of swDREB1 to temperature stress, various low-temperature stresses were treated at 15 ° C. and 4 ° C. for 16 hours in an incubator condition, after which RNA was isolated and cDNA was synthesized and RT-PCR was performed. As a result, the swDREB1 gene showed the strongest expression level after low temperature (4 ° C.) treatment in leaf and root root tissues (FIG. 4C).

다음으로 swDREB1의 다양한 화합물 스트레스에 대한 반응성을 보기위해 100 mM 염화 나트륨과 0.05 mM 메틸 비올로젠(methyl viologen, paraquat) 처리 후 24시간째와 0.05 mM 카드뮴을 48시간 처리 후 동일한 방법으로 RNA를 추출하고 cDNA를 합성하였으며 RT-PCR을 수행하였다. 메틸 비올로젠은 활성산소를 과량으로 발생하여 식물을 고사시키는 비선택성 제초제이다. 각각의 대조군으로는 멸균수를 사용하였다. 그 결과 swDREB1 유전자는 잎과 실뿌리 조직에서 염화나트륨, 메틸 비올로젠, 카드뮴 처리에 강한 발현 증가를 보였다(도 4d). 따라서 swDREB1 유전자가 다양한 스트레스에 반응성을 가짐을 알 수 있으며, 특히 실뿌리에서 높은 발현수준을 보임을 알 수 있었다. 그러므로 swDREB1 유전자는 건조, 추위 등 열악한 토양에서 유식물체의 초기생장을 좋게 하는 환경재해 내성 식물체 (고구마 포함) 개발에 도움이 될 것으로 판단된다. Next, 100 mM sodium chloride to see the reactivity to various compounds stress of swDREB1 and 0.05 mM methyl rain halogen (methyl viologen, paraquat) 24 hours after, and 0.05 mM Cd 48 hours post-treatment post-treatment to extract RNA by the same method, and cDNA was synthesized and RT-PCR was performed. Methyl viologen is a non-selective herbicide that generates excess of free radicals to kill plants. Sterile water was used for each control. As a result swDREB1 Genes showed strong expression increase in sodium chloride, methyl viologen, cadmium treatment in leaf and silt tissue (FIG. 4D). Therefore, it can be seen that the swDREB1 gene has responsiveness to various stresses, and in particular, high expression level in the roots. Therefore, the swDREB1 gene is expected to help the development of environmentally resistant plants (including sweet potatoes) that improve early growth of seedlings in poor soil such as dry and cold.

<실시예4> SExample 4 S wDREB1wDREB1 유전자의 서던 블롯 분석 Southern blot analysis of genes

본 발명의 swDREB1 유전자의 고구마 게놈(genome)내의 존재 및 다른 상동성 유전자의 존재 여부를 관찰하기 위하여 서던 블롯 분석(Southern blot analysis)을 실시하였다. CTAB 방법으로 고구마 잎으로부터 게놈 DNA를 분리, 정제한 후 EcoRI, EcoRV, HindIII로 절단하였다. 제한 효소로 절단된 게놈 DNA를 전기영동한 후 swDREB1 cDNA의 3' 말단 특이적 영역의 300 bp를 32P방사성 동위원소로 표지한 탐침자를 사용하여 서던 블롯을 수행하였다.Southern blot analysis was performed to observe the swDREB1 gene of the present invention in the sweet potato genome and the presence of other homologous genes. Genomic DNA was isolated and purified from sweet potato leaves by CTAB method, and then digested with Eco RI, Eco RV, and Hind III. After electrophoresis of genomic DNA digested with restriction enzymes, a Southern blot was performed using a probe labeled 300 bp of the 3 'terminal specific region of swDREB1 cDNA with a 32 P radioisotope.

그 결과 swDREB1 유전자는 제한 효소로 절단된 각 절편들에서 swDREB1의 탐 침자가 인식하는 DNA 밴드가 1개 존재하여 본 발명의 swDREB1 유전자가 고구마 게놈 내에 단일 유전자로 존재하고 있음을 알 수 있었다(도 5). As a result swDREB1 gene It was found that the swDREB1 gene of the present invention to DNA bands ride chimja recognizes the swDREB1 exists one in each fragment cut with restriction enzymes that are present in a single gene in the potato genome (Fig. 5 ).

