KR101183112B1 - Mshsp23.3 gene from Medicago sativa and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알팔파 유래의 비생물학적 스트레스 내성 관련 Mshsp23.3 (Medicago sativa Heat shock protein23.3) 단백질, 상기 단백질을 코딩하는 유전자, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포, 상기 재조합 벡터를 담배 식물세포에 형질전환시켜 담배 식물의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 비생물학적 스트레스 내성이 증진된 형질전환 담배 식물체 및 이의 종자, 상기 재조합 벡터를 이용한 비생물학적 스트레스 내성 형질전환 담배 식물체의 제조 방법 및 상기 유전자를 포함하는 담배 식물의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키기 위한 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to Mshsp23.3 ( Medicago sativa) related to abiotic stress resistance from alfalfa. Heat shock protein23.3) protein, gene encoding the protein, recombinant vector containing the gene, host cell transformed with the recombinant vector, and the recombinant vector are transformed into tobacco plant cells to abiotic stress of the tobacco plant A method for enhancing resistance, a transformed tobacco plant and seed thereof having enhanced abiotic stress resistance produced by the method, a method for producing a non-biological stress resistant transformed tobacco plant using the recombinant vector, and a tobacco comprising the gene A composition for enhancing the abiotic stress tolerance of plants.

Description

알팔파 유래의 Mshsp23.3 유전자 및 이의 용도{Mshsp23.3 gene from Medicago sativa and uses thereof}Mshsp23.3 gene from Medicago sativa and uses approximately}

본 발명은 알팔파 유래의 Mshsp23.3 단백질 및 이를 코딩하는 유전자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알팔파 유래의 비생물학적 스트레스 내성 관련 Mshsp23.3(Medicago sativa Heat shock protein23.3) 단백질, 상기 단백질을 코딩하는 유전자, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포, 상기 재조합 벡터를 담배 식물세포에 형질전환시켜 담배 식물의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 비생물학적 스트레스 내성이 증진된 형질전환 담배 식물체 및 이의 종자, 상기 재조합 벡터를 이용한 비생물학적 스트레스 내성 형질전환 담배 식물체의 제조 방법 및 상기 유전자를 포함하는 담배 식물의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키기 위한 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to alfalfa-derived Mshsp23.3 protein and a gene encoding the same, and more particularly, to abiphalic stress-resistant Mshsp23.3-related Mshsp23.3 ( Medicago sativa). Heat shock protein23.3) protein, gene encoding the protein, recombinant vector containing the gene, host cell transformed with the recombinant vector, and the recombinant vector are transformed into tobacco plant cells to abiotic stress of the tobacco plant A method for enhancing resistance, a transformed tobacco plant and seed thereof having enhanced abiotic stress resistance produced by the method, a method for producing a non-biological stress resistant transformed tobacco plant using the recombinant vector, and a tobacco comprising the gene A composition for enhancing the abiotic stress tolerance of plants.

식물은 성장하면서 다양한 환경 스트레스에 노출되며, 이러한 환경 스트레스에 의해 식물의 수량과 품질이 현저히 저하되고 있다. 이러한 환경요인에 의한 수량저하를 방지하고 생산성을 최대한 높이기 위해서는 재해 내성 작물의 개발이 필수 불가결한 조건이다.As the plants grow, they are exposed to various environmental stresses, and the yield and quality of the plants are significantly reduced by these environmental stresses. The development of disaster-resistant crops is an indispensable condition in order to prevent yield decreases and to maximize productivity.

스트레스는 다른 생물체에 의해 일어나는 생물적(biotic) 스트레스 및, 물리학적 또는 화학적 환경의 변화에 의해 일어나는 비생물적(abiotic) 스트레스가 있다. 환경 스트레스에 대한 식물의 적응능력을 분자수준에서 이해하고 분자육종을 통하여 환경 스트레스 조건에서도 식물의 생산성을 유지 및 향상시킬 수 있는 품종을 육성하는 것은 매우 중요한 일이며, 기존의 고전적인 육종방법에 의한 재해 내성 작물 개발의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 대두되고 있다. Stress is abiotic stress caused by other organisms and abiotic stress caused by changes in the physical or chemical environment. It is very important to understand the ability of plants to adapt to environmental stress at the molecular level and to cultivate varieties that can maintain and improve the productivity of plants even under environmental stress conditions through molecular breeding. It is emerging as an alternative to overcome the limitations of disaster resistant crop development.

