KR100990118B1 - Use of OsHXK5 gene as glucose sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 식물체 및 이의 종자, 상기 유전자를 포함하는 식물체의 글루코스 감지용 조성물, 상기 유전자를 식물에 형질전환하여 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력을 결정하는 방법 및 상기 유전자를 이용하여 식물의 성장을 조절하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plant transformed with a recombinant vector comprising an OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) gene and its seeds, a composition for detecting glucose in a plant comprising the gene, and an OsHXK5 gene according to a plant by transforming the gene into a plant. The present invention relates to a method for determining the glucose sensing ability of the method and to control the growth of plants using the gene.

OsHXK5, 글루코스 감지, 식물 성장, 글루코스 센서 OsHXK5, Glucose Detection, Plant Growth, Glucose Sensor

Description

글루코스 센서로서 OsHXK5 유전자의 용도{Use of OsHXK5 gene as glucose sensor}Use of OsHXK5 gene as glucose sensor

본 발명은 글루코스 센서로서 OsHXK5 유전자의 용도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 식물체 및 이의 종자, 상기 유전자를 포함하는 식물체의 글루코스 감지용 조성물, 상기 유전자를 식물에 형질전환하여 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력을 결정하는 방법 및 상기 유전자를 이용하여 식물의 성장을 조절하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the use of the OsHXK5 gene as a glucose sensor, and more particularly, for the detection of glucose in a plant transformed with a recombinant vector comprising an OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) gene, seeds thereof, and a plant comprising the gene. The present invention relates to a composition, a method of transforming a gene into a plant to determine glucose sensing ability of an OsHXK5 gene according to a plant, and a method of controlling plant growth using the gene.

고등 식물에서 당은 탄소 공급 및 에너지 대사를 위한 기초적인 원료로 이용될 뿐만 아니라, 발아에서 개화 및 노년기까지의 생장 주기 동안과 생물 및 비생물적 스트레스에 대한 방어 반응을 하는 동안의 생리적 과정을 조절하는 신호물질로 알려져 있다(Jang and Sheen (1994) Plant Cell 6: 1665-1679). 그러므로 정상의 식물 성장 및 발달을 유지하기 위해서 정밀한 당의 인지 및 신호전달 시스템은 많은 필수적인 대사 조절을 위해 중요하다.In higher plants, sugar is not only used as a basic source of carbon supply and energy metabolism, but also regulates physiological processes during the growth cycle from germination to flowering and old age, and during the protective response to biological and abiotic stresses. Is known as a signaling material (Jang and Sheen) (1994) Plant Cell 6: 1665-1679. Therefore, precise sugar recognition and signaling systems are important for many essential metabolic regulation to maintain normal plant growth and development.

광합성의 주요 산물 중 하나인 글루코스는 식물에서 많은 신호전달 경로를 조절하는 당 성분으로 가장 널리 알려져 있다(Koch KE (1996) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 47: 509-540). 단세포 미생물 효모에서, 헥소키나아제 ScHXK2, 글루코스 수송자 유사 단백질 Snf3 및 Rgt2, 그리고 G 단백질-결합 수용체 Gpr1와 같은 몇 개의 글루코스 센서는 세포 성장 및 유전자 발현을 조절하기 위해 세포의 내부 및 외부 글루코스 상태를 감지한다고 알려져 있다(Rolland et al. (2002) Sugar sensing and signaling in plants. 14: S185-205). 유사하게, 최근 식물 연구에서 내부 글루코스 센서로서 헥소키나아제 또는 외부 글루코스 센서로서 G 단백질-결합 수용체인 GPCR에 의해 매개된 당 감지 및 신호전달 시스템을 밝혔다(Rolland et al. (2001) Trends Biochem Sci 26: 310-317). Glucose, one of the main products of photosynthesis, is the most widely known sugar component that regulates many signaling pathways in plants (Koch KE (1996) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol) 47: 509-540). In unicellular microbial yeast, several glucose sensors, such as hexokinase ScHXK2, glucose transporter-like proteins Snf3 and Rgt2, and G protein-coupled receptor Gpr1, detect cell internal and external glucose states to regulate cell growth and gene expression. (Rolland et al. (2002) Sugar sensing and signaling in plants. 14: S185-205). Similarly, recent plant studies have revealed a sugar detection and signaling system mediated by hexokinase as an internal glucose sensor or GPCR, a G protein-coupled receptor as an external glucose sensor (Rolland et al. (2001) Trends Biochem Sci 26: 310-317).

헥소오스를 인산화시켜 헥소오스 6-포스페이트를 만드는 헥소키나아제의 촉매 기능에 더하여, 식물에서 진화적으로 보존된 글루코스 센서로서 헥소키나아제 기능은 애기장대 헥소키나아제1(AtHXK1) 형질전환 식물체와 glucose insensitive (gin2) 돌연변이체의 생화학적, 유전학적, 및 분자적 연구로부터 중요하게 인식되어 왔다(Jang et al. (1997) Plant Cell 9: 5-19). gin2 돌연변이 라인에서 효소 활성이 제거된 AtHXK1 돌연변이 대립유전자를 발현하는 형질전환 식물체는 애기장대 식물체에서 AtHXK1의 효소활성과 당 인지 기능이 커플링되지 않는다는 강력한 증거를 제공하였다. 게다가, 프로테오믹스 및 효모 two hybrid 상호작용 실험은 핵에서 특이적 광합성 유전자의 발현을 직접적으로 조절하기 위하여 AtHXK1가 액포 H+-ATPase B1 (VHA-B1) 및 프로테아좀 서브유닛(RPT5B)의 19S 조절 분자인 두 개의 파트너와 상호작용한다는 것을 보여주었고, AtHXK1와 VHA-B1 또는 RPT5B의 상호작용은 AtHXK1의 효소 활성을 필요로 하지 않는다는 것을 보여주었다. 토마토에서, AtHXK1 발현은 광합성 조직에서 당 인지 및 신호전달의 특징들인 광합성 감소, 성장 저해 및 빠른 노화의 유도를 야기한다고 알려져 있다. 애기장대 HXK1를 제외하고, 글루코스 센서로서 헥소키나아제의 기능은 다른 식물 종에서 입증된 바가 아직 없다.In addition to the catalytic function of hexokinase, which phosphorylates hexose to form hexose 6-phosphate, hexokinase function as an evolutionarily conserved glucose sensor in plants is characterized by Arabidopsis hexokinase1 ( AtHXK1 ) transgenic plants and glucose insensitive ( gin2 ) Has been importantly recognized from biochemical, genetic, and molecular studies of mutants (Jang et al. (1997) Plant Cell 9: 5-19). Transgenic plants expressing the AtHXK1 mutant allele with depleted enzyme activity in the gin2 mutant line provided strong evidence that AtHXK1's enzymatic activity and sugar cognitive function were not coupled in Arabidopsis plants. In addition, proteomics and yeast two hybrid interaction experiments showed that AtHXK1 regulates 19S of vacuole H + -ATPase B1 (VHA-B1) and proteasome subunit (RPT5B) to directly regulate expression of specific photosynthetic genes in the nucleus. It was shown that it interacts with two partners, molecules, and that the interaction of AtHXK1 with VHA-B1 or RPT5B does not require the enzymatic activity of AtHXK1. In tomatoes, AtHXK1 expression is known to cause induction of photosynthesis, growth inhibition and rapid aging that are characteristic of sugar recognition and signaling in photosynthetic tissue. With the exception of Arabidopsis HXK1, the function of hexokinase as a glucose sensor has not yet been demonstrated in other plant species.

헥소키나아제가 미토콘드리아, 엽록체, 골지체, 소포체, 액틴 필라멘트 및 원형질막과 같은 다양한 세포 기관과 연관이 있는 것으로 밝혀졌다(Schleucher et al. (1998) Plant Physiol 118: 1439-1445). 효모에서, 글루코스 센서 ScHXK2는 핵에서 뿐만 아니라 세포질에서 부분적으로 존재하며, N-말단 도메인에 핵 위치화 신호를 갖고 있는 것으로 밝혀졌다(Herrero et al. (1998) FEBS Lett 434: 71-76). 더욱이, ScHXK2의 핵 위치화는 SUC2, HXK1 GLK1 와 같은 몇 개의 유전자의 글루코스 억제에 필수적이다. 미토콘드리아와 많은 관련이 있는 AtHXK1의 일부는 핵에서 위치하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 글루코스-과잉 조건하에서 핵 AtHXK1은 그것의 기질과 결합하고, 목적 유전자의 발현 저해를 야기한다고 알려져 있다(Cho et al. (2006) Cell 127: 579-589).Hexokinase has been shown to be associated with various organelles such as mitochondria, chloroplasts, Golgi apparatus, endoplasmic reticulum, actin filaments and plasma membranes (Schleucher et al. (1998) Plant Physiol 118: 1439-1445). In yeast, the glucose sensor ScHXK2 is found to be partially present in the nucleus as well as in the cytoplasm and has a nuclear localization signal in the N-terminal domain (Herrero et al. (1998) FEBS Lett 434: 71-76). Moreover, nuclear localization of ScHXK2 is essential for glucose inhibition of several genes such as SUC2 , HXK1 and GLK1 . Part of AtHXK1, which is highly related to mitochondria, has been found to be located in the nucleus. Thus, under glucose-excess conditions, nuclear AtHXK1 binds to its substrate and is known to cause inhibition of expression of the gene of interest (Cho et al. (2006) Cell 127: 579-589).

본 발명자는 이전에 OsHXK1( O ryza s ativa H e x o k inase 1) 부터 OsHXK10 까지 10개의 벼 헥소키나아제를 분리하였고, 모든 OsHXKs은 헥소키나아제 활성을 갖고 있는 것을 확인하였다(Cho et al. (2006) Planta 224: 598-611). 또한, OsHXK4 및 OsHXK7가 엽록체 스트로마 및 세포질에 각각 존재하는 것을 확인하였다.Since the inventors have previously OsHXK1 (O ryza s ativa H x o e k inase 1) to the OsHXK10 Ten rice hexokinases were isolated and all OsHXKs were identified to have hexokinase activity (Cho et al. (2006) Planta 224: 598-611). In addition, it was confirmed that OsHXK4 and OsHXK7 are present in the chloroplast strom and cytoplasm, respectively.

한국특허등록 제10-0660616호에는 남세균 글루코키나제를 이용한 식물의 생장과 발달 조절방법이 개시되어 있으나, 본 발명의 유전자와는 상이하다.Korean Patent Registration No. 10-0660616 discloses a method for regulating the growth and development of plants using Bacillus glucokinase, but is different from the gene of the present invention.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명자는 서열 유사성과 세포 내 위치를 기초로 하여 OsHXK5 및 OsHXK6의 벼 상동성 헥소키나아제를 동정하였고, 이 유전자들이 당 인지 및 신호전달 기능을 갖고 있는지 조사하기 위해, 옥수수 및 벼의 엽육 원형질체 및 형질전환 벼 식물체에서 OsHXK5 및 OsHXK6의 기능을 관찰하였으며, 애기장대 gin2-1 돌연변이를 야생의 OsHXK5, OsHXK6 및 이 유전자들의 효소 활성이 제거된 대립유전자로 형질전환시켰고, 당 인지 및 신호전달 특성을 분석함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present invention has been made in accordance with the above requirements, and the present inventors have identified rice homologous hexokinases of OsHXK5 and OsHXK6 based on sequence similarity and intracellular location, and these genes have sugar recognition and signaling functions. In order to investigate whether the functions of OsHXK5 and OsHXK6 in corn and rice leaf protoplasts and transgenic rice plants were observed, Arabidopsis gin2-1 mutants were identified as wild OsHXK5, OsHXK6 and alleles from which the enzyme activities of these genes were removed. The invention was completed by transforming and analyzing sugar recognition and signaling properties.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 식물체 및 이의 종자를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a plant transformed with a recombinant vector comprising OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) gene and its seed.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 식물체의 글루코스 감지용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for detecting glucose in a plant comprising the gene.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 식물에 형질전환하여 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력을 결정하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for determining the glucose sensing ability of the OsHXK5 gene according to the plant by transforming the gene into a plant.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 이용하여 식물의 성장을 조절하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of controlling the growth of plants using the gene.

본 발명에 따르면, 본 발명의 OsHXK5 유전자는 미토콘드리아 및 핵에 대한 이중 타켓팅 능력을 갖고 있으며, 또한 식물에서 글루코스 센서로서 역할을 할 수 있다.According to the present invention, the OsHXK5 gene of the present invention has a dual targeting ability against mitochondria and the nucleus, and can also serve as a glucose sensor in plants.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a plant transformed with a recombinant vector comprising OsHXK5 (Oryza sativa Hexokinase 5) gene.

상기 형질전환된 식물체에 포함되는 OsHXK5 유전자는 글루코스 센서로서 이용될 수 있다. 즉, 식물체 내의 글루코스 함량에 따라 식물의 성장이 조절될 수 있는 것이다. OsHXK5 gene included in the transformed plant can be used as a glucose sensor. That is, the growth of the plant can be controlled according to the glucose content in the plant.

상기 식물체는 글루코스 함유 배지에서 성장이 저해될 수 있으며, 상기 성장 저해는 광합성 관련 유전자 발현 억제를 통해 이루어질 수 있다. 광합성 관련 유전자는 예를 들면, RbcS, 엽록소 a/b 결합 단백질 2 (CAB2), 세도헵툴로스-비스포스페이트(sedoheptulose-biphosphatase, SBP), 탄산 탈수 효소(carbonic anhydrase, CAA) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The plant may be inhibited growth in a glucose-containing medium, the growth inhibition may be through inhibition of photosynthesis related gene expression. Photosynthesis related genes can be, for example, but not limited to, RbcS , chlorophyll a / b binding protein 2 ( CAB2 ), sedoheptulose-biphosphatase ( SBP ), carbonic anhydrase ( CAA ), and the like. It doesn't work.