도 1은 본 발명의 건조 처리된 고구마 뿌리 유래 swDREB1 유전자의 염기서열과 이로부터 추론한 아미노산 서열을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the nucleotide sequence of the dried sweet potato root derived swDREB1 gene of the present invention and the amino acid sequence deduced therefrom.

도 2a는 본 발명의 swDREB1 유전자의 추론된 단백질의 아미노산 서열과 여러 식물(고추, 토마토, 애기장대, 목화, 단버찌)의 DREB 유전자 아미노산 서열을 비교한 도면이다Figure 2a is a view comparing the amino acid sequence of the deduced protein of the swDREB1 gene of the present invention and the DREB gene amino acid sequence of various plants (pepper, tomato, Arabesque , cotton, sweet cherry)

도 2b는 본 발명의 swDREB1 유전자의 추론된 단백질의 아미노산 서열과 여러 식물(고추, 토마토, 애기장대, 목화, 단버찌)의 DREB 유전자 사이의 유연관계를 나타낸 도면이다. Figure 2b is a view showing the flexible relationship between the amino acid sequence of the deduced protein of the swDREB1 gene of the present invention and the DREB gene of various plants (pepper, tomato, Arabidopsis, cotton, sweet cherry).

도 3은 고구마의 여러 조직에서 본 발명의 swDREB1 유전자가 발현하는 양상을 RT-PCR 전기영동한 사진이다. L, leaf(잎); S, stem(줄기); TR, tuberous root(저장뿌리); FR, fibrous root(실뿌리); TPR, thick pigmented root(굵은 뿌리). Figure 3 is a photograph of RT-PCR electrophoresis of the expression of the swDREB1 gene of the present invention in various tissues of sweet potatoes. L, leaf; S, stem; TR, tuberous root (storage root); FR, fibrous root (root); TPR, thick pigmented root.

도 4a는 고구마 잎과 실뿌리에 건조 처리 후 0, 1, 2, 8, 16, 24 시간째의 본 발명의 swDREB1 유전자의 발현양상을 나타낸 RT-PCR 전기영동 사진이다. Figure 4a is a picture of RT-PCR electrophoresis showing the expression pattern of the swDREB1 gene of the present invention at 0, 1, 2, 8, 16, 24 hours after drying the sweet potato leaves and roots.

도 4b는 고구마 잎과 실뿌리에 식물호르몬 0.1 mM의 앱시스산을 처리한 후 0, 6, 12, 24, 48 시간째의 본 발명의 swDREB1 유전자의 발현양상을 나타낸 RT-PCR 전기영동 사진이다. Figure 4b is a RT-PCR electrophoresis picture showing the expression pattern of the swDREB1 gene of the present invention at 0, 6, 12, 24, 48 hours after treatment with 0.1 mM of abscitic acid in sweet potato leaves and sils roots .

도 4c는 고구마 잎과 실뿌리에 온도 스트레스(4℃, 15℃)를 처리한 후 16시간째의 본 발명의 swDREB1 유전자의 발현양상을 나타낸 RT-PCR 전기영동 사진이다. Figure 4c is a picture of RT-PCR electrophoresis showing the expression pattern of the swDREB1 gene of the present invention 16 hours after the sweet potato leaves and the roots were subjected to temperature stress (4 ℃, 15 ℃).

도 4d는 고구마 잎과 실뿌리에 100 mM의 염화나트륨(NaCl)과 0.05 mM의 메틸 비올로젠(methyl viologen)을 처리한 후 24시간째, 그리고 0.5 mM의 카드뮴을 처리한 후 48시간째의 본 발명의 swDREB1 유전자의 발현양상을 나타낸 RT-PCR 전기영동 사진이다. FIG. 4D shows the present invention at 24 hours after treatment with 100 mM sodium chloride (NaCl) and 0.05 mM methyl viologen on sweet potato leaves and roots, and 48 hours after treatment with 0.5 mM cadmium. RT-PCR electrophoresis picture of the swDREB1 gene expression.