최근 식물에서 비생물적 스트레스에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 다양한 종류의 비생물적 스트레스 유도성 단백질, 즉 heat shock protein (HSP)의 동정 및 기능 해석이 이루어져 이들 대부분이 분자 샤페론으로 기능하고 있음이 밝혀지고 있다 (Chen et al, 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; Vierling, 1991, Plant Mol Biol 42: 579-620; Waters et al, 1996, J Exp Bot 47: 325-338). Recently, research on abiotic stresses has been actively conducted in plants, and various kinds of abiotic stress-inducing proteins, namely heat shock protein (HSP), have been identified and analyzed, and most of them function as molecular chaperones. (Chen et al, 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; Vierling, 1991, Plant Mol Biol 42: 579-620; Waters et al, 1996, J Exp Bot 47: 325-338).

그 중에서도 식물 특유의 HSP인 저분자량의 HSP (small HSP)에 대한 연구가 활발히 이루어져 세포내의 다양한 기관에서 기능을 하는 small HSP 들이 분리되어 졌으며(Chen et al, 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; LaFayette et al, 1996, Plant Mol Biol 30:159-169, Lee et al, 1995, J Biol Chem 270:10432-10438; Osteryoung et al, 1994, J Biol Chem 269: 28676-28682; Vierling et al, 1988, EMBO J 7: 575-581), 이들 스트레스 내성 유전자의 도입에 따른 부분적인 고온 내성을 나타내는 형질전환식물이 보고되고 있다(Lee et al, 1996, Plant J 8: 603-612; Waters et al, 1996, J Exp Bot 47: 325-338). Among them, small HSPs, which are plant-specific HSPs, have been actively researched to separate small HSPs that function in various organs in cells (Chen et al, 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; LaFayette et al, 1996, Plant Mol Biol 30: 159-169, Lee et al, 1995, J Biol Chem 270: 10432-10438; Osteryoung et al, 1994, J Biol Chem 269: 28676-28682; Vierling et al, 1988 , EMBO J 7: 575-581), transgenic plants have been reported to exhibit partial high temperature resistance following the introduction of these stress resistant genes (Lee et al, 1996, Plant J 8: 603-612; Waters et al, 1996, J Exp Bot 47: 325-338).

비생물적 환경 스트레스는 식물에 있어서 가장 치명적인 손상을 가져오는 중요한 요인 중의 하나이다. 스트레스하에서는 대부분의 하우스 키핑 유전자들의 발현이 정지되고 HSP 합성에 필요한 유전자 발현계가 활성화되어 다양한 분자량을 가지는 HSP들이 합성된다. 이 HSP들은 고온에 따른 단백질의 변성방지 및 변성된 단백질의 폴딩(folding)을 도움으로써 단백질의 비가역적인 응집(aggregation)을 방지하여 스트레스에 대한 내성을 획득하게 한다. 식물에서 스트레스에 의해 유도되는 단백질 중 가장 많은 양과 종류를 나타내는 것이 분자량 15-30 kDa의 small HSP들이다. Abiotic environmental stress is one of the most damaging factors in plants. Under stress, the expression of most housekeeping genes is stopped and the gene expression system necessary for HSP synthesis is activated to synthesize HSPs having various molecular weights. These HSPs help prevent protein degeneration and folding of the denatured protein at high temperatures to prevent irreversible aggregation of the protein, thereby obtaining resistance to stress. The largest amounts and types of proteins induced by stress in plants are small HSPs with a molecular weight of 15-30 kDa.

본 발명에서는, 알팔파 (Medicago sativa L.)로부터 얻은 cDNA 라이브러리의 차별적 스크리닝(differential screening)에 의해 Mshsp23.3 cDNA 클론을 분리하였다. 클로닝된 이 유전자는 비생물적 스트레스 저항성 반응에서 유도되었으며, 대장균에서 발현시켜 고온, 염 및 중금속 스트레스에 대한 저항성의 증가와 관련이 있음을 규명하였다. 이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명의 Mshsp23.3 유전자가 식물의 비생물적 스트레스 저항성에 관여함을 밝혀내어, 본 발명을 완성하게 되었다. In the present invention, alfalfa ( Medicago) Mshsp23.3 cDNA clones were isolated by differential screening of cDNA libraries obtained from sativa L.). The cloned gene was induced in an abiotic stress resistant response and was expressed in Escherichia coli and found to be associated with increased resistance to high temperature, salt and heavy metal stress. Accordingly, the present inventors have made intensive studies to overcome the problems of the prior art, and as a result, have found that the Mshsp23.3 gene of the present invention is involved in plant abiotic stress resistance, thereby completing the present invention.