용어 "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호된 단백질을 발현하는 세포를 지칭하는 것이다. 재조합 세포는 상기 세포의 천연 형태에서는 발견되지 않는 유전자 또는 유전자 절편을, 센스 또는 안티센스 형태 중 하나로 발현할 수 있다. 또한 재조합 세포는 천연 상태의 세포에서 발견되는 유전자를 발현할 수 있으며, 그러나 상기 유전자는 변형된 것으로써 인위적인 수단에 의해 세포 내 재도입된 것이다.The term "recombinant" refers to a cell in which a cell replicates a heterologous nucleic acid, expresses the nucleic acid, or expresses a protein encoded by a peptide, heterologous peptide or heterologous nucleic acid. The recombinant cell can express a gene or a gene fragment that is not found in the natural form of the cell in one of the sense or antisense form. Recombinant cells can also express genes found in natural cells, but the genes have been modified and reintroduced into cells by artificial means.

용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "전달체"는 흔히 "벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.The term "vector" is used to refer to a DNA fragment (s), nucleic acid molecule, which is transferred into a cell. The vector replicates the DNA and can be independently regenerated in the host cell. The term "carrier" is often used interchangeably with "vector". The term “expression vector” refers to a recombinant DNA molecule comprising a coding sequence of interest and a suitable nucleic acid sequence necessary to express a coding sequence operably linked in a particular host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotic cells are known.

식물 발현 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-영역을 식물 세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터(EP 0 116 718 B1호 참조)는 현재 식물 세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 잡종 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다. Ti-플라스미드 벡터의 특히 바람직한 형태는 EP 0 120 516 B1호 및 미국 특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 DNA를 식물 숙주에 도입시키는데 이용될 수 있는 다른 적합한 벡터는 이중 가닥 식물 바이러스(예를 들면, CaMV) 및 단일 가닥 바이러스, 게미니 바이러스 등으로부터 유래될 수 있는 것과 같은 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 그러한 벡터의 사용은 특히 식물 숙주를 적당하게 형질전환 하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다.Preferred examples of plant expression vectors are Ti-plasmid vectors which, when present in a suitable host such as Agrobacterium tumerfaciens, can transfer part of themselves, the so-called T-region, into plant cells. Another type of Ti-plasmid vector (see EP 0 116 718 B1) is used to transfer hybrid DNA sequences to protoplasts from which current plant cells or new plants can be produced that properly insert hybrid DNA into the plant's genome. have. A particularly preferred form of the Ti-plasmid vector is a so-called binary vector as claimed in EP 0 120 516 B1 and U.S. Patent No. 4,940,838. Other suitable vectors that can be used to introduce the DNA according to the invention into a plant host are viral vectors, such as those which can be derived from double stranded plant viruses (eg CaMV) and single stranded viruses, gemini viruses, etc. For example, it may be selected from an incomplete plant viral vector. The use of such vectors can be advantageous, especially when it is difficult to properly transform a plant host.

발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함한다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질 전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 글리포세이트(glyphosate) 또는 포스피노트리신과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신, G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The expression vector preferably comprises one or more selectable markers. The marker is typically a nucleic acid sequence having properties that can be selected by a chemical method, which corresponds to all genes capable of distinguishing transformed cells from non-transformed cells. Examples include, but are not limited to, herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinothricin, antibiotic resistance genes such as kanamycin, G418, bleomycin, hygromycin, and chloramphenicol It doesn't happen.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물 발현 벡터에서, 프로모터는 CaMV 35S, 액틴, 유비퀴틴, pEMU, MAS 또는 히스톤 프로모터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. "프로모터"란 용어는 구조 유전자로부터의 DNA 업스트림의 영역을 의미하며 전사를 개시하기 위하여 RNA 폴리머라아제가 결합하는 DNA 분자를 말한다. "식물 프로모터"는 식물 세포에서 전사를 개시할 수 있는 프로모터이다. "구성적(constitutive) 프로모터"는 대부분의 환경 조건 및 발달 상태 또는 세포 분화하에서 활성이 있는 프로모터이다. 형질전환체의 선택이 각종 단계에서 각종 조직에 의해서 이루어질 수 있기 때문에 구성적 프로모터가 본 발명에서 바람직할 수 있다. 따라서, 구성적 프로모터는 선택 가능성을 제한하지 않는다.In the plant expression vector according to an embodiment of the present invention, the promoter may be CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS or histone promoter, but is not limited thereto. The term "promoter " refers to the region of DNA upstream from the structural gene and refers to a DNA molecule to which an RNA polymerase binds to initiate transcription. A "plant promoter" is a promoter capable of initiating transcription in plant cells. A "constitutive promoter" is a promoter that is active under most environmental conditions and developmental conditions or cell differentiation. Constructive promoters may be preferred in the present invention because the choice of transformants can be made by various tissues at various stages. Thus, the constitutive promoter does not limit the selection possibilities.

상기 터미네이터는, 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 그 예로는 노팔린 신타아제(NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 파세올린(phaseoline) 터미네이터, 아그로박테리움 투메파시엔스(agrobacterium tumefaciens)의 옥토파인(Octopine) 유전자의 터미네이터 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터미네이터의 필요성에 관하여, 그러한 영역이 식물 세포에서의 전사의 확실성 및 효율을 증가시키는 것으로 일반적으로 알고 있다. 그러므로, 터미네이터의 사용은 본 발명의 내용에서 매우 바람직하다.The terminator may be a conventional terminator, and examples thereof include nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, agrobacterium tumefaciens (ocrobacterium tumefaciens) Terminator of the Fine (Octopine) gene, etc., but is not limited thereto. With regard to the need for terminators, it is generally known that such regions increase the certainty and efficiency of transcription in plant cells. Therefore, the use of terminators is highly desirable in the context of the present invention.

본 발명에 따른 상기 식물체는 벼, 보리, 옥수수, 밀, 호밀, 귀리, 잔디, 마초, 기장, 사탕수수, 라이그래스, 오차드그래스 등의 단자엽 식물 또는 애기장대, 감자, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 상추, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 샐러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이, 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 또는 완두 등의 쌍자엽 식물일 수 있으나, 바람직하게는 애기장대 또는 벼이다.The plant according to the present invention is a monocotyledonous plant such as rice, barley, corn, wheat, rye, oats, grass, forage, millet, sugar cane, rice, orchardgrass, or Arabidopsis, potato, eggplant, tobacco, pepper, tomato , Burdock, garland chrysanthemum, lettuce, bellflower, spinach, chard, sweet potato, celery, carrot, buttercup, parsley, cabbage, cabbage, mustard, watermelon, melon, cucumber, pumpkin, gourd, strawberry, soybean, green bean, kidney bean, or pea It may be a dicotyledonous plant, but is preferably Arabidopsis or rice.

본 발명에 따른 헥소키나제 유전자는 바람직하게는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 서열의 변이체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 변이체는 염기 서열은 변화되지만, 서열번호 1의 염기 서열과 유사한 기능적 특성을 갖는 염기 서열이다. 구체적으로, 헥소키나제 유전자는 서열번호 1의 염기 서열과 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다.The hexokinase gene according to the present invention may be preferably composed of a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. In addition, variants of such sequences are included within the scope of the present invention. A variant is a nucleotide sequence that changes in base sequence but has similar functional properties to that of SEQ ID NO: 1. Specifically, the hexokinase gene may comprise a nucleotide sequence having at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90%, most preferably at least 95% homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. It may include.

폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제(즉, 갭)를 포함할 수 있다.The "% sequence homology" for a polynucleotide is identified by comparing two optimally arranged sequences with a comparison region, wherein part of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence (addition or deletion) for the optimal alignment of the two sequences. It may include the addition or deletion (ie, gap) compared to).

본 발명은 또한, 상기 식물체의 종자를 제공한다. 바람직하게는, 상기 종자는 애기장대 또는 벼의 종자이다.The present invention also provides seed of the plant. Preferably, the seed is a seed of Arabidopsis or rice.

본 발명은 또한, OsHXK5 유전자를 포함하는 식물체의 글루코스 감지용 조성물을 제공한다. OsHXK5 유전자는 식물체에서 글루코스 센서로서 역할을 수행하므로 식물체 내의 글루코스를 감지할 수 있는 것이다. 상기 OsHXK5 유전자는 바람직하게는 서열번호 1의 염기 서열로 이루어질 수 있다. 상기 식물체는 바람직하게는 벼이다. OsHXK5 유전자는 미토콘드리아 및 핵에 대한 이중 타켓팅 능력을 갖고 있는 것을 특징으로 한다 (도 1 및 도 2 참고).The present invention also provides a composition for detecting glucose of a plant comprising the OsHXK5 gene. The OsHXK5 gene acts as a glucose sensor in plants, so it can detect glucose in plants. The OsHXK5 gene may be preferably composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. The plant is preferably rice. OsHXK5 gene is characterized by having a dual targeting ability for the mitochondria and the nucleus (see FIGS. 1 and 2).

본 발명은 또한, OsHXK5 유전자를 식물에 형질전환하는 단계; 및The present invention also comprises the steps of transforming the plant with OsHXK5 gene; And

글루코스 함유 배지에서 식물의 성장 정도를 측정하는 단계를 포함하는 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력 결정 방법을 제공한다.It provides a method for determining the glucose sensing ability of the OsHXK5 gene according to the plant comprising the step of measuring the growth of the plant in a glucose-containing medium.

본 발명의 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력 결정 방법은 먼저 OsHXK5 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함한다.Method for determining the glucose sensing ability of the OsHXK5 gene according to the plant of the present invention first comprises transforming the plant with OsHXK5 gene.

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직 배양 기간을 가질 필요는 없다. 식물 종의 형질전환은 이제는 쌍자엽 식물뿐만 아니라 단자엽 식물 양자를 포함한 식물 종에 대해 일반적이다. 원칙적으로, 임의의 형질전환 방법은 본 발명에 따른 잡종 DNA를 적당한 선조 세포로 도입시키는데 이용될 수 있다. 방법은 원형질체에 대한 칼슘/폴리에틸렌 글리콜 방법(Krens, F.A. et al., 1982, Nature 296, 72-74), 원형질체의 전기천공법(Shillito R.D. et al., 1985 Bio/Technol. 3, 1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법(Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185), 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법(Klein T.M. et al., 1987, Nature 327, 70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 투머파시엔스 매개된 유전자 전이에서 (비완전성) 바이러스에 의한 감염 등으로부터 적당하게 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 아그로박테리움 매개된 DNA 전달을 포함한다. 특히 바람직한 것은 EP A 120 516호 및 미국 특허 제4,940,838호에 기재된 바와 같은 소위 이원 벡터 기술을 이용하는 것이다.Transformation of a plant means any method of transferring DNA to a plant. Such transformation methods do not necessarily have a regeneration and / or tissue culture period. Transformation of plant species is now common for plant species, including both terminal plants as well as dicotyledonous plants. In principle, any transformation method can be used to introduce hybrid DNA according to the invention into suitable progenitor cells. Calcium / polyethylene glycol method for protoplasts (Krens, FA et al., 1982, Nature 296, 72-74), electroporation of protoplasts (Shillito RD et al., 1985 Bio / Technol. 3, 1099-1102 ), Microscopic injection into plant elements (Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185), particle bombardment methods (DNA or RNA-coated) of various plant elements (Klein TM et. al., 1987, Nature 327, 70), infection with (incomplete) virus in agrobacterium tumerfaciens mediated gene transfer by invasion of plants or transformation of mature pollen or vesicles, and the like. have. A preferred method according to the present invention comprises Agrobacterium mediated DNA delivery. Especially preferred is the use of the so-called binary vector technology as described in EP A 120 516 and US Pat. No. 4,940,838.

식물의 형질전환에 이용되는 "식물 세포"는 어떤 식물 세포도 된다. 식물 세포는 배양 세포, 배양 조직, 배양 기관 또는 전체 식물, 바람직하게는 배양 세포, 배양 조직 또는 배양 기관 및 더욱 바람직하게는 배양 세포의 어떤 형태도 된다. 바람직하게는, 상기 식물체는 벼이다."Plant cell" used for transformation of a plant may be any plant cell. The plant cell may be any of a cultured cell, a cultured tissue, a culture or whole plant, preferably a cultured cell, a cultured tissue or culture medium, and more preferably a cultured cell. Preferably, the plant is rice.

"식물 조직"은 분화된 또는 미분화된 식물의 조직, 예를 들면 이에 한정되진 않으나, 뿌리, 줄기, 잎, 꽃가루, 종자, 암 조직 및 배양에 이용되는 다양한 형태의 세포들, 즉 단일 세포, 원형질체(protoplast), 싹 및 캘러스 조직을 포함한다. 식물 조직은 인 플란타(in planta)이거나 기관 배양, 조직 배양 또는 세포 배양 상태일 수 있다."Plant tissue" refers to the tissues of differentiated or undifferentiated plants, such as, but not limited to, roots, stems, leaves, pollen, seeds, cancer tissues and various types of cells used in culture, ie single cells, protoplasts. (protoplast), shoots and callus tissue. The plant tissue may be in planta or in an organ culture, tissue culture or cell culture.

본 발명의 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력 결정 방법은 글루코스 함유 배지에서 식물의 성장 정도를 측정하는 단계를 포함한다. 식물의 성장 정도는 예를 들면, 신초의 길이 등을 측정함으로써 판단할 수 있으며, 대조구에 대한 형질전환체의 신초의 길이를 비교함으로써 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력을 결정할 수 있다. 즉, 형질전환 식물체의 대조구와 대비한 신초의 길이 변화가 크면 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력은 크다고 판단할 수 있는 것이다.Method for determining the glucose sensing ability of the OsHXK5 gene according to the plant of the present invention comprises the step of measuring the growth of the plant in a glucose-containing medium. The degree of growth of the plant can be determined, for example, by measuring the length of shoots and the like. By comparing the length of shoots of the transformants with respect to the control, the glucose sensing ability of the OsHXK5 gene according to the plant can be determined. That is, if the length of shoots is large compared to the control of the transgenic plant, the OsHXK5 gene may be judged to have a large glucose detection ability.