도 5는 본 발명의 swDREB1 유전자가 고구마의 게놈상에 존재하는 것을 확인한 서던블롯 사진이다.5 is a Southern blot photograph confirming that the swDREB1 gene of the present invention exists on the genome of sweet potatoes.

<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> SwDREB1 protein originated from a root of Ipomoea batatas and gene coding the same <130> 7p-11-07 <160> 14 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 1206 <212> DNA <213> SwDREB1 gene from a root of Ipomoea batatas <400> 1 aatacatacc cacttccagt tttagctttt ccatatatat atatatatat actttactaa 60 gtaccgccgt cgtttacgta cctactacta gtctcaatca ctcaagattc gattctatat 120 atggatatgg atatggatat agttgggaat tattattctg ggaattttct aagtgctgct 180 gcggcggcgt cgagtttttg gtcgccggaa atgggtgcag tagtgccttc gccactgtct 240 tcttctgata ctgggagttg cagcgctact atgaaagcga atttgtcgga tgaagaggtg 300 ttgttggctt ctaataatcc gaagaaacgc gctgggagga agaagtttcg ggagactcga 360 cacccggtgt accggggagt gaggaggagg aactccggga agtgggtgtg tgaggtgagg 420 gagcccaaca agaagtccag gatatggctg ggaactttcc ccacggctga aatggcggct 480 agagctcatg acgtggccgc catcgctctc agaggctgct ccgcctgtct caacttcgcc 540 gactcggctt ggaggcttcc aatcccggcg tccgccgacc ccaaggacat ccagaaagct 600 gcggcggagg 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Sequence <220> <223> AtDREB2A: AT5G05410 reverse primer <400> 10 ttagttctcc agatccaa 18 <210> 11 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AtDREB2B: AT3G11020 forward primer <400> 11 atggctgtat atgaacaaa 19 <210> 12 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AtDREB2B: AT3G11020 reverse primer <400> 12 tcaaatatcc agagaactc 19 <210> 13 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer specific for swDREB1 <400> 13 ctattcgccc tattcctat 19 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer specific for swDREB1 <400> 14 caaattcaag ccttggtatc 20 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> SwDREB1 protein originated from a root of Ipomoea batatas and          gene coding the same <130> 7p-11-07 <160> 14 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 1206 <212> DNA <213> SwDREB1 gene from a root of Ipomoea batatas <400> 1 aatacatacc cacttccagt tttagctttt ccatatatat atatatatat actttactaa 60 gtaccgccgt 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            100 105 110 Glu Met Ala Ala Arg Ala His Asp Val Ala Ala Ile Ala Leu Arg Gly         115 120 125 Cys Ser Ala Cys Leu Asn Phe Ala Asp Ser Ala Trp Arg Leu Pro Ile     130 135 140 Pro Ala Ser Ala Asp Pro Lys Asp Ile Gln Lys Ala Ala Ala Glu Ala 145 150 155 160 Ala Glu Ala Phe Arg Pro Val Ala Leu Pro Ala Asn Gln Asn Gln Thr                 165 170 175 Gln Arg Ile Ile Leu Glu Ala Glu Glu Glu Glu Glu Glu Cys Asn Ser             180 185 190 Ser Met Lys Glu Glu Gln Val Ser Thr Thr Asn Glu Asn Val Phe Phe         195 200 205 Met Asp Glu Glu Ala Phe Phe Asp Met Pro Gly Leu Leu Ala Asp Met     210 215 220 Ala Gln Ala Leu Met Leu Pro Pro Pro Gln Cys Ala Leu Val Asp Arg 225 230 235 240 Thr Asn Asp Val Glu Leu Asp Ala Asp Val Ser Leu Trp Ser Phe Ser                 245 250 255 Ile     <210> 3 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AtDREB1A / CBF3: AT4G25480 forward primer <400> 3 atgaactcat tttctgct 18 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 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atggctgtat atgaacaaa 19 <210> 12 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AtDREB2B: AT3G11020 reverse primer <400> 12 tcaaatatcc agagaactc 19 <210> 13 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer specific for swDREB1 <400> 13 ctattcgccc tattcctat 19 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer specific for swDREB1 <400> 14 caaattcaag ccttggtatc 20  

Claims (14)