한국등록특허 제10-0599211호에는 비생물적 스트레스 내성 유전자인 Oslti32 가 개시되어 있으며, 한국등록특허 제10-0781075호에는 스트레스 저항성 유전자인 OsMSRPK1 이 개시되어 있다. Korea Patent Registration No. 10-0599211 discloses abiotic stress resistance gene is disclosed that the Oslti32, is a stress tolerance gene OsMSRPK1 disclosed in Korea Patent Registration No. 10-0781075 call.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 알팔파 유래의 Mshsp23 .3 유전자가 비생물적 스트레스 처리하에 상향조절되는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. The present invention is derived by the request as described above, the present inventors have completed the present invention by confirming that the Mshsp23 .3 gene of alfalfa-derived up-regulation under abiotic stress treatment.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 알팔파(Medicago sativa) 유래의 비생물학적 스트레스 내성 관련 Mshsp23.3 (Medicago sativa Heat shock protein23.3) 단백질을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention Alfalfa ( Medicago sativa ) -related abiotic stress tolerance Mshsp23.3 ( Medicago sativa Heat shock protein23.3) provides protein.

또한, 본 발명은 상기 Mshsp23.3 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다. The present invention also provides a gene encoding the Mshsp23.3 protein.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. The present invention also provides a recombinant vector comprising the gene.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다. The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 담배 식물세포에 형질전환시켜 담배 식물의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method of enhancing the abiotic stress resistance of tobacco plants by transforming the recombinant vector into tobacco plant cells.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 비생물학적 스트레스 내성이 증진된 형질전환 담배 식물체 및 이의 종자를 제공한다. In addition, the present invention provides a transformed tobacco plant and seed thereof having enhanced abiotic stress tolerance produced by the above method.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 이용한 비생물학적 스트레스 내성 형질전환 담배 식물체의 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a non-biological stress resistant transformed tobacco plant using the recombinant vector.

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본 발명의 알팔파 유래 Mshsp23.3 유전자는 고온, 염 및 비소와 같은 다양한 비생물적 스트레스의 처리하에 발현이 증가하였다. 따라서, Mshsp23.3 유전자를 목초 분자육종에 이용하면 비생물적 스트레스 내성이 강한 형질전환 식물체를 개발하는데 유용할 것으로 사료된다. The alfalfa-derived Mshsp23.3 gene of the present invention has increased expression under the treatment of various abiotic stresses such as high temperature, salt and arsenic. Therefore, the Mshsp23.3 gene may be useful for developing transgenic plants that are highly resistant to abiotic stress.