본 발명은 또한, OsHXK5 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는 식물의 성장을 조절하는 방법을 제공한다. OsHXK5 유전자는 글루코스 센서로서 역할을 수행하므로, 글루코스 처리에 따라 식물의 성장을 조절할 수 있는 것이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 방법은 OsHXK5 유전자를 식물에 형질전환하여 과발현하는 단계를 포함하는 글루코스 함유 배지에서 식물의 성장을 저해하는 방법을 제공한다. OsHXK5 유전자로 형질전환된 식물체는 글루코스 함유 배지에서 식물의 성장을 현저하게 저해한다 (도 7 참고). 상기 식물의 성장 저해는 엷은 황색 잎 및 감소된 식물의 길이와 같은 표현형으로 나타난다.The present invention also provides a method for regulating the growth of a plant, comprising the step of transforming the plant with OsHXK5 gene. OsHXK5 gene plays a role as a glucose sensor, it is possible to regulate the growth of the plant according to the glucose treatment. The method according to one embodiment of the present invention provides a method of inhibiting plant growth in a glucose-containing medium comprising transforming and overexpressing an OsHXK5 gene in a plant. Plants transformed with OsHXK5 gene significantly inhibited plant growth in glucose containing medium (see FIG. 7). Growth inhibition of the plant is manifested in phenotypes such as pale yellow leaves and reduced plant length.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

재료 및 방법Materials and methods

식물 재료 및 성장Plant material and growth

ABRC(Ohio State University, Columbus, OH; www.biosci.ohio-state.edu/~plantbio/Facilities/abrc/)에 의해 제공된 애기장대 야생형(Ler ecotype) 및 gin2-1 식물체와 형질전환 식물체는 22℃에서 16h 명/8 h 암인 광주기로 토양에서 키웠다. 야생형 벼(Orysa sativa L. cv. Dongjin) 및 형질전환 식물체 는 몇 세대 동안 14h 명/10h 암 주기로 낮에는 30℃이고, 밤에는 20℃인 온실에서 키웠다. 원형질체 분리를 위해, 야생형 옥수수(Zea mays L. cv. Yeonnong) 및 벼 식물체는 각각 7일 및 8~10일 동안 25℃에서 암조건인 성장챔버에서 키운 후 어린 잎을 사용하였다.ABRC (Ohio State University, Columbus, OH; www.biosci.ohio-state.edu/~plantbio/Facilities/abrc/) wild-type Arabidopsis thaliana (ecotype L er) and gin2-1 plants and transgenic plants are provided by the 22 Raised in soil with photoperiod at 16 ° C./8 h cancer. Wild-type rice ( Orysa sativa L. cv. Dongjin) and transgenic plants were grown in greenhouses at 30 ° C during the day and 20 ° C at night with 14h light / 10h cancer cycle for several generations. For protoplast separation, wild-type corn ( Zea mays L. cv. Yeonnong) and rice plants were grown in dark and growth conditions at 25 ° C. for 7 days and 8-10 days, respectively, and young leaves were used.

벡터 구축Vector building

OsHXK5 및 OsHXK6의 세포내 위치를 조사하기 위해, 종결코돈 및 3'-UTR을 포함하는 각각의 총 길이 cDNA 절편을 XbaI 및 XhoI 자리를 첨가하여 증폭시킨 후 pJJ1450 벡터의 CaMV35S 프로모터 및 sGFP (Chiu et al. (1996) Curr Biol 6: 325-330) 사이에 클로닝하였다. OsHXK5ΔmTP (아미노산 25-507, GenBank no.DQ116387) 및 OsHXK6 ΔmTP (아미노산 29-506, GenBank no. DQ116388)은 그것의 N-말단에 있는 미토콘드리아 타켓팅 신호를 결핍시켜 제조하였고 pJJ1450 벡터에 서브클론 하였다. PCR 증폭을 위해 사용한 프라이머 쌍은 다음과 같다. OsHXK5 5'-GCTCTAGAAGGGAAGGCGGAGCAGCGGTG-3'(서열번호 2) 및 5'-CCCTCGAGAGTCGATCTCGGCATACTGGGA-3'(서열번호 3), OsHXK6 5'-GCTCTAGAGGAAGGAGGAGGAGTAGGACGC-3'(서열번호 4) 및 5'-CCCTCGAGACTCGACGCTAGCATACTGGGA-3'(서열번호 5), OsHXK5ΔmTP 5'-GCTCTAGAATGCGGAGGCGGAGGAGGAGGGAC-3'(서열번호 6) 및 OsHXK5의 역방향 프라이머, OsHXK6ΔmTP은 5'-GCTCTAGAATGCGGAGGAGGAGGAGCAAGCGG-3'(서열번호 7) 및 OsHXK6의 역방향 프라이머를 사용하였다.In order to investigate the cellular location of OsHXK5 and OsHXK6, termination codon, and then the total length of each cDNA fragment containing the 3'-UTR amplification by the addition of Xba I and Xho I seat CaMV35S promoter and sGFP in the pJJ1450 vector (Chiu et al. (1996) Curr Biol 6: 325-330). OsHXK5ΔmTP (amino acids 25-507, GenBank no.DQ116387) and OsHXK6 ΔmTP (amino acids 29-506, GenBank no.DQ116388) were prepared by lacking the mitochondrial targeting signal at its N-terminus and subcloned into the pJJ1450 vector. Primer pairs used for PCR amplification are as follows. OsHXK5 is 5'-GCTCTAGAAGGGAAGGCGGAGCAGCGGTG-3 '(SEQ ID NO: 2) and 5'-CCCTCGAGAGTCGATCTCGGCATACTGGGA-3' (SEQ ID NO: 3), OsHXK6 are 5'-GCTCTAGAGGAAGGAGGAGGAGTAGGACGC-3 '(SEQ ID NO: 4) and 5'-CCCTCGAGACTCGACGCTAGCATACTGGGA-3' (SEQ ID NO: 5), OsHXK5ΔmTP Reverse primers of 5'-GCTCTAGAATGCGGAGGCGGAGGAGGAGGGAC-3 '(SEQ ID NO: 6) and OsHXK5 , OsHXK6ΔmTP were 5'-GCTCTAGAATGCGGAGGAGGAGGAGCAAGCGG-3' (SEQ ID NO: 7) and reverse primers of OsHXK6 .

애기장대 및 벼에서 OsHXK5 OsHXK6을 각각 과발현시키기 위해, cDNAs는 pPZP2Ha3(+) 벡터를 사용하여 CaMV35S 프로모터의 조절하에 위치시켰다. OsHXK5OsHXK6의 효소 활성이 제거된 돌연변이체를 제작하기 위해 ATP 결합 자리에서 보존된 Gly(G)와 포스포릴 전달 자리의 Ser(S)은 PCR-매개 표적화된 돌연변이 유발(PCR-mediated targeted mutagenesis)에 의해 각각 Asp(D) 및 Ala(A)으로 변경시켰다. PCR 증폭을 위해 사용한 프라이머 쌍은 다음과 같다. OsHXK5-G113D 5'-GGAAGTTGGTGTCTCCAAGATCCAATGCAT-3'(서열번호 8) 및 5'- GATCTTGGAGACACCAACTTCCGCGTCCTG-3'(서열번호 9), OsHXK5-S186A 5'-CACTGGGAAGGCAAAGGTGAAGCCCAGCTC-3'(서열번호 10) 및 5'-GCTTCACCTTTGCCTTCCCAGTGAGCCAGA-3'(서열번호 11), OsHXK6-G112D 5'-GGAAATTGGTGTCCCCAAGATCGAGAGCAT-3'(서열번호 12) 및 5'-CGATCTTGGGGACACCAATTTCCGTGTTAT-3'(서열번호 13), OsHXK6-S185A 5'-CACTGGGAAAGCAAAGGTGAAGCCTAACTC-3'(서열번호 14) 및 5'-GCTTCACCTTTGCTTTCCCAGTGCACCAAA-3'(서열번호 15) 을 사용하였다. XbaI 및 XhoI으로 절단한 증폭된 돌연변이 대립유전자는 pPZP2Ha3(+) 벡터로 클로닝하였고, 생성된 구축물은 OsHXK5-G113D, OsHXK5-S186A, OsHXK6-G112D OsHXK6-S185A라 명명하였다. To overexpress OsHXK5 and OsHXK6 in Arabidopsis and rice, respectively, cDNAs were placed under the control of the CaMV35S promoter using the pPZP2Ha3 (+) vector. Gly (G) conserved at the ATP binding site and Ser (S) at the phosphoryl transfer site to generate mutants free of the enzymatic activity of OsHXK5 and OsHXK6 were PCR-mediated targeted mutagenesis. By Asp (D) and Ala (A), respectively. Primer pairs used for PCR amplification are as follows. OsHXK5-G113D Silver 5'-GGAAGTTGGTGTCTCCAAGATCCAATGCAT-3 '(SEQ ID NO: 8) and 5'-GATCTTGGAGACACCAACTTCCGCGTCCTG-3' (SEQ ID NO: 9), OsHXK5-S186A is 5'-CACTGGGAAGGCAAAGGTGAAGCCCAGCTC-3 '(SEQ ID NO: 10) and 5'-GCTTCACCTTTGCCTTCCCAGTGAGCCAGA-3' (SEQ ID NO: 11), OsHXK6-G112D is 5'-GGAAATTGGTGTCCCCAAGATCGAGAGCAT-3 '(SEQ ID NO: 12) and 5'-CGATCTTGGGGACACCAATTTCCGTGTTAT-3' (SEQ ID NO: 13), OsHXK6-S185A 5'-CACTGGGAAAGCAAAGGTGAAGCCTAACTC-3 '(SEQ ID NO: 14) and 5'-GCTTCACCTTTGCTTTCCCAGTGCACCAAA-3' (SEQ ID NO: 15) were used. The amplified mutant alleles cleaved with Xba I and Xho I were cloned into pPZP2Ha3 (+) vectors and the resulting constructs were named OsHXK5-G113D , OsHXK5-S186A , OsHXK6-G112D and OsHXK6-S185A .

일시적인 유전자 발현 분석을 위한 작동 벡터를 구축하기 위해, 벼 헥소키나아제의 OsHXK5, OsHXK6 및 이 유전자들의 효소 활성이 제거된 돌연변이 대립 유전자는 pJJ1549 벡터의 CaMV35S 프로모터의 조절하에 위치시켰다. 리포터 벡터를 구 축하기 위해, RAmy3D 의 프로모터는 5'-CGGGATCCGATCTTCAACCACCTGTGCTAGCT-3'(서열번호 16) 및 5'-TGCCATGGATCTGTGTAAGCTGAAACCGTGTT-3'(서열번호 17)인 프라이머를 이용하여 PCR로 증폭하였다. BamHI 및 NcoI으로 절단시킨 증폭 산물은 OsRAmy3D::LUC을 제조하기 위해 반딧불이 LUC 유전자에 연결시켰다. ZmRbcS::CAT로부터 유도된 옥수수 RbcS 프로모터::LUC 구축물 (ZmRbcS::LUC)은 추가적인 리포터 분자로서 사용되었다. 내부 대조구 리포터 구축물인 ZmUBQ::GUS 를 생성하기 위해 HindIII 및 BamHI으로 절단된 pGA1611 바이너리 벡터로부터 유도된 옥수수 유비퀴틴 프로모터는 노팔린 합성효소 유전자의 터미네이터와 연결된 β-글루쿠로니다제(GUS) 유전자에 연결시켰다. OsHXK-Myc 융합 구축물은 OsHXK5, OsHXK6 및 돌연변이 대립유전자의 C-말단에 Myc 서열을 연결시켜 제조하였다. To establish a working vector for transient gene expression analysis, a rice mutant alleles OsHXK5, OsHXK6 and the enzymatic activity of the gene is removed in hexokinase was placed under the control of the CaMV35S promoter of the vector pJJ1549. To construct the reporter vector, the promoter of RAmy3D was amplified by PCR using primers 5'-CGGGATCCGATCTTCAACCACCTGTGCTAGCT-3 '(SEQ ID NO: 16) and 5'-TGCCATGGATCTGTGTAAGCTGAAACCGTGTT-3' (SEQ ID NO: 17). Amplification products digested with Bam HI and Nco I were linked to the firefly LUC gene to produce OsRAmy3D :: LUC . Corn RbcS promoter :: LUC construct (ZmRbcS :: LUC) derived from ZmRbcS :: CAT was used as an additional reporter molecule. Corn ubiquitin derived from pGA1611 binary vector digested with Hin dIII and Bam HI to generate ZmUBQ :: GUS , an internal control reporter construct The promoter was linked to the β - glucuronidase ( GUS ) gene linked to the terminator of the nopaline synthase gene. OsHXK-Myc fusion constructs were prepared by linking the Myc sequence to the C-terminus of OsHXK5 , OsHXK6 and the mutant allele.

OsHXK5, OsHXK6 및 이들 유전자의 효소 활성이 제거된 돌연변이 대립유전자의 총 길이 cDNAs는 PCR로 XbaI 및 XhoI 자리를 첨가하여 증폭시켰고, 효모 셔틀 벡터 pDR196의 SpeI 및 XhoI 자리로 서브클로닝하였다(Wipf et al. (2003) Genome 46: 177-181).Total length cDNAs of OsHXK5 , OsHXK6 and mutant alleles from which the enzymatic activity of these genes were removed were amplified by PCR by addition of Xba I and Xho I sites and subcloned into Spe I and Xho I sites of yeast shuttle vector pDR196 ( Wipf et al. (2003) Genome 46: 177-181).