서열번호 2로 기재되는 아미노산 서열을 가지는 것을 특징으로 하는 고구마 유래 swDREB1 단백질. Sweet potato derived from having an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 swDREB1 protein. 제 1항의 swDREB1 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드. A polynucleotide encoding the swDREB1 protein of claim 1. 청구항 2에 있어서, 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리뉴클레오티드. The polynucleotide according to claim 2, which has a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 . 제 2항의 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현벡터.An expression vector comprising the polynucleotide of claim 2. 제 4항의 발현벡터로 형질전환된 형질전환 숙주세포. A transformed host cell transformed with the expression vector of claim 4. 1) 제4항의 발현벡터를 숙주 식물세포에 도입하여 형질전환 식물세포를 제조하는 단계;1) preparing a transformed plant cell by introducing the expression vector of claim 4 into a host plant cell; 2) 제조된 형질전환 식물세포를 배양하여 캘러스(callus)를 제조하는 단계; 및2) culturing the prepared transgenic plant cells to prepare a callus (callus); And 3) 제조된 캘러스의 분화를 유도하는 단계를 포함하는, 스트레스 내성을 갖는 형질전환 식물체의 제조방법.3) A method of producing a transformed plant having a stress resistance, comprising the step of inducing differentiation of the prepared callus. 청구항 6에 있어서, 스트레스는 건조, 앱시스산, 저온, 염화나트륨, 메틸 비올로젠 또는 카드뮴에 의해 유도되는 것을 특징으로 하는 형질전환 식물체의 제조방법.The method of claim 6, wherein the stress is induced by drying, abscidic acid, low temperature, sodium chloride, methyl viologen or cadmium. 삭제delete 청구항 6에 있어서, 상기 식물세포는 십자화과, 가지과, 장미과 및 메꽃과에 속하는 식물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 형질전환 식물체의 제조방법. The method of claim 6, wherein the plant cell is selected from the group consisting of plants belonging to a cruciferaceae, an eggplant, a rose family, and an asteraceae. 제 6항의 방법에 의해 제조된 형질전환 식물체의 자손 또는 클론인 식물체.A plant which is a progeny or clone of a transgenic plant produced by the method of claim 6. 제 6항의 방법에 의해 제조된 형질전환 식물체의 캘러스.Callus of a transgenic plant produced by the method of claim 6. 1) 서열번호 1로 기재되는 폴리뉴클레오티드 및 그의 하위에 작동가능하게 연결된 외래단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 발현벡터를 제조하는 단계;1) preparing a recombinant expression vector comprising a polynucleotide as set forth in SEQ ID NO: 1 and a polynucleotide encoding a foreign protein operably linked thereto; 2) 숙주 식물세포에 상기 재조합 발현벡터를 도입하여 형질전환 식물세포를 제조하는 단계; 2) preparing a transgenic plant cell by introducing the recombinant expression vector into a host plant cell; 3) 제조된 형질전환 식물세포를 배양하여 캘러스를 제조하는 단계;3) culturing the prepared transgenic plant cells to prepare a callus; 4) 제조된 캘러스의 분화를 유도하여 형질전환 식물체를 제조하는 단계; 및4) preparing a transformed plant by inducing differentiation of the prepared callus; And 5) 제조된 형질전환 식물체를 재배하는 단계를 포함하는, 외래단백질을 뿌리에서 고발현시키는 방법.5) A method for high expression of a foreign protein in the root, comprising the step of culturing the transformed plant prepared. 청구항 12에 있어서, 상기 식물세포는 십자화과, 가지과, 장미과 및 메꽃과에 속하는 식물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 외래단백질을 뿌리에서 고발현시키는 방법. The method of claim 12, wherein the plant cells are selected from the group consisting of plants belonging to the cruciferaceae, the branch family, the Rosaceae family, and the Conifer family. 청구항 12에 있어서, 상기 외래단백질은 약리효과를 발휘하는 단백질 또는 형질전환체에 스트레스에 대한 내성을 부여하는 단백질인 것을 특징으로 하는 외래단백질을 뿌리에서 고발현시키는 방법. The method of claim 12, wherein the foreign protein is a protein expressing resistance to stress to a protein or transformant exerting a pharmacological effect.
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