도 1은 알팔파로부터 분리한 Mshsp23.3 유전자의 cDNA 염기서열을 보여준다.
도 2는 도 1의 Mshsp23.3 유전자의 cDNA 염기서열로부터 연역된 아미노산 서열을 보여준다.
도 3은 알팔파로부터 분리한 Mshsp23.3 유전자의 발현양상을 알아보기 위하여 고온, 저온, 염 및 중금속(구리, 카드뮴 및 비소) 스트레스 처리한 알팔파 잎 조직으로부터 전체 RNA를 분리하고 노던 블롯 분석을 수행한 결과를 나타낸다.
도 4는 알팔파로부터 분리한 Mshsp23.3 유전자 전체를 포함하고 있는 재조합 단백질을 대장균에서 다량 발현시켜 단백질 전기영동(SDS-PAGE)을 통하여 분석한 사진을 보여준다.
도 5는 벡터 대장균 및 Mshsp23.3 단백질을 발현하는 대장균에서 고온 스트레스에 대한 저항성을 비교 분석한 그래프를 나타낸다.
도 6은 벡터 대장균 및 Mshsp23.3 단백질을 발현하는 대장균에서 염 스트레스에 대한 저항성을 비교 분석한 그래프를 나타낸다.
도 7은 벡터 대장균 및 Mshsp23.3 단백질을 발현하는 대장균에서 비소 스트레스에 대한 저항성을 비교 분석한 그래프를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 알팔파의 Mshsp23.3 유전자를 발현시키기 위한 식물 발현 벡터(pMshsp23.3)를 나타낸 모식도를 보여준다.
도 9는 모델식물인 담배 식물체에서 알팔파로부터 분리한 Mshsp23.3 유전자의 형질전환체(Tg-1, Tg-2)와 비형질전환체(NT)의 고온, 염 및 비소 스트레스에 대한 저항성을 비교 분석한 사진을 보여준다.
Figure 1 shows the cDNA sequence of the Mshsp23.3 gene isolated from alfalfa.
Figure 2 shows the amino acid sequence deduced from the cDNA nucleotide sequence of the Mshsp23.3 gene of FIG.
Figure 3 is to isolate the whole RNA from alfalfa leaf tissues treated with high temperature, low temperature, salt and heavy metal (copper, cadmium and arsenic) stress to examine the expression of Mshsp23.3 gene isolated from alfalfa and performed a northern blot analysis Results are shown.
Figure 4 shows a photograph analyzed by protein electrophoresis (SDS-PAGE) by expressing a large amount of recombinant protein containing the entire Mshsp23.3 gene isolated from alfalfa in E. coli.
Figure 5 shows a graph comparing the analysis of resistance to high temperature stress in E. coli and E. coli expressing Mshsp23.3 protein.
Figure 6 shows a graph of comparative analysis of resistance to salt stress in E. coli and E. coli expressing Mshsp23.3 protein.
7 shows a graph comparing the resistance to arsenic stress in E. coli expressing the vector E. coli and Mshsp23.3 protein.
8 shows a schematic diagram showing a plant expression vector (pMshsp23.3) for expressing the Mshsp23.3 gene of alfalfa of the present invention.
9 is a comparison of resistance to high temperature, salt and arsenic stress of transformants (Tg-1, Tg-2) and non-transformers (NT) of Mshsp23.3 gene isolated from alfalfa in tobacco plants as model plants Show the analyzed picture.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열로 이루어진, 알팔파(Medicago sativa) 유래의 비생물학적 스트레스 내성 관련 Mshsp23.3 (Medicago sativa Heat shock protein23.3) 단백질을 제공한다. In order to achieve the object of the present invention, the present invention is composed of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, alfalfa ( Medicago sativa ) -related abiotic stress tolerance Mshsp23.3 ( Medicago sativa Heat shock protein23.3) provides protein.

본 발명에 따른 Mshsp23.3 단백질의 범위는 알팔파로부터 분리된 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질 및 상기 단백질의 기능적 동등물을 포함한다. "기능적 동등물"이란 아미노산의 부가, 치환 또는 결실의 결과, 상기 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열과 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더 더욱 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 것으로, 서열번호 2로 표시되는 단백질과 실질적으로 동질의 생리활성을 나타내는 단백질을 말한다. "실질적으로 동질의 생리활성"이란 식물의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키는 활성을 의미한다. The range of Mshsp23.3 proteins according to the present invention includes proteins having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 isolated from alfalfa and functional equivalents of the proteins. Is at least 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 90% or more, more preferably 90% or more, Quot; refers to a protein having a homology of at least 95% with a physiological activity substantially equivalent to that of the protein represented by SEQ ID NO: 2. "Substantially homogeneous physiological activity" means activity that enhances the abiotic stress tolerance of a plant.