OsHXK-GFP 단백질의 세포내 위치Intracellular Location of OsHXK-GFP Protein

GFP 융합 구축물은 폴리에틸렌 글리콜(PEG)-칼슘 매개 방법(Hwang and Sheen (2001) Nature 413: 383-389)을 사용하여 옥수수 및 애기장대 엽육 원형질체에 전달시켰고, 일시적인 발현을 하도록 12-24시간 동안 배양하였다. 미토콘드리아는 MitoTracker Orange CMTMRos (Molecular probes)로 염색하여 관찰하였고, 핵은 Cyto 염색액(Molecular probes)으로 염색하여 관찰하였다. GFP fusion constructs were delivered to corn and Arabidopsis chloroplasts using polyethylene glycol (PEG) -calcium mediated methods (Hwang and Sheen (2001) Nature 413: 383-389) and incubated for 12-24 hours for transient expression. It was. Mitochondria were observed by staining with MitoTracker Orange CMTMRos (Molecular probes), and nuclei were observed by staining with Cyto staining (Molecular probes).

엽록소 자가형광은 엽록체 마커로 사용되었다. 이러한 융합 구축물의 발현은 공초점 현미경(LSM 510 META, Carl Zeiss, Jena, Germany)을 사용하여 관찰하였다. Chlorophyll autofluorescence was used as chloroplast marker. Expression of this fusion construct was observed using confocal microscopy (LSM 510 META, Carl Zeiss, Jena, Germany).

효모 상보성 분석Yeast Complementarity Analysis

헥소키나아제-결핍 효모 삼중 돌연변이체 YSH7.4-3C(hxk1, hxk2, glk1; De Winde et al. (1996) Eur J Biochem 241: 633-643)은 OsHXK5, OsHXK6 및 이들 유전자의 효소 활성이 제거된 돌연변이 대립유전자의 총길이 cDNAs를 이용한 형질전환에 이용하였다. 효모 상보성 분석 방법은 이전에 기재되었다(Cho et al. (2006) Planta 224: 598-611).Hexokinase-deficient yeast triple mutant YSH7.4-3C ( hxk1 , hxk2 , glk1 ; De Winde et al. (1996) Eur J Biochem 241: 633-643) was depleted in the enzyme activity of OsHXK5 , OsHXK6 and these genes. Total length of the mutant allele was used for transformation with cDNAs. Yeast complementarity assay methods have been described previously (Cho et al. (2006) Planta 224: 598-611).

옥수수 및 벼 엽육 원형질체를 이용한 일시적인 발현분석Transient Expression Analysis Using Corn and Rice Leaf Protoplasts

옥수수 엽육 원형질체(1~2 x 105 세포/시료)는 Sheen (2001)의 방법(Plant Physiol 127: 1466-1475)에 따라 황화된 식물의 두 번째 잎으로부터 분리하였다(http:://genetics.mgh.harvard.edu/sheenweb). 벼 원형질체(3~6x105 세포/시료)는 변형된 Chen 등 (2006)의 방법(Mol Plant Pathol 7: 417-427)으로 황화된 잎으로부터 분리하였다. 일시적인 발현분석을 위해서 분리된 원형질체는 PEG-칼슘 매개 방법(Hwang and Sheen (2001) Nature 413: 383-389)으로 글루코스 반응성 리포터 구축물 및 작동 구축물로 동시에 트랜스펙션시켰다. ZmUBQ::GUS은 내부 대조구로 각각의 시료에 포함시켰고 글루코스 처리에 의해 영향을 받지 않았다. 트랜스펙션된 원형질체는 0.5 mM 또는 5 mM 글루코스로 6시간동안 배양시킨 다음 수확하였다. 수확된 원형질체는 용균 버퍼로 현탁하고 LUC 및 GUS 분석에 이용하였다. LUC 분석은 LUC 분석 시스템(Promega)을 이용하여 수행하였고, GUS 분석은 앞서 기재한 방법으로 수행하였다(Jefferson (1987) EMBO J 20: 3901-3907). LUC 및 GUS 활성으로 생성되는 형광은 VICTOR2 1420 multilabel counter (PerkinElmer life sciences)로 측정하였다. 각각의 시료에서, 측정된 LUC 활성은 실험조건에서 변이 데이터 평준화를 위해 GUS 활성으로 나누었고, 모든 일시적인 발현 실험은 같은 결과로 3번 반복하였다. OsHXK5, OsHXK6 또는 이 유전자들의 효소 활성이 제거된 돌연변이 대립유전자로 트랜스펙션된 옥수수 원형질체에서 작동 단백질의 발현은 항-Myc 항체(Upstate, Clone A46)를 이용하여 단백질-블럿 분석으로 확인하였다.Corn leaf protoplasts (1-2 × 10 5 cells / sample) were isolated from the second leaf of the sulfurized plant according to the method of Sheen (2001) (Plant Physiol 127: 1466-1475). mgh.harvard.edu/sheenweb). Rice protoplasts (3-6 × 10 5 cells / sample) were isolated from the yellowed leaves by the modified Chen et al. (2006) method (Mol Plant Pathol 7: 417-427). The isolated protoplasts for transient expression analysis were simultaneously transfected with glucose reactive reporter constructs and working constructs by PEG-calcium mediated methods (Hwang and Sheen (2001) Nature 413: 383-389). ZmUBQ :: GUS was included in each sample as an internal control and was not affected by glucose treatment. Transfected protoplasts were incubated for 6 hours with 0.5 mM or 5 mM glucose and then harvested. Harvested protoplasts were suspended in lysis buffer and used for LUC and GUS analysis. LUC analysis was performed using the LUC analysis system (Promega), and GUS analysis was performed by the method described previously (Jefferson (1987) EMBO J 20: 3901-3907). Fluorescence generated by LUC and GUS activity was measured by the VICTOR2 1420 multilabel counter (PerkinElmer life sciences). In each sample, the measured LUC activity was divided by GUS activity for leveling variance data under experimental conditions, and all transient expression experiments were repeated three times with the same result. Expression of the effector protein in corn protoplasts transfected with OsHXK5, OsHXK6 or mutant alleles from which the enzymatic activity of these genes was removed was confirmed by protein-blot analysis using an anti-Myc antibody (Upstate, Clone A46).

애기장대 형질전환Arabidopsis transformation

OsHXK5, OsHXK6 및 이 유전자들의 효소 활성이 제거된 돌연변이 대립유전자를 과발현하는 형질전환 식물체를 제조하기 위해, 각각의 벡터 구축물을 포함하는 아그로박테리움 튜머파시엔스 GV3101 균주를 25 mg/L 카나마이신이 포함된 LB 액체 배지에서 28℃에서 250rpm으로 정지기까지 배양하였고, gin2-1 식물체는 앞서 기재한 플로랄 딥 방법(Clough and Bent (1998) Plant J 16: 735-743)으로 형질전환 시켰다. 모든 형질전환 식물은 25 mg/L 하이그로마이신을 포함하는 Gamborg B5 배지에서 선별하였다.To prepare transgenic plants that overexpress OsHXK5, OsHXK6 and mutant alleles from which the enzymatic activity of these genes have been removed, the Agrobacterium tumerfaciens GV3101 strain comprising each vector construct contains 25 mg / L kanamycin. The LB liquid medium was incubated at 28 ° C. at 250 rpm until stationary, and the gin2-1 plants were transformed by the floral dip method described above (Clough and Bent (1998) Plant J 16: 735-743). All transgenic plants were selected in Gamborg B5 medium containing 25 mg / L hygromycin.

벼 형질전환Rice Transformation

OsHXK5OsHXK6를 과발현하는 형질전환 벼를 제조하기 위해, 각각의 벡터 구축물을 포함하는 아그로박테리움 튜머파시엔스 LBA4404 균주를 25 mg/L 카나마이신이 포함된 AB 배지에서 28℃에서 3일 동안 배양하였다. 벼 형질전환은 앞서 기재한 아그로박테리움-매개인 공동배양 방법(Jeon et al. (2000) Plant J 22: 561-570)으로 수행하였다. 형질전환 벼 식물체는 50 mg/L 하이그로마이신 및 250 mg/L 세포탁심을 포함하는 선별 배지에서 형질전환 캘러스로부터 재분화시켰다. OsHXK5 또는 OsHXK6를 갖는 동형접합의 형질전환 벼 식물체를 제조하기 위해 형질전환 식물체는 여러 세대에 걸쳐 온실에서 키웠다.To prepare transgenic rice that overexpress OsHXK5 and OsHXK6 , Agrobacterium tumerfaciens LBA4404 strains containing the respective vector constructs were incubated for 3 days at 28 ° C. in AB medium containing 25 mg / L kanamycin. Rice transformation was performed with the Agrobacterium-mediated coculture method described above (Jeon et al. (2000) Plant J 22: 561-570). Transformed rice plants were re-differentiated from the transgenic callus in a selection medium comprising 50 mg / L hygromycin and 250 mg / L cytotaxy. Transgenic plants have been grown in greenhouses for generations to produce homozygous transgenic rice plants with OsHXK5 or OsHXK6 .

글루코스 억제 분석Glucose inhibition assay

애기장대에서 글루코스 억제 분석을 위해, 유묘를 6% 글루코스 또는 만니톨이 포함된 1/2 MS 배지에서 6일동안 키웠다. 성장 표현형을 조사하기 위해, OsHXK5, OsHXK6 또는 이 유전자들의 효소 활성이 제거된 돌연변이 대립유전자를 발현하는 형질전환체는 낮은 광조건(70 μmolm-2s-1) 및 높은 광조건(240 μmolm-2s-1)에 18일 동안 토양에서 키웠다.For glucose inhibition assays in Arabidopsis, seedlings were grown for 6 days in 1/2 MS medium containing 6% glucose or mannitol. To examine the growth phenotype, transformants expressing OsHXK5, OsHXK6, or mutant alleles lacking the enzymatic activity of these genes, had low light conditions (70 μmol −2 s −1 ) and high light conditions (240 μmol −2 s −). 1 ) in the soil for 18 days.

벼에서, 야생형 및 형질전환 벼 식물체의 외피가 벗겨진 종자는 70% EtOH에서 10분 및 0.8% NaOCl에서 각각 30분동안 멸균시킨 후, 멸균된 증류수로 세정하였 다. 표면-살균된 종자는 글루코스가 없거나, 30 mM 글루코스 및 30 mM 소르비톨이 각각 포함된 워터 아가 배지에서 발아시켰다. 멸균된 종자의 침윤을 위해, 페트리 디쉬를 37℃에서 암조건으로 24시간 동안 위치한 후, 25℃에서 7~10일 동안 일정한 명조건하에 성장 챔버에 위치하였다. 질소원에 의한 당 신호전달 반응의 간섭을 배제하기 위해 MS 배지 대신 워터 아가 배지를 사용하였다. RbcS 유전자의 저해를 조사하기 위해, 유묘의 두 번째 및 세 번째 잎에서 RNA를 분리하였다.In rice, the shelled seeds of wild type and transgenic rice plants were sterilized for 10 minutes in 70% EtOH and 30 minutes in 0.8% NaOCl, respectively, and then washed with sterile distilled water. Surface-sterilized seeds were germinated in water agar medium without glucose or with 30 mM glucose and 30 mM sorbitol, respectively. For infiltration of sterile seeds, Petri dishes were placed for 24 hours in dark at 37 ° C. and then placed in the growth chamber at 25 ° C. under constant light for 7-10 days. Water agar medium was used instead of MS medium to rule out interference of sugar signaling reactions by nitrogen sources. To investigate the inhibition of the RbcS gene, RNA was isolated from the second and third leaves of seedlings.

RNA 분리 및 PCR 분석RNA isolation and PCR analysis

총 RNA는 트리졸 시약을 이용하여 유묘로부터 분리하였고, RT-PCR을 위해 올리고-dT 프라이머와 First-Strand cDNA 합성 키트(Roche)를 이용하여 역전사하였다. 애기장대 식물체에서, PCR은 다음과 같은 프라이머를 사용하여 Moore 등 (2003) 방법(Science 300: 332-336)으로 수행하였다. CAB (At3g27690)는 5'-ATGGCCACTTCAGCAATCCAA-3'(서열번호 18) 및 5'-CACAACTTGACACGCCCATAT-3'(서열번호 19), SBP (At3g55800)은 5'-ATGGAGACCAGCATCGCGTG-3'(서열번호 20) 및 5'-CTTCCACTGGACCTCCCAT-3'(서열번호 21), CAA (At5g14740)는 5'-TGAATACGCTGTCTTGCACC-3'(서열번호 22) 및 5'-TGTGATGGTGGTGGTAGCGA-3'(서열번호 23), 내부적 대조구로서 ubiquitin4 (UBQ, At5g20620)은 5'-GTGGTGCTAAGAAGAGGAAGA-3'(서열번호 24) 및 5'-TCAAGCTTCAACTTCTTCTTT-3'(서열번호 25)인 프라이머를 사용하였다.Total RNA was isolated from seedlings using Trizol reagent and reverse transcribed using oligo-dT primers and First-Strand cDNA Synthesis Kit (Roche) for RT-PCR. In Arabidopsis plants, PCR was performed by Moore et al. (2003) method (Science 300: 332-336) using the following primers. CAB (At3g27690) is 5'-ATGGCCACTTCAGCAATCCAA-3 '(SEQ ID NO: 18) and 5'-CACAACTTGACACGCCCATAT-3' (SEQ ID NO: 19), SBP (At3g55800) is 5'-ATGGAGACCAGCATCGCGTG-3 '(SEQ ID NO: 20) and 5 '-CTTCCACTGGACCTCCCAT-3' (SEQ ID NO: 21), CAA (At5g14740) are 5'-TGAATACGCTGTCTTGCACC-3 '(SEQ ID NO: 22) and 5'-TGTGATGGTGGTGGTAGCGA-3' (SEQ ID NO: 23), ubiquitin4 ( UBQ , At5g20620) used primers 5'-GTGGTGCTAAGAAGAGGAAGA-3 '(SEQ ID NO: 24) and 5'-TCAAGCTTCAACTTCTTCTTT-3' (SEQ ID NO: 25).