본 발명은 또한 Mshsp23.3 단백질의 단편, 유도체 및 유사체(analogues)를 포함한다. 본원에 사용된, 용어 "단편", "유도체" 및 "유사체"는 본 발명의 Mshsp23.3 폴리펩티드와 실질적으로 같은 생물학적 기능 또는 활성을 보유하는 폴리펩티드를 말한다. 본 발명의 단편, 유도체 및 유사체는 (i) 하나 이상의 보존적(conservative) 또는 비보존적 아미노산 잔기(바람직하게는 보존적 아미노산 잔기)가 치환된 폴리펩티드(상기 치환된 아미노산 잔기는 유전암호에 의해 암호화될 수도, 되지 않을 수도 있다) 또는 (ii) 하나 이상의 아미노산 잔기에서 치환기(들)를 가지는 폴리펩티드, 또는 (iii) 또 다른 화합물(폴리펩티드의 반감기를 연장할 수 있는 화합물, 예를 들면 폴리에틸렌 글리콜)과 결합된 성숙 폴리펩티드로부터 유래된 폴리펩티드, 또는 (iv) 부가적인 아미노산 서열(예를 들면, 선도 서열, 분비 서열, 상기 폴리펩티드를 정제하는데 사용된 서열, 프로테이노젠(proteinogen) 서열 또는 융합 단백질)과 결합된 상기 폴리펩티드로부터 유래된 폴리펩티드일 수 있다. 본원에 정의된 상기 단편, 유도체 및 유사체는 당업자에 잘 알려져 있다. The invention also includes fragments, derivatives and analogues of the Mshsp23.3 protein. As used herein, the terms “fragment”, “derivative” and “analogue” refer to a polypeptide having biological function or activity substantially the same as the Mshsp23.3 polypeptide of the invention. Fragments, derivatives, and analogs of the present invention comprise (i) polypeptides substituted with one or more conservative or nonconservative amino acid residues (preferably conservative amino acid residues), wherein the substituted amino acid residues are encoded by a genetic code. Or (ii) a polypeptide having substituent (s) at one or more amino acid residues, or (iii) another compound (a compound capable of extending the half-life of a polypeptide, such as polyethylene glycol) A polypeptide derived from a bound mature polypeptide, or (iv) an additional amino acid sequence (eg, a leader sequence, a secretion sequence, a sequence used to purify the polypeptide, a proteinogen sequence or a fusion protein) and It may be a polypeptide derived from said polypeptide bound. Such fragments, derivatives and analogs as defined herein are well known to those skilled in the art.

또한, 본 발명은 상기 Mshsp23.3 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다. 본 발명의 유전자는 Mshsp23.3 단백질을 코딩하는 DNA 또는 RNA 일 수 있다. DNA는 cDNA, 게놈 DNA 또는 인위적인 합성 DNA를 포함한다. DNA는 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있다. DNA는 코딩(coding) 가닥 또는 넌코딩(non-coding) 가닥일 수 있다.The present invention also provides a gene encoding the Mshsp23.3 protein. The gene of the present invention may be DNA or RNA encoding Mshsp23.3 protein. DNA includes cDNA, genomic DNA or artificial synthetic DNA. DNA can be single stranded or double stranded. The DNA may be a coding strand or a non-coding strand.

바람직하게는, 본 발명의 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 포함할 수 있다.  Preferably, the gene of the present invention may include the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.

서열번호 2로 표시되는 성숙(mature) 폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드는 오직 성숙 폴리펩티드만을 암호화하는 코딩 서열; 성숙 폴리펩티드 및 다양한 부가적인 코딩 서열을 암호화하는 서열; 성숙 폴리펩티드(및 임의의 부가적인 코딩 서열) 및 넌코딩 서열을 암호화하는 서열을 포함한다. Polynucleotides encoding a mature polypeptide represented by SEQ ID NO: 2 include a coding sequence encoding only a mature polypeptide; Sequences encoding mature polypeptides and various additional coding sequences; Mature polypeptides (and any additional coding sequences) and sequences encoding noncoding sequences.

용어 "폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드"는 폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드, 또는 부가적인 코딩 및/또는 넌코딩 서열을 더 포함하는 폴리뉴클레오티드를 말한다. The term "polynucleotide encoding a polypeptide" refers to a polynucleotide encoding a polypeptide, or a polynucleotide further comprising additional coding and / or noncoding sequences.