정량적 실시간 PCR을 위해, 유전자 특이적 PCR 프라이머 및 TaqMan 분석을 위한 형광 프로브는 Assays-by-Design Service (Applied Biosystems, Forester City, CA)로 디자인하였다. 유전자 발현은 TaqMan Universal PCR Master Mix 및 ABI PRISM 7000 서열 검출기(Applied Biosystems)를 이용하여 제조사의 지시대로 분석하였다. 벼 식물체의 분석을 위해 유전자 특이적 프라이머 및 정량적 실시간 PCR에 사용된 프로브는 다음과 같다. RbcS은 RbcS-정방향 5'-AGCAATGGCGGCAGGAT-3'(서열번호 26), RbcS-역방향 5'-GAACTTCTTGATGCCCTCAATCG-3'(서열번호 27) 및 RbcS-프로브 FAM-CACACCTGCATGCACC-NFQ(서열번호 28)를 사용하였고, ubiquitin5 (UBQ5)은 UBQ5-정방향 5'-CCGCCTCCGCAAGGA-3'(서열번호 29), UBQ5-역방향 5'-AAGTGGTTGGCCATGAAGGT-3'(서열번호 30) 및 UBQ5-프로브 FAM-CCAACGCCGAGTGCG-NFQ(서열번호 31)를 사용하였다. UBQ5 유전자 발현은 실시간 PCR 결과를 평준화하는데 사용하였다(Jain et al. (2006) Biochem Biophys Res Commun 342: 645-651).For quantitative real-time PCR, gene specific PCR primers and fluorescent probes for TaqMan analysis were designed with Assays-by-Design Service (Applied Biosystems, Forester City, CA). Gene expression was analyzed according to manufacturer's instructions using TaqMan Universal PCR Master Mix and ABI PRISM 7000 Sequence Detector (Applied Biosystems). Gene specific primers and probes used for quantitative real-time PCR for the analysis of rice plants are as follows. RbcS was RbcS- using forward 5'-AGCAATGGCGGCAGGAT-3 '(SEQ ID NO: 26), RbcS- reverse 5'-GAACTTCTTGATGCCCTCAATCG-3' (SEQ ID NO: 27) and RbcS- probe FAM-CACACCTGCATGCACC-NFQ (SEQ ID NO: 28) , ubiquitin5 ( UBQ5 ) is UBQ5- forward 5'-CCGCCTCCGCAAGGA-3 '(SEQ ID NO: 29), UBQ5- reverse 5'-AAGTGGTTGGCCATGAAGGT-3' (SEQ ID NO: 30) and UBQ5- probe FAM-CCAACGCCGAGTGCG-NFQ (SEQ ID NO: 31 ) Was used. UBQ5 gene expression was used to level real-time PCR results (Jain et al. (2006) Biochem Biophys Res Commun 342: 645-651).

실시예 1: 애기장대 글루코스 센서 Example 1: Arabidopsis Glucose Sensor AtHXK1AtHXK1 와 동등한 벼 헥소키나아제의 동정Identification of Rice Hexokinase Equivalent to

미토콘드리아와 주로 연관이 있다고 잘 알려진 글루코스 센서 AtHXK1은 핵에서 어느 정도 검출이 가능한 것으로 알려져 있고, 글루코스와 결합하고 전사적 저해자로서 그들의 파트너와 함께 작용한다고 알려졌다. AtHXK1의 벼 상동성 헥소키나아제를 분리하기 위해, 미토콘드리아 타켓팅 펩티드를 포함하는 N-말단 프리 시퀀스의 존재를 결정하기 위해서는 TargetP 프로그램(Emanuelsson et al. (2000) J Mol Biol 300: 1005-1016; http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP)을 이용하고, 핵 위치화 신호를 결정하기 위해 predictNLS 프로그램(Cokol et al. (2000) EMBO Rep 1: 411-415; http://cubic.bioc.columbia.edu/services/predictNLS)을 이용하여 OsHXKs의 세포내 위치를 예상하였다. 10개의 OsHXKs중에서, OsHXK5 및 OsHXK6은 예상되는 N-말단 미토콘드리아 타켓팅 펩티드인 OsHXK5에 대해 1MGKAAAVGTAVVVAAAVGVAVVLA24(서열번호 32) 및 OsHXK6에 대해 1MGKGTVVGTAVVVCAAAAAAVGVAVVVS28(서열번호 33)이 가장 높은 신뢰도 클라스 값 1로 분석 결과 얻어졌다. 또한 2가지 단백질은 N-말단 도메인 내에 예상되는 핵 위치화 신호인 OsHXK5에 대해 25RRRRR29(서열번호 34) 또는 28RRRDLELVEGAAAERKRK45(서열번호 35)를 보유하고, OsHXK6에 대해 29RRRRSKREAEEERRRR44(서열번호 36)을 보유하는 것을 나타내었다. 앞서 벼 HXKs의 계통 발생 분석과 함께, 이러한 사실은 OsHXK5OsHXK6이 애기장대 글루코스 센서 AtHXK1와 진화적으로 밀접하게 연관이 있는 것을 암시한다.The glucose sensor AtHXK1, which is known to be primarily associated with mitochondria, is known to be detectable to some extent in the nucleus and is known to bind glucose and work with their partners as transcriptional inhibitors. To determine the presence of an N-terminal free sequence comprising a mitochondrial targeting peptide to isolate rice homologous hexokinase of AtHXK1, the TargetP program (Emanuelsson et al. (2000) J Mol Biol 300: 1005-1016; http: //www.cbs.dtu.dk/services/TargetP) and predictNLS program (Cokol et al. (2000) EMBO Rep 1: 411-415; http: // cubic. The intracellular location of OsHXKs was estimated using bioc.columbia.edu/services/predictNLS). Of the 10 OsHXKs, OsHXK5 and OsHXK6 were the most reliable with 1MGKGTVVGTAVVVCAAAAAAVG. The two proteins also have 25RRRRR29 (SEQ ID NO: 34) or 28RRRDLELVEGAAAERKRK45 (SEQ ID NO: 35) for OsHXK5, the expected nuclear localization signal within the N-terminal domain, and 29RRRRSKREAEEERRRR44 (SEQ ID NO: 36) for OsHXK6. Indicated. Together with the phylogenetic analysis of rice HXKs earlier, this suggests that OsHXK5 and OsHXK6 are evolutionarily closely related to the Arabidopsis glucose sensor AtHXK1 .

AtHXK1에 대한 두 개의 벼 상동성 단백질의 세포내 위치를 결정하기 위해, CaMV35S 프로모터 조절하에 OsHXK5OsHXK6GFP 융합체를 제조하였다. 세포 내 위치 실험은 MitoTracker로 공동위치 실험으로 확인한 결과 OsHXK5-GFP 및 OsHXK6-GFP 융합 단백질의 신호는 옥수수 원형질체의 미토콘드리아(도 1)와 애기장대 원형질체의 미토콘드리아(데이타 미제시)에서 주로 관찰되었고, 이것은 두 개의 헥소키나아제가 미토콘드리아와 연관이 있다는 것을 의미한다. 두 개의 OsHXKs가 미토콘드리아와 핵에 이중 타켓팅 능력을 갖는지 조사하기 위해, 본 발명자는 예상되는 N-말단 미토콘드리아 타켓팅 펩티드 서열을 제거하고 GFP에 연결시켜 OsHXK 돌연변이인 OsHXK5ΔmTP 및 OsHXK6ΔmTP를 제조하였다. 흥미롭게도 OsHXK5ΔmTP-GFP 및 OsHXK6ΔmTP-GFP의 신호는 Cyto 염색으로 공동 위치 연구로 확인한 결과 미토콘드리아에서는 관찰되지 않았고 핵과 세포질에서 관찰되었다(도 2). 상기 결과는 OsHXKs가 미토콘드리아에 타겟팅되고, 또한 핵으로도 타켓팅될 수 있는 가능성을 제시하고, OsHXK5OsHXK6은 애기장대 글루코스 센서 AtHXK1의 동등물이라는 가능성을 높여준다.To determine the intracellular location of the two rice homologous proteins for AtHXK1 , GFP fusions of OsHXK5 and OsHXK6 were prepared under CaMV35S promoter control. Intracellular localization experiments were confirmed by co-location experiments with MitoTracker, and the signals of OsHXK5-GFP and OsHXK6-GFP fusion proteins were mainly observed in mitochondria of corn protoplasts (Fig. 1) and mitochondria of data of Arabidopsis protoplasts (data not shown). This means that two hexokinases are associated with mitochondria. To investigate whether two OsHXKs have dual targeting capabilities in mitochondria and nuclei, we removed the expected N-terminal mitochondrial targeting peptide sequence and linked it to GFP . OsHXK mutants OsHXK5ΔmTP and OsHXK6ΔmTP were prepared. Interestingly, the signals of OsHXK5ΔmTP-GFP and OsHXK6ΔmTP-GFP were not observed in mitochondria but in the nucleus and cytoplasm as confirmed by co-location studies by Cyto staining (FIG. 2). The results suggest the possibility that OsHXKs can be targeted to the mitochondria and also targeted to the nucleus, increasing the likelihood that OsHXK5 and OsHXK6 are equivalent to Arabidopsis glucose sensors AtHXK1 .

실시예 2: 옥수수 및 벼의 엽육 원형질체에서 Example 2: In the Protoplasts of Corn and Rice OsHXK5OsHXK5 , , OsHXK6OsHXK6 및 이 유전자들의 돌연변이 대립유전자의 발현 And expression of mutant alleles of these genes

AtHXK1의 당 인지 및 신호전달 기능은 그것의 글루코스 인산화 활성에 의존하지 않는 것으로 나타났다(Moore et al. (2003) Science 300: 332-336). 글루코스 인산화 효소 활성으로부터 당 인지 및 신호전달에 대한 그들의 능력을 알아보기 위해서, 벼 글루코스 센서에 대한 후보인 OsHXK5OsHXK6의 효소 활성이 제거된 돌연변이체를 제조하기 위해 표적화된 돌연변이유발 실험을 수행하였다. 돌연변이 대립유전자에서, ATP 결합을 제거하기 위해 ATP-결합 자리의 인산 1 도메인에 보존된 Gly(G)과 포스포릴 전달을 막기 위해 당-결합 도메인에서 보존된 Ser(S)을 Asp(D) 및 Ala(A)으로 각각 변경시켰다(Kraakman et al. (1999) Biochem J 343 Pt 1: 159-168). 이러한 돌연변이 대립유전자는 그들의 돌연변이 자리에 따라서 OsHXK5-G113D, OsHXK5-S186A, OsHXK6-G112D, 및 OsHXK6-S185A로 명명하였다(도 3A). 그들의 효소 활성이 돌연변이 대립유전자에서 소멸되었는지 확인하기 위해, 내생의 헥소키나제 활성이 결핍된 효모 삼중 돌연변이체인 YSH7.4-3C (hxk1, hxk2, glk1)에 서 각각의 cDNA 클론이 상보적 기능이 있는지 테스트하였다. OsHXK5OsHXK6의 야생형 cDNA로 형질전환된 효모 세포가 선별 배지에서 자랄 수 있는 반면에, OsHXK 돌연변이 대립유전자 또는 빈 pDR196 벡터로 형질전환된 효모 세포는 유일한 탄소원으로 글루코스를 포함하는 선별 배지에서 자라지 못했다(도 3B). 이것은 돌연변이 OsHXKs의 효소 활성이 결핍되었다는 것을 말해준다.The sugar recognition and signaling function of AtHXK1 has not been shown to depend on its glucose phosphorylation activity (Moore et al. (2003) Science 300: 332-336). To determine their ability to sugar recognition and signaling from glucose kinase activity, targeted mutagenesis experiments were performed to prepare mutants from which the enzyme activity of OsHXK5 and OsHXK6, which are candidates for the rice glucose sensor, was removed. In mutant alleles, Gsp (D) conserved in the phosphate 1 domain of the ATP-binding site to eliminate ATP binding and Ser (S) conserved in the sugar-binding domain to prevent phosphoryl transfer are Asp (D) and Each to Ala (A) (Kraakman et al. (1999) Biochem J 343 Pt 1: 159-168). These mutant alleles were named OsHXK5-G113D , OsHXK5-S186A , OsHXK6-G112D , and OsHXK6-S185A depending on their mutation site (FIG. 3A). To determine if their enzymatic activity disappeared from the mutant allele, each cDNA clone in YSH7.4-3C ( hxk1 , hxk2 , glk1 ), a yeast triple mutant lacking endogenous hexokinase activity, had a complementary function. Tested. Yeast cells transformed with wild type cDNAs of OsHXK5 and OsHXK6 can grow in selection medium, while yeast cells transformed with OsHXK mutant allele or empty pDR196 vector did not grow in selection medium containing glucose as the only carbon source ( 3B). This indicates that the enzyme activity of the mutant OsHXKs is deficient.