또한, 본 발명은 본원에 기재된 것과 동일한 아미노산 서열, 또는 이의 단편, 유사체, 및 유도체를 포함하는 폴리펩티드를 암호화하는 상기 폴리뉴클레오티드의 변이체에 관한 것이다. 폴리뉴클레오티드 변이체는 자연적으로 발생하는 대립유전자 변이체 또는 비자연적으로 발생하는 변이체일 수 있다. 상기 뉴클레오티드 변이체는 치환 변이체, 결실 변이체, 및 삽입 변이체를 포함한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 대립유전자 변이체는 폴리뉴클레오티드의 대안(alternative)이며, 이는 하나 이상의 치환, 결실 또는 삽입된 뉴클레오티드를 포함할 수 있으며, 변이체에 의해 암호화된 폴리펩티드에서 실질적인 기능 변화를 초래하지는 않는다. The invention also relates to variants of said polynucleotides encoding polypeptides comprising the same amino acid sequences as described herein, or fragments, analogs, and derivatives thereof. Polynucleotide variants can be naturally occurring allelic variants or non-naturally occurring variants. Such nucleotide variants include substitutional variants, deletional variants, and insertional variants. As is known in the art, an allelic variant is an alternative to a polynucleotide, which may comprise one or more substituted, deleted or inserted nucleotides and which does not result in a substantial functional change in the polypeptide encoded by the variant Do not.

또한, 본 발명은 상기 기재된 서열번호 1의 염기서열 및 상기 기재된 서열번호 1의 염기서열과 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 70%, 더욱 바람직하게는 적어도 80%의 동일성을 가지는 서열과 혼성화하는 폴리뉴클레오티드에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 스트린전트 조건하에 본원에 기재된 폴리뉴클레오티드에 혼성화하는 폴리뉴클레오티드에 관한 것이다. 본 발명에서, "스트린전트 조건"은 (1) 0.2 × SSC, 0.1% SDS, 60℃와 같은 더 낮은 이온강도 및 더 높은 온도하에서의 혼성화 및 세척; 또는 (2) 50%(v/v) 포름아미드, 0.1% 소혈청/0.1% Ficoll 및 42℃ 등과 같은 변성제의 존재하에 혼성화; 또는 (3) 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 95% 이상의 동일성을 가지는 단지 2개의 서열 사이에서 발생하는 혼성화를 말한다. 게다가, 혼성화가 가능한 폴리뉴클레오티드에 의해 암호화된 폴리펩티드의 생물학적 기능 및 활성은 서열번호 2 표시되는 성숙 폴리펩티드의 생물학적 기능 및 활성과 동일하다. In addition, the present invention provides a poly-hybridized hybridization with a sequence having at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 80% identity with a nucleotide sequence of SEQ ID NO. It relates to nucleotides. The present invention particularly relates to polynucleotides that hybridize to the polynucleotides described herein under stringent conditions. In the present invention, "stringent conditions" are (1) hybridization and washing under lower ionic strength and higher temperature such as 0.2 x SSC, 0.1% SDS, 60 ° C; Or (2) in the presence of a denaturant such as 50% (v / v) formamide, 0.1% bovine serum / 0.1% Ficoll and 42 ° C; Or (3) at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95%. In addition, the biological function and activity of the polypeptide encoded by the hybridizable polynucleotide is the same as the biological function and activity of the mature polypeptide represented by SEQ ID NO: 2.

본 발명의 구현예에 따라, Mshsp23 .3 유전자는 바람직하게는 알팔파 유래라는 것을 이해해야 한다. 그러나, 본 발명의 구현예는 알팔파 Mshsp23 .3 유전자와 높은 상동성(예를 들면, 60% 이상, 즉 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, 심지어 98%의 서열 동일성)을 갖고 다른 식물로부터 유래한 다른 유전자를 또한 포함한다. 서열정렬 방법, 및 서열 동일성 또는 상동성을 결정하기 위한 수단(예를 들면, BLAST)은 당업계에 주지되어 있다.In accordance with an embodiment of the invention, it should be understood that the Mshsp23 .3 gene is preferably alfalfa derived. However, embodiments of the present invention are highly homologous to the alfalfa Mshsp23 .3 gene (eg, at least 60%, ie 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, even 98% sequence identity). And other genes derived from other plants. Methods for sequencing, and means for determining sequence identity or homology (e.g., BLAST) are well known in the art.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 Mshsp23 .3 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. The present invention also provides a recombinant vector comprising the gene according to the invention Mshsp23 .3.

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 것으로서 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. In addition, the recombinant cell can express a gene found in a cell in its natural state, but the gene has been modified and reintroduced intracellularly by an artificial means.

본 발명에서, Mshsp23.3 단백질을 암호화하는 상기 폴리뉴클레오티드 서열은 재조합 발현 벡터 내로 삽입될 수 있다. 용어 "재조합 발현 벡터"는 세균 플라스미드, 파아지, 효모 플라스미드, 식물 세포 바이러스, 포유동물 세포 바이러스, 또는 다른 벡터를 의미한다. 대체로, 임의의 플라스미드 및 벡터는 숙주 내에서 복제 및 안정화할 수 있다면 사용될 수 있다. 상기 발현 벡터의 중요한 특성은 복제 원점, 프로모터, 마커 유전자 및 번역 조절 요소(translation control element)를 가지는 것이다.In the present invention, the polynucleotide sequence encoding the Mshsp23.3 protein can be inserted into a recombinant expression vector. The term "recombinant expression vector" means a bacterial plasmid, phage, yeast plasmid, plant cell virus, mammalian cell virus, or other vector. In principle, any plasmid and vector can be used if it can replicate and stabilize within the host. An important characteristic of the expression vector is that it has a replication origin, a promoter, a marker gene and a translation control element.

Mshsp23.3 단백질-암호화 DNA 서열 및 적당한 전사/번역 조절 신호를 포함하는 발현 벡터는 당업자에 주지된 방법에 의해 구축될 수 있다. 상기 방법은 시험관내 재조합 DNA 기술, DNA 합성 기술 및 생체내 재조합 기술 등을 포함한다. 상기 DNA 서열은 mRNA 합성을 이끌기 위해 발현 벡터 내의 적당한 프로모터에 효과적으로 연결될 수 있다. 또한 발현 벡터는 번역 개시 부위로서 리보좀 결합 부위 및 전사 터미네이터를 포함할 수 있다. Expression vectors comprising the Mshsp23.3 protein-encoding DNA sequence and appropriate transcriptional / translational control signals can be constructed by methods well known to those of skill in the art. Such methods include in vitro recombinant DNA techniques, DNA synthesis techniques, in vivo recombinant techniques, and the like. The DNA sequence can be effectively linked to appropriate promoters in the expression vector to drive mRNA synthesis. The expression vector may also include a ribosome binding site and a transcription terminator as a translation initiation site.

본 발명의 재조합 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 형질전환하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다. 바람직하게는, 상기 재조합 벡터는 pKBS1-1 벡터, pBI101 벡터 및 pCAMBIA 벡터일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. A preferred example of the recombinant vector of the present invention is a Ti-plasmid vector capable of transferring a so-called T-region to a plant cell when present in a suitable host, such as Agrobacterium tumefaciens. Other types of Ti-plasmid vectors (see EP 0 116 718 B1) are currently used to transfer hybrid DNA sequences to plant cells or protoplasts in which new plants capable of properly inserting hybrid DNA into the plant's genome can be produced 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 the plant host include viral vectors such as those that can be derived from double-stranded plant viruses (e. G., CaMV) and single- For example, from non -complete plant virus vectors. The use of such vectors may be particularly advantageous when it is difficult to transform the plant host properly. Preferably, the recombinant vector may be, but is not limited to, a pKBS1-1 vector, a pBI101 vector, and a pCAMBIA vector.

발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함할 것이다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 글리포세이트(glyphosate) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The expression vector will preferably comprise one or more selectable markers. The marker is typically a nucleic acid sequence having properties that can be selected by chemical methods, and all genes that can distinguish transformed cells from non-transformed cells. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinothricin, antibiotics such as kanamycin, G418, Bleomycin, hygromycin, chloramphenicol, Resistant genes, but are not limited thereto.

본 발명의 재조합 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 recombinant vector 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.

본 발명의 재조합 벡터에서, 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 알려져 있다. 그러므로, 터미네이터의 사용은 본 발명의 내용에서 매우 바람직하다.In the recombinant vector of the present invention, conventional terminators can be used. Examples thereof include nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, Agrobacterium tumefaciens (Agrobacterium tumefaciens ) Octopine gene terminator, but the present invention is not limited thereto. Regarding 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 a terminator is highly desirable in the context of the present invention.

본 발명은 또한, 본 발명의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다. 본 발명의 벡터를 원핵세포에 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주세포는 당업계에 공지된 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다. The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector of the present invention. The host cell capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention in a prokaryotic cell while being stable can be used in any host cell known in the art, for example, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1. , Bacillus genus strains, such as E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis, and Salmonella typhimurium, Serratia marcensons, and various Pseudomonas Enterobacteria such as species and strains.