본 발명자는 옥수수와 벼의 엽육 원형질체에서 글루코스 억제 분석을 이용하여(Sheen, 2001), 두 개의 OsHXKs와 이 유전자의 효소 활성이 제거된 대립유전자가 단자엽 식물종에서 글루코스 감지 및 신호전달 기능을 보유하고 있는지를 테스트하였다. 본 발명에서, 글루코스 억제성 유전자로 잘 알려진 옥수수 리불로스-1,6-비스포스페이트 카르복실라제의 작은 서브유닛 유전자(ZmRbcS)의 프로모터 뒤에 리포터 유전자 루시퍼라제(LUC)를 연결시켜 리포터 구축물을 제작하였다. α-아밀라제를 코딩하는 벼 amy3D (RAmy3D) 유전자의 발현은 글루코스 처리에 반응하여 빠르게 억제된다는 것이 알려져 있다 (Yu et al. (1996) Plant Mol Biol 30: 1277-1289). 따라서, 추가적인 리포터 구축물로서 RAmy3D 프로모터::LUC 융합물을 제작하였다. 우선, 높은 글루코스 처리(5 mM)는 옥수수 및 벼의 엽육 원형질체에서 ZmRbcS 또는 RAmy3D 프로모터에 연결된 리포터 유전자 발현을 감소시킨 반면, 낮은 글루코스 처리(0.5 mM)에서는 감소시키지 않았는데 (도 4 A 및 B), 이는 엽육 원형질체를 이용한 일시적 유전자 발현 분석이 당 감지 및 신호전달의 분석에 효과적이라는 이전의 실험을 지지한다(Sheen (2001) Plant Physiol 127: 1466-1475). 다음으로, OsHXK5 또는 OsHXK6의 발현은 0.5 mM 글루코스에 반응하여 ZmRbcS 또는 RAmy3D 프 로모터에 의해 유도된 LUC 발현을 급격하게 감소시켰는데 (도 4, A 및 B), 이는 옥수수 및 벼의 엽육 원형질체에서 이러한 유전자의 글루코스-의존적 억제가 증가하였다는 것을 나타낸다. 더욱이, OsHXK5OsHXK6에 대한 효소 활성이 제거된 OsHXK 대립유전자의 발현은 글루코스 처리에 반응하여 리포터 유전자의 발현을 억제시켰다(도 4, A 및 B). CaMV35S::OsHXK-Myc 융합 구축물을 이용한 단백질 젤-블럿 분석은 OsHXK5, OsHXK6 및 이의 돌연변이 대립유전자가 엽육 원형질체에서 유사한 수준으로 발현되는 것을 나타낸다(도 4C). 게다가, 이러한 Myc 융합 구축물은 ZmRbcS 또는 RAmy3D 프로모터에 의해 글루코스-의존적 LUC 발현에서 거의 동일한 발현 억제 효과를 나태내는 것으로 밝혀졌다(데이타 미제시). 이러한 결과는 옥수수 및 벼에서 OsHXK5 및 OsHXK6 이 보존된 글루코스 센서로 기능한다는 것을 강하게 암시한다.Using glucose inhibition assay in corn and rice leaf protoplasts (Sheen, 2001), we found that two OsHXKs and alleles from which the enzyme activity of the gene was removed have glucose sensing and signaling in monocot plant species. Was tested. In the present invention, a reporter construct was constructed by linking the reporter gene luciferase ( LUC ) after the promoter of the small subunit gene ( ZmRbcS ) of maize ribulose-1,6-bisphosphate carboxylase, well known as a glucose inhibitory gene. . Expression of the rice amy3D ( RAmy3D ) gene encoding α-amylase is known to be rapidly suppressed in response to glucose treatment (Yu et al. (1996) Plant Mol Biol 30: 1277-1289). Thus, the RAmy3D promoter :: LUC fusion was constructed as an additional reporter construct. First, high glucose treatment (5 mM) decreased reporter gene expression linked to ZmRbcS or RAmy3D promoters in maize and rice leaf protoplasts, while not at low glucose treatment (0.5 mM) (FIGS. 4A and B). This supports previous experiments that transient gene expression analysis using lobe protoplasts is effective for the analysis of sugar detection and signaling (Sheen (2001) Plant Physiol 127: 1466-1475). Next, the expression of OsHXK5 or OsHXK6 dramatically reduced LUC expression induced by ZmRbcS or RAmy3D promoters in response to 0.5 mM glucose (FIG. 4, A and B), which was found in the corn and rice leaf protoplasts. It indicates that glucose-dependent inhibition of these genes has increased. Moreover, for OsHXK5 and OsHXK6 Expression of the OsHXK allele with enzyme activity removed suppressed expression of the reporter gene in response to glucose treatment (FIG. 4, A and B). CaMV35S :: OsHXK-Myc protein gel using a fusion construct-blot analysis shows that OsHXK5, OsHXK6 and mutant alleles thereof is expressed in a similar level in the mesophyll protoplasts (Figure 4C). In addition, these Myc fusion constructs are supported by the ZmRbcS or RAmy3D promoters. Glucose-dependent LUC expression has been shown to exhibit approximately the same inhibitory effect (data not shown). These results strongly suggest that OsHXK5 and OsHXK6 function as conserved glucose sensors in corn and rice.

실시예 3: OsHXK5, OsHXK6, 또는 이의 돌연변이 대립유전자를 발현하는 형질전환 Example 3: Transformation Expressing OsHXK5, OsHXK6, or Mutant Alleles thereof gin2-1 gin2-1 식물체의 분석Analysis of plants

글루코스 센서로서 두 개의 벼 헥소키나아제 이성질형인 OsHXK5 및 OsHXK6의 가능한 역할을 조사하기 위해, 본 발명에서는 이런 OsHXKs이 애기장대 glucose insensitive2-1 (gin2-1)을 보완할 수 있는지 조사하였다. OsHXK5, OsHXK6와 효소적 불활성 돌연변이 대립유전자인 OsHXK5-G113D, OsHXK5-S186A, OsHXK6-G112DOsHXK6-S185A을 발현시키기 위해, CaMV35S 프로모터 조절하에 유전자들의 cDNA를 위치시켰다. 생성된 구축물들은 플로랄-딥 방법으로 gin2-1 돌연변이체 내로 형질 전환시켰다. 각 구축물에 대해 10개 이상의 독립적인 형질전환 식물체를 하이그로마이신 저항성 배지에서 선별하였다. 형질전환 식물체에서 형질전환 유전자의 발현 정도는 RNA 젤-블럿 분석으로 측정하였다(데이타 미제시).In order to investigate the possible roles of the two rice hexokinase isoforms OsHXK5 and OsHXK6 as glucose sensors, the present invention investigated whether these OsHXKs could complement Arabidopsis glucose insensitive2-1 ( gin2-1 ). To express OsHXK5, OsHXK6 and the enzymatic inactive mutant alleles OsHXK5-G113D , OsHXK5-S186A , OsHXK6-G112D and OsHXK6-S185A , cDNAs of genes were placed under the control of the CaMV35S promoter. The resulting constructs were transformed into gin2-1 mutants by the floral-dip method. At least 10 independent transgenic plants for each construct were selected in hygromycin resistant medium. The expression level of the transgene in the transgenic plant was measured by RNA gel-blot analysis (data not shown).

상기 OsHXK5, OsHXK6 및 이의 돌연변이 대립유전자가 gin2-1 배경에서 글루코스-민감성 반응을 회복하는지를 알아보기 위해, OsHXKs을 갖는 모든 선별된 형질전환 gin2-1 식물체의 자손을 높은 글루코스 (6%)를 포함하는 1/2 MS 배지에 심었다. 임의의 OsHXKs 를 갖는 형질전환 식물체의 성장은 짧은 길이의 배축 및 안토시아닌 축적으로 6% 글루코스에 반응하여 급격하게 억제된다는 것을 나타내었다(도 5). 테스트한 모든 형질전환 식물은 6% 만니톨의 처리에 반응하여 어떤 차이점도 나타내지 않았다. 이것은 OsHXK5, OsHXK6 또는 이의 돌연변이 대립유전자를 발현하는 형질전환 gin2-1 식물체에서 높은 글루코스 효과가 삼투 스트레스에 기인하지 않는 것을 의미한다.To determine if the OsHXK5, OsHXK6 and its mutant alleles restore glucose-sensitive responses in the gin2-1 background, the progeny of all selected transgenic gin2-1 plants with OsHXKs contain high glucose (6%). Planted in 1/2 MS medium. The growth of transgenic plants with any OsHXKs was shown to be rapidly inhibited in response to 6% glucose with short length of hypocotyl and anthocyanin accumulation (FIG. 5). All transgenic plants tested showed no difference in response to treatment with 6% mannitol. This means that high glucose effects are not attributable to osmotic stress in transgenic gin2-1 plants expressing OsHXK5, OsHXK6 or mutant alleles thereof.

글루코스 센서 AtHXK1은 높은 글루코스 처리에 반응하여 RbcS, 엽록소 a/b 결합 단백질 2 (CAB2), 세도헵툴로스-비스포스페이트(sedoheptulose-biphosphatase, SBP) 및 탄산 탈수 효소(carbonic anhydrase, CAA)와 같은 글루코스-의존적 유전자 발현을 억제한다고 널리 알려져 있다. 유사한 방법으로 벼 OsHXKs가 표적 유전자의 발현을 억제할 수 있는지 조사하기 위해, 형질전환 gin2-1 식물체에서 CAB, SBPCAA 유전자의 mRNA 발현량을 조사하였다(도 5). 결과는 야생형 및 OsHXK5, OsHXK6 또는 이의 돌연변이 대립유전자를 발현하는 형질전환 식물체는 광합성 유전자 발현을 현저하게 억제하는 것을 나타내었다. 대조적으로, gin2-1은 글루코스-의존적 유전자 발현을 억제시키지 않았다. 이러한 결과는 이 유전자들 중 어떤 유전자도 gin2-1 배경에서 글루코스-의존적 유전자 발현을 회복시킨다는 것을 의미한다. Glucose sensor AtHXK1 is in response to high glucose treatment RbcS, chlorophyll a / b-binding protein 2 (CAB2), three roads heptul Ross-glucose, such as bis-phosphate (sedoheptulose-biphosphatase, SBP) and carbonic anhydrase (carbonic anhydrase, CAA) - It is widely known to inhibit dependent gene expression. In order to investigate whether rice OsHXKs can inhibit expression of target genes in a similar manner, mRNA expression levels of CAB , SBP and CAA genes in transgenic gin2-1 plants were examined (FIG. 5). The results showed that transgenic plants expressing wild type and OsHXK5, OsHXK6 or mutant alleles significantly inhibited photosynthetic gene expression. In contrast, gin2-1 did not inhibit glucose-dependent gene expression. These results indicate that any of these genes restores glucose-dependent gene expression in the gin2-1 background.

높은 광조건에서 성장 결핍 표현형이 관찰됨으로써 AtHXK1은 성장 증진의 기능을 갖고 있는 것으로 관찰되었다. 벼 헥소키나아제의 과발현이 gin2-1의 성장 결핍 표현형을 보완할 수 있는지 조사하기 위해, OsHXK5, OsHXK6 또는 이의 돌연변이 대립유전자를 발현하는 형질전환 gin2-1 식물체를 낮은 광조건(70 μmolm-2s-1) 및 높은 광조건(240 μmolm-2s-1) 하에서 키웠다. 낮은 광조건 하에서 야생형, gin2-1 및 형질전환 식물체는 그들의 성장에 있어서 중요한 차이점을 보이지 않았다(도 6). 대조적으로, 높은 광조건에서 gin2-1 식물체가 심각한 성장 결핍 표현형을 보인 반면, OsHXK5, OsHXK6 및 이의 돌연변이 대립유전자를 발현하는 형질전환 식물체는 야생형 식물체만큼 식물성장 및 잎 팽창을 회복할 수 있었다 (도 6). 이것은 OsHXK5OsHXK6이 애기장대에서 성장의 증진에 있어서 AtHXK1의 기능을 대체할 수 있다는 것을 보여준다.AtHXK1 was observed to have a function of growth enhancement by the growth deficient phenotype observed at high light conditions. To investigate whether the overexpression of hexokinase rice can complement the growth deficiency phenotype of gin2-1, OsHXK5, OsHXK6 or low gin2-1 a transgenic plant expressing the mutant allele thereof light conditions (70 μmolm -2 s -1 ) And under high light conditions (240 μmol −2 s −1 ). Under low light conditions, wild type, gin2-1 and transgenic plants did not show significant differences in their growth (FIG. 6). In contrast, gin2-1 plants exhibited a severe growth deficient phenotype under high light conditions, while transgenic plants expressing OsHXK5, OsHXK6 and their mutant alleles were able to restore plant growth and leaf expansion as wild type plants (FIG. 6). ). This shows that OsHXK5 and OsHXK6 can replace AtHXK1 's function in promoting growth in Arabidopsis.

실시예 4: Example 4: OsHXK5OsHXK5 또는  or OsHXK6OsHXK6 을 발현하는 형질전환 벼 식물체의 분석 Analysis of transgenic rice plants expressing

벼 식물체에서 글루코스 센서로서 OsHXK5OsHXK6의 기능을 추가로 조사하기 위해, CaMV35S::OsHXK5 또는 CaMV35S::OsHXK6를 발현하는 형질전환 벼 식물체를 제작하였다. 각각의 OsHXK 유전자에 대한 두 개의 독립적인 형질전환 벼 식물체는 형질전환 유전자의 높은 발현에 기초한 추가 분석을 위해 선별하였다(데이타 미제시). 선별된 식물체의 동형 접합의 식물체로부터의 개체는 30 mM 글루코스를 포함하는 워터 아가(water agar) 배지에서 발아하였다. OsHXK5OsHXK6을 발현하는 형질전환 벼 유묘 식물체의 성장은 야생형 벼 식물체보다 글루코스 포함 배지에서 심각하게 저해되었다(도 7A). 형질전환 벼 식물체는 야생형 대조구와 비교하여 엷은 황색 잎 및 감소된 식물체 길이와 같은 글루코스-의존적인 성장 저해를 증가시키는 것으로 나타났다(도 7, A 및 B). 표현형 관찰에 더하여, 벼 RbcS 유전자의 발현은 글루코스 처리에 반응하여 야생형보다 형질전환 벼 식물체가 좀 더 민감하게 저해되었다(도 7C). 삼투 스트레스에 의해 야기되는 일반적인 영향을 제거하기 위해 대조구로서 소르비톨을 처리하였다. 결과에서는 벼에 소르비톨을 처리한 경우 심각한 식물 성장 저해 및 RbcS 유전자 발현의 억제되는 현상을 관찰할 수 없었다. 이것은 글루코스 처리에 의해 얻어진 결과가 삼투 스트레스에 기인하지 않는다는 것을 의미한다. 그러므로, 글루코스-억제 실험은 OsHXK5OsHXK6이 벼 식물체 뿐만 아니라 애기장대 gin2-1 돌연변이체 배경에서 글루코스 센서 역할을 수행하는 것을 추가로 지지한다.For a glucose sensor in rice plants to investigate further the ability of OsHXK5 and OsHXK6, it was produced in the transgenic rice plants expressing a CaMV35S :: OsHXK5 or CaMV35S :: OsHXK6. Two independent transgenic rice plants for each OsHXK gene were selected for further analysis based on high expression of the transgene (data not shown). Individuals from plants of homozygous conjugation of selected plants were germinated in water agar medium containing 30 mM glucose. Growth of transgenic rice seedling plants expressing OsHXK5 and OsHXK6 was more severely inhibited in glucose containing medium than in wild type rice plants (FIG. 7A). Transgenic rice plants have been shown to increase glucose-dependent growth inhibition such as pale yellow leaves and reduced plant length compared to wild type controls (FIGS. 7, A and B). In addition to phenotypic observation, expression of the rice RbcS gene was more sensitively inhibited by transgenic rice plants than wild type in response to glucose treatment (FIG. 7C). Sorbitol was treated as a control to eliminate the general effects caused by osmotic stress. In the results, no significant plant growth inhibition and RbcS gene expression could be observed when sorbitol was treated with rice. This means that the result obtained by the glucose treatment is not due to osmotic stress. Therefore, glucose-inhibitory experiments further support that OsHXK5 and OsHXK6 play the role of glucose sensors in rice plant as well as Arabidopsis gin2-1 mutant backgrounds.

도 1은 트랜스펙션된 옥수수의 엽육 원형질체에서 OsHXK5-GFP 및 OsHXK6-GFP 융합 단백질의 세포내 위치를 나타내는 그림이다. A, OsHXK5-GFP. B, OsHXK6-GFP. C, GFP. 엽록소 자가 형광 및 MitoTracker은 엽록체 및 미토콘드리아 마커로 각각 사용되었다. 푸른색은 MitoTracker의 형광으로부터 엽록소를 구별하기 위해 엽록소 자가 형광을 나타내었고, 녹색은 GFP 신호 및 붉은색은 MitoTracker로 염색된 미토콘드리아 신호를 나타낸다. 또한 엽록소 자가형광, GFP 및 MitoTracker의 합쳐진 이미지(merged images) 뿐만 아니라 광 영역 이미지(light-field images)를 나타내었다. 1 is a diagram showing the intracellular location of OsHXK5-GFP and OsHXK6-GFP fusion proteins in transgenic maize protoplasts. A, OsHXK5-GFP. B, OsHXK6-GFP. C, GFP. Chlorophyll autofluorescence and MitoTracker were used as chloroplast and mitochondrial markers, respectively. Blue shows chlorophyll autofluorescence to distinguish chlorophyll from fluorescence of MitoTracker, green shows GFP signal and red shows mitochondrial signal stained with MitoTracker. It also showed light-field images as well as merged images of chlorophyll autofluorescence, GFP and MitoTracker.

도 2는 옥수수의 엽육 원형질체에서 OsHXK5ΔmTP-GFP 및 OsHXK6ΔmTP-GFP 융합 단백질의 세포내 위치를 보여준다. A, OsHXK5ΔmTP-GFP. B, OsHXK6 mTP-GFP. OsHXK5ΔmTP-GFP 및 OsHXK6ΔmTP-GFP 융합단백질은 핵 뿐만 아니라 세포질에도 존재한다. 엽록소 자가형광 및 Cyto 염색은 엽록체 및 핵 마커로 각각 사용되었다. 푸른색 빛은 Cyto 염색의 형광으로부터 엽록소를 구별하기 위해 엽록소 자가형광으로 사용되었다. GFP 신호는 녹색을 나타내고, Cyto 염색액으로 염색된 핵 신호는 붉은 색으로 나타난다. C, OsHXK5ΔmTP-GFP. OsHXK5ΔmTP-GFP 및 미토콘드리아 사이의 상호작용은 검출되지 않았다. OsHXK6 mTP-GFP 융합 단백질에서 유사한 결과가 나타났다(데이타 미제시). 2 shows the intracellular location of OsHXK5ΔmTP-GFP and OsHXK6ΔmTP-GFP fusion proteins in maize protoplasts. A, OsHXK5ΔmTP-GFP. B, OsHXK6 mTP-GFP. OsHXK5ΔmTP-GFP and OsHXK6ΔmTP-GFP fusion proteins are present in the cytoplasm as well as the nucleus. Chlorophyll autofluorescence and Cyto staining were used as chloroplast and nuclear markers respectively. Blue light was used as chlorophyll autofluorescence to distinguish chlorophyll from the fluorescence of Cyto staining. The GFP signal is green and the nuclear signal stained with Cyto stain is red. C, OsHXK5ΔmTP-GFP. No interaction between OsHXK5ΔmTP-GFP and mitochondria was detected. Similar results were seen with OsHXK6 mTP-GFP fusion protein (data not shown).

도 3은 효모 헥소키나아제 돌연변이체 내로 OsHXK5OsHXK6의 효소 활성이 제거된 돌연변이체의 형질전환 결과이다. A, OsHXK5, OsHXK6 및 이들 유전자의 효 소 활성이 제거된 돌연변이 자리의 도식이다. 미토콘드리아 타켓딩 신호 및 핵 위치화 신호는 백색(M) 및 흑색(N) 직사각형으로 나타내었다. 1, 2 및 A는 각각 보존된 포스페이트 1, 2 및 ATP-결합 자리 내의 아데노신 상호작용 영역을 나타낸다. 영역 S는 보존된 당 결합 도메인을 나타낸다. B, OsHXK5, OsHXK6 및 이들 유전자의 효소 활성이 제거된 돌연변이 대립 유전자를 이용한 헥소키나아제-결핍 효모 삼중 돌연변이체 YSH7.4-3C (hxk1, hxk2, glk1)의 상보성 실험 결과이다. 형질전환 콜로니는 유일한 탄소원으로 2% D-글루코스를 포함하는 배지에 도말하여 30℃에서 3일 동안 배양하였다. pDR196 벡터로 형질전환된 YSH7.4-3C 돌연변이 균주는 대조구로 사용되었다. 3 shows the results of transformation of the mutant from which the enzyme activity of OsHXK5 and OsHXK6 was removed into the yeast hexokinase mutant. A schematic of A, OsHXK5, OsHXK6 and mutagenesis with the agonist activity of these genes removed. Mitochondrial targeting signals and nuclear localization signals are shown as white (M) and black (N) rectangles. 1, 2 and A represent the adenosine interaction regions within the conserved phosphate 1, 2 and ATP-binding sites, respectively. Region S represents the conserved sugar binding domain. Complementary experiments of hexokinase-deficient yeast triple mutant YSH7.4-3C ( hxk1 , hxk2 , glk1 ) using B, OsHXK5, OsHXK6 and mutant alleles with depleted enzymatic activity of these genes. Transformed colonies were plated in medium containing 2% D-glucose as the only carbon source and incubated at 30 ° C. for 3 days. The YSH7.4-3C mutant strain transformed with pDR196 vector was used as a control.

도 4는 글루코스 처리에 반응하여 CaMV35S 프로모터 조절하의 AtHXK1, OsHXK5, OsHXK6 또는 OsHXK 돌연변이 대립 유전자로 트랜스펙션된 옥수수 엽육 원형질체에서 글루코스 반응 유전자인 ZmRbcS (A) 및 Ramy3D (B)의 발현을 나타내는 결과이다. ZmUBQ::GUS은 내부 대조구로서 각각의 시료에 포함시키고 대조구 원형질체는 빈 벡터로 트랜스펙션시켰다. 글루코스 반응성 리포터 구축물의 프로모터 활성은 상대적 LUC/GUS 활성으로 나타내었고 모든 일시적인 발현 실험은 유사한 결과로 세 번 반복하였다. C, 작동 단백질의 일정한 발현은 항-Myc 항체를 사용한 단백질-블럿 분석으로 검출하였다. Figure 4 is a result showing the expression of a response to the glucose processing CaMV35S promoter regulatory under AtHXK1, OsHXK5, OsHXK6 or OsHXK the mutant allele as a transient maize glucose response gene in mesophyll protoplast the Specifications ZmRbcS (A) and Ramy3D (B) . ZmUBQ :: GUS was included in each sample as an internal control and control protoplasts were transfected with empty vectors. Promoter activity of the glucose reactive reporter construct was shown as relative LUC / GUS activity and all transient expression experiments were repeated three times with similar results. C, constant expression of effector protein was detected by protein-blot analysis using anti-Myc antibodies.

도 5는 효소적 불활성 OsHXK5OsHXK6 돌연변이 대립유전자의 발현에 의한 애기장대 gin2-1 돌연변이체의 상보성 결과이다. (상단) 6% 글루코스 또는 만니톨을 포함하는 1/2 MS 배지에서 6일동안 키운 형질전환 유전자, gin2-1 및 야생 형(WT)의 동형 접합의 유묘. (하단) CAB, SBPCAA의 발현 양은 형질전환체, gin2-1 및 야생형 식물체에서 RT-PCR로 분석하였다. UBQ은 대조구로 사용되었다. 5 shows the complementarity results of Arabidopsis gin2-1 mutants by expression of enzymatically inactive OsHXK5 and OsHXK6 mutant alleles. (Top) Seedlings of homozygous of the transgene, gin2-1 and wild type (WT), grown for 6 days in 1/2 MS medium containing 6% glucose or mannitol. (Bottom) Expression levels of CAB , SBP and CAA were analyzed by RT-PCR in transformants, gin2-1 and wild type plants. UBQ was used as a control.

도 6gin2-1 배경에서 OsHXK5OsHXK6의 효소 활성이 제거된 대립유전자의 과발현에 의한 애기장대 gin2-1의 성장 결핍 표현형의 상보성 결과이다. A, 낮은 광조건(70 μmolm-2s-1) 또는 높은 광조건(240 μmolm-2s-1) 하에서 야생형(WT), gin2-1 및 형질전환 식물체의 성장 표현형을 나타내는 결과이다. B, 낮은 광조건 및 높은 광조건의 토양에서 키운 야생형(WT), gin2-1 및 형질전환 식물체에서 같은 연령의 6번째 잎의 표현형을 비교한 것이다. FIG. 6 shows the complementarity results of the growth deficient phenotype of Arabidopsis gin2-1 due to overexpression of alleles in which enzyme activity of OsHXK5 and OsHXK6 was removed in the gin2-1 background. A, Results showing growth phenotypes of wild type (WT), gin2-1 and transgenic plants under low light conditions (70 μmol −2 s −1 ) or high light conditions (240 μmol −2 s −1 ). B, wild type (WT), gin2-1 and transgenic plants grown in low light and high light soils were compared to the phenotype of the sixth leaf of the same age.

도 7은 글루코스 처리에 반응하여 OsHXK5 또는 OsHXK6 유전자를 발현하는 야생형(WT) 및 형질전환 벼 유묘의 성장 표현형을 나타내는 결과이다. A, 글루코스가 없거나(0), 30 mM 글루코스 (G30) 및 30 mM 소르비톨(S30)을 각각 포함하는 워터 아가 배지에서 키운 유묘의 성장 표현형을 나타낸다. 막대 = 1 cm. B, 다른 배지에서 키운 야생형 및 형질전환 벼 식물의 신초의 길이이다. 각각의 데이터 점은 세 개의 별도의 실험으로부터 평균을 나타낸다(ㅁ SD). C, 다른 배지에서 자란 야생형 및 OsHXK5OsHXK6을 과발현하는 형질전환 벼 유묘의 두 번째 및 세 번째 잎에서 벼 RbcS 유전자의 상대적인 발현을 나타낸다. 각 식물에 대한 글루코스가 없는 워터 아가 플레이트에서 키운 유묘의 발현 값은 임의로 1로 잡았다. 7 shows OsHXK5 or OsHXK6 in response to glucose treatment. Gene-expressing Results show the growth phenotype of wild type (WT) and transformed rice seedlings. A, a growth phenotype of seedlings grown in water agar medium containing no glucose (0), 30 mM glucose (G30) and 30 mM sorbitol (S30), respectively. Rod = 1 cm. B, length of shoot of wild-type and transgenic rice plants grown in different media. Each data point represents the mean from three separate experiments (ㅁ SD). C, Relative expression of the rice RbcS gene in the second and third leaves of wild type grown in different media and overexpressed OsHXK5 and OsHXK6 . The expression value of seedlings grown on agar plate without glucose for each plant was arbitrarily set to 1.