또한, 본 발명의 벡터를 진핵 세포에 형질전환시키는 경우에는 숙주세포로서, 효모(Saccharomyce cerevisiae), 곤충세포, 사람세포 (예컨대, CHO 세포주 (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN 및 MDCK 세포주) 및 식물세포 등이 이용될 수 있다. 숙주세포는 바람직하게는 식물세포이다.When the vector of the present invention is transformed into eukaryotic cells, yeast ( Saccharomyce cerevisiae), and the like insect cells, human cells (e.g., CHO cells (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN and MDCK cell lines) and plant cell may be used. The host cell is preferably a plant cell.

본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법, 하나한 방법 (Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기천공 방법 등에 의해 실시될 수 있다. 또한, 숙주세포가 진핵세포인 경우에는, 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법, 및 유전자 밤바드먼트 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있다. The method of carrying the vector of the present invention into a host cell is performed by using the CaCl 2 method or one method (Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166: 557-580 (1983)) when the host cell is a prokaryotic cell. And the electroporation method. When the host cell is a eukaryotic cell, the vector is injected into the host cell by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, and gene bombardment .

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직 배양기간을 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; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373), 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(EP 0 301 316호) 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 the hybrid DNA according to the present invention into suitable progenitor cells. Method is calcium / polyethylene glycol method for protoplasts (Krens, FA et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373), protoplasts Electroporation (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 ), (DNA or RNA-coated) particle bombardment of various plant elements (Klein TM et al., 1987, Nature 327, 70), Agrobacterium tumulopasis by plant infiltration or transformation of mature pollen or vesicles And infection with (incomplete) virus (EP 0 301 316) in en mediated gene transfer. A preferred method according to the present invention comprises Agrobacterium mediated DNA delivery. Particularly preferred is the use of so-called binary vector techniques as described in EP A 120 516 and U.S. Pat. No. 4,940,838.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 담배 식물세포에 형질전환시켜 Mshsp23.3 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 담배 식물의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공한다. 바람직하게는, 상기 비생물학적 스트레스는 고온, 염 또는 중금속일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 상기 중금속은 바람직하게는 비소이나, 이에 제한되지 않는다.The present invention also provides a method for enhancing the abiotic stress resistance of tobacco plants, comprising the step of transforming the recombinant vector to tobacco plant cells overexpressing the Mshsp23.3 gene. Preferably, the abiotic stress may be, but is not limited to, high temperature, salts or heavy metals. In addition, the heavy metal is preferably arsenic, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 비생물학적 스트레스 내성이 증진된 형질전환 담배 식물체 및 이의 종자를 제공한다. In addition, the present invention provides a transformed tobacco plant and seed thereof having enhanced abiotic stress tolerance produced by the above method.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 담배 식물세포를 형질전환하는 단계; 및In addition, the present invention comprises the steps of transforming tobacco plant cells with the recombinant vector; And

상기 형질전환된 담배 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 비생물학적 스트레스 내성 형질전환 담배 식물체의 제조 방법을 제공한다. It provides a method for producing a non-biological stress-resistant transformed tobacco plant comprising the step of regenerating the plant from the transformed tobacco plant cells.

본 발명의 방법은 본 발명에 따른 재조합 벡터로 담배 식물 세포를 형질전환하는 단계를 포함하는데, 상기 형질전환은 예를 들면, 아그로박테리움 튜머파시엔스(Agrobacterium tumefiaciens)에 의해 매개될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 상기 형질전환된 담배 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함한다. 형질전환 담배 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다.The method of the present invention comprises transforming tobacco plant cells with the recombinant vector according to the present invention, which transformation can be mediated by, for example, Agrobacterium tumefiaciens . The method also includes the step of regenerating the transformed plant from the transformed tobacco plant cells. The method of regenerating the transformed plant from the transformed tobacco plant cells may use any method known in the art.

형질전환된 담배 식물세포는 전식물로 재분화되어야 한다. 캘러스 또는 원형질체 배양으로부터 성숙한 식물의 재분화를 위한 기술은 수많은 여러 가지 종에 대해서 당업계에 주지되어 있다(Handbook of Plant Cell Culture, 1-5권, 1