<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Use of OsHXK5 gene as glucose sensor <130> PN08131 <160> 36 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 2058 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 ctctcgtcct cctttctcct acgcggccgg agagaggagg ggggaagaga ggatctcgca 60 gagcgccata gcctcggatc cagaagcgga attcggtgga ggtctcgggc acctggatcg 120 atcggaggaa gggaaggcgg agcagcggtg atggggaagg cggcggcggt ggggacggcg 180 gtggtggtgg ccgcggcggt cggggtggcg gtggtgctgg cgcggaggcg gaggaggagg 240 gacctggagc tggtggaggg agccgcggcg gagaggaaga ggaaggtggc ggcggtgatc 300 gaggacgtgg agcacgcgct gtcgaccccg acggcgctgc tgcggggcat ctcggacgcc 360 atggtcaccg agatggagcg aggcctgcgc ggggacagcc acgccatggt taagatgctc 420 atcacctacg tcgacaacct ccccaccgga aatgaacagg ggttgtttta tgcattggat 480 cttggaggaa ccaacttccg cgtcctgcga gtccaactcg gtggcaagga gaaacgtgtc 540 gtccaacaac agtacgagga agtctcaatt ccaccacatc tgatggttgg aacttccatg 600 gaactgtttg attttattgc ttctgcattg tcaaaatttg ttgatactga aggtgatgat 660 ttccacctcc cagaagggag acagagagag ctgggcttca ccttttcctt cccagtgagc 720 cagacatcaa tatcgtcagg aacgctcatc aagtggacaa agggtttctc catcaatgac 780 gcggttggcg aagatgttgt atctgagttg ggcaaggcca tggagaggca gggattagat 840 atgaaaattg cagcattggt taatgacact gtcggcacat tggctggtgg gaggtatgcg 900 gataacagtg ttgttgctgc tataatattg ggcactggta caaatgcagc atatgttgag 960 aatgctaatg caattcctaa atggaccggt ttactgccta ggtccggaaa tatggtaatc 1020 aacacagaat gggggagctt taaatcagat aagcttcctc tttcagaatt cgataaagca 1080 atggattttg aaagcttgaa tcctggagag cagatatatg aaaagttgat ttctggcatg 1140 tatcttggag agatagtgcg aagaatcttg ctgaagcttg ctcatgatgc agctttgttt 1200 ggggatgttg ttccatctaa gctagagcaa ccgtttgtac taaggacacc ggatatgtca 1260 gccatgcatc atgactcgtc acatgacctt aaaactgttg gagctaagct aaaggatatc 1320 gtcggggtcc cagatacttc cctggaagta agatacatta ccagtcacat ttgtgacata 1380 gttgcagagc gtgctgcacg cttggctgct gctggcatat atggggtcct aaagaagcta 1440 ggtcgggaca agatgccaaa agacggcagt aagatgccta ggactgtcat tgccttggat 1500 ggtgggctct atgaacatta caagaagttc agcagttgct tagaatcaac tctaacagac 1560 cttcttgggg atgatgtctc gtcttcggtg gttaccaagc tggccaacga tggttctggc 1620 attggagctg ctcttctcgc agcctcgcac tcccagtatg ccgagatcga ctagctttaa 1680 ggatgatctt gatgaatgat gaatcaaact ccgtttgtag gttctcattt cccccttcaa 1740 aatccacata atactcctgg ctcccccctt gaaatcttac catctttttt tggctattct 1800 gagggcaaac ataagtgcct ctgcagcggg atatagctag tatagcgcca atgagtttgg 1860 aggttttcta atggcataaa acgttggatg gcagtagcag actaacaggg aaatggaggc 1920 acaggcaatt tccattcctg ttctgtcaga ttcttttccc ccttaattga tgttgagaac 1980 caagattttt ttgctctgta ttttctcttc gtaataaaga aggggacata atctaattgc 2040 tcttgtttga tctcataa 2058 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 2 gctctagaag ggaaggcgga gcagcggtg 29 <210> 3 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 3 ccctcgagag tcgatctcgg catactggga 30 <210> 4 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 4 gctctagagg aaggaggagg agtaggacgc 30 <210> 5 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 5 ccctcgagac tcgacgctag catactggga 30 <210> 6 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 6 gctctagaat gcggaggcgg aggaggaggg ac 32 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 7 gctctagaat gcggaggagg aggagcaagc gg 32 <210> 8 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 8 ggaagttggt gtctccaaga tccaatgcat 30 <210> 9 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 9 gatcttggag acaccaactt ccgcgtcctg 30 <210> 10 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 10 cactgggaag gcaaaggtga agcccagctc 30 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 11 gcttcacctt tgccttccca gtgagccaga 30 <210> 12 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 12 ggaaattggt gtccccaaga tcgagagcat 30 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 13 cgatcttggg gacaccaatt tccgtgttat 30 <210> 14 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 14 cactgggaaa gcaaaggtga agcctaactc 30 <210> 15 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 15 gcttcacctt tgctttccca gtgcaccaaa 30 <210> 16 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 16 cgggatccga tcttcaacca cctgtgctag ct 32 <210> 17 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 17 tgccatggat ctgtgtaagc tgaaaccgtg tt 32 <210> 18 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 18 atggccactt cagcaatcca a 21 <210> 19 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 19 cacaacttga cacgcccata t 21 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 20 atggagacca gcatcgcgtg 20 <210> 21 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 21 cttccactgg acctcccat 19 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 22 tgaatacgct gtcttgcacc 20 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 23 tgtgatggtg gtggtagcga 20 <210> 24 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 24 gtggtgctaa gaagaggaag a 21 <210> 25 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 25 tcaagcttca acttcttctt t 21 <210> 26 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 26 agcaatggcg gcaggat 17 <210> 27 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 27 gaacttcttg atgccctcaa tcg 23 <210> 28 <211> 16 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RbcS probe <400> 28 cacacctgca tgcacc 16 <210> 29 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 29 ccgcctccgc aagga 15 <210> 30 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 30 aagtggttgg ccatgaaggt 20 <210> 31 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> UBQ5 probe <400> 31 ccaacgccga gtgcg 15 <210> 32 <211> 24 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Mitochondria targeting peptide for OsHXK5 <400> 32 Met Gly Lys Ala Ala Ala Val Gly Thr Ala Val Val Val Ala Ala Ala 1 5 10 15 Val Gly Val Ala Val Val Leu Ala 20 <210> 33 <211> 28 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Mitochondria targeting peptide for OsHXK6 <400> 33 Met Gly Lys Gly Thr Val Val Gly Thr Ala Val Val Val Cys Ala Ala 1 5 10 15 Ala Ala Ala Ala Val Gly Val Ala Val Val Val Ser 20 25 <210> 34 <211> 5 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Nuclear localization signal for OsHXK5 <400> 34 Arg Arg Arg Arg Arg 1 5 <210> 35 <211> 18 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Nuclear localization signal for OsHXK5 <400> 35 Arg Arg Arg Asp Leu Glu Leu Val Glu Gly Ala Ala Ala Glu Arg Lys 1 5 10 15 Arg Lys <210> 36 <211> 16 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Nuclear localization signal for OsHXK6 <400> 36 Arg Arg Arg Arg Ser Lys Arg Glu Ala Glu Glu Glu Arg Arg Arg Arg 1 5 10 15 <110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Use of OsHXK5 gene as glucose sensor <130> PN08131 <160> 36 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 2058 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 ctctcgtcct cctttctcct acgcggccgg agagaggagg ggggaagaga ggatctcgca 60 gagcgccata gcctcggatc cagaagcgga attcggtgga ggtctcgggc acctggatcg 120 atcggaggaa gggaaggcgg agcagcggtg atggggaagg cggcggcggt ggggacggcg 180 gtggtggtgg ccgcggcggt cggggtggcg gtggtgctgg cgcggaggcg gaggaggagg 240 gacctggagc tggtggaggg agccgcggcg gagaggaaga ggaaggtggc ggcggtgatc 300 gaggacgtgg agcacgcgct gtcgaccccg acggcgctgc tgcggggcat ctcggacgcc 360 atggtcaccg agatggagcg aggcctgcgc ggggacagcc acgccatggt taagatgctc 420 atcacctacg tcgacaacct ccccaccgga aatgaacagg ggttgtttta tgcattggat 480 cttggaggaa ccaacttccg cgtcctgcga gtccaactcg gtggcaagga gaaacgtgtc 540 gtccaacaac agtacgagga agtctcaatt ccaccacatc tgatggttgg aacttccatg 600 gaactgtttg attttattgc ttctgcattg tcaaaatttg ttgatactga aggtgatgat 660 ttccacctcc cagaagggag acagagagag ctgggcttca ccttttcctt cccagtgagc 720 cagacatcaa tatcgtcagg aacgctcatc aagtggacaa agggtttctc catcaatgac 780 gcggttggcg aagatgttgt atctgagttg ggcaaggcca tggagaggca gggattagat 840 atgaaaattg cagcattggt taatgacact gtcggcacat tggctggtgg gaggtatgcg 900 gataacagtg ttgttgctgc tataatattg ggcactggta caaatgcagc atatgttgag 960 aatgctaatg caattcctaa atggaccggt ttactgccta ggtccggaaa tatggtaatc 1020 aacacagaat gggggagctt taaatcagat aagcttcctc tttcagaatt cgataaagca 1080 atggattttg aaagcttgaa tcctggagag cagatatatg aaaagttgat ttctggcatg 1140 tatcttggag agatagtgcg aagaatcttg ctgaagcttg ctcatgatgc agctttgttt 1200 ggggatgttg ttccatctaa gctagagcaa ccgtttgtac taaggacacc ggatatgtca 1260 gccatgcatc atgactcgtc acatgacctt aaaactgttg gagctaagct aaaggatatc 1320 gtcggggtcc cagatacttc cctggaagta agatacatta ccagtcacat ttgtgacata 1380 gttgcagagc gtgctgcacg cttggctgct gctggcatat atggggtcct aaagaagcta 1440 ggtcgggaca agatgccaaa agacggcagt aagatgccta ggactgtcat tgccttggat 1500 ggtgggctct atgaacatta caagaagttc agcagttgct tagaatcaac tctaacagac 1560 cttcttgggg atgatgtctc gtcttcggtg gttaccaagc tggccaacga tggttctggc 1620 attggagctg ctcttctcgc agcctcgcac tcccagtatg ccgagatcga ctagctttaa 1680 ggatgatctt gatgaatgat gaatcaaact ccgtttgtag gttctcattt cccccttcaa 1740 aatccacata atactcctgg ctcccccctt gaaatcttac catctttttt tggctattct 1800 gagggcaaac ataagtgcct ctgcagcggg atatagctag tatagcgcca atgagtttgg 1860 aggttttcta atggcataaa acgttggatg gcagtagcag actaacaggg aaatggaggc 1920 acaggcaatt tccattcctg ttctgtcaga ttcttttccc ccttaattga tgttgagaac 1980 caagattttt ttgctctgta ttttctcttc gtaataaaga aggggacata atctaattgc 2040 tcttgtttga tctcataa 2058 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 2 gctctagaag ggaaggcgga gcagcggtg 29 <210> 3 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 3 ccctcgagag tcgatctcgg catactggga 30 <210> 4 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 4 gctctagagg aaggaggagg agtaggacgc 30 <210> 5 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 5 ccctcgagac tcgacgctag catactggga 30 <210> 6 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 6 gctctagaat gcggaggcgg aggaggaggg ac 32 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 7 gctctagaat gcggaggagg aggagcaagc gg 32 <210> 8 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 8 ggaagttggt gtctccaaga tccaatgcat 30 <210> 9 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 9 gatcttggag acaccaactt ccgcgtcctg 30 <210> 10 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 10 cactgggaag gcaaaggtga agcccagctc 30 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 11 gcttcacctt tgccttccca gtgagccaga 30 <210> 12 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 12 ggaaattggt gtccccaaga tcgagagcat 30 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 13 cgatcttggg gacaccaatt tccgtgttat 30 <210> 14 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 14 cactgggaaa gcaaaggtga agcctaactc 30 <210> 15 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 15 gcttcacctt tgctttccca gtgcaccaaa 30 <210> 16 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 16 cgggatccga tcttcaacca cctgtgctag ct 32 <210> 17 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 17 tgccatggat ctgtgtaagc tgaaaccgtg tt 32 <210> 18 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 18 atggccactt cagcaatcca a 21 <210> 19 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 19 cacaacttga cacgcccata t 21 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 20 atggagacca gcatcgcgtg 20 <210> 21 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 21 cttccactgg acctcccat 19 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 22 tgaatacgct gtcttgcacc 20 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 23 tgtgatggtg gtggtagcga 20 <210> 24 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 24 gtggtgctaa gaagaggaag a 21 <210> 25 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 25 tcaagcttca acttcttctt t 21 <210> 26 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 26 agcaatggcg gcaggat 17 <210> 27 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 27 gaacttcttg atgccctcaa tcg 23 <210> 28 <211> 16 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RbcS probe <400> 28 cacacctgca tgcacc 16 <210> 29 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 29 ccgcctccgc aagga 15 <210> 30 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 30 aagtggttgg ccatgaaggt 20 <210> 31 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> 223 UBQ5 probe <400> 31 ccaacgccga gtgcg 15 <210> 32 <211> 24 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Mitochondria targeting peptide for OsHXK5 <400> 32 Met Gly Lys Ala Ala Ala Val Gly Thr Ala Val Val Val Ala Ala Ala   1 5 10 15 Val Gly Val Ala Val Val Leu Ala              20 <210> 33 <211> 28 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Mitochondria targeting peptide for OsHXK6 <400> 33 Met Gly Lys Gly Thr Val Val Gly Thr Ala Val Val Val Cys Ala Ala   1 5 10 15 Ala Ala Ala Ala Val Gly Val Ala Val Val Val Ser              20 25 <210> 34 <211> 5 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Nuclear localization signal for OsHXK5 <400> 34 Arg Arg Arg Arg Arg   1 5 <210> 35 <211> 18 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Nuclear localization signal for OsHXK5 <400> 35 Arg Arg Arg Asp Leu Glu Leu Val Glu Gly Ala Ala Ala Glu Arg Lys   1 5 10 15 Arg lys         <210> 36 <211> 16 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Nuclear localization signal for OsHXK6 <400> 36 Arg Arg Arg Arg Ser Lys Arg Glu Ala Glu Glu Glu Arg Arg Arg Arg   1 5 10 15  

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 OsHXK5 유전자를 식물에 형질전환하는 단계; 및Transforming the plant with an OsHXK5 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1; And 글루코스 함유 배지에서 식물의 성장 정도를 측정하는 단계를 포함하는 식물에 따른 OsHXK5 유전자의 글루코스 감지 능력 결정 방법.Method for determining the glucose detection ability of the OsHXK5 gene according to the plant comprising the step of measuring the growth of the plant in a glucose-containing medium. 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 OsHXK5 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는 식물의 성장을 조절하는 방법.Method of controlling the growth of a plant comprising the step of transforming the plant OsHXK5 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 제11항에 있어서, OsHXK5 유전자를 식물에 형질전환하여 과발현하는 단계를 포함하는 글루코스 함유 배지에서 식물의 성장을 저해하는 방법.12. The method of claim 11, wherein the method comprises the step of transforming and overexpressing the OsHXK5 gene into a plant.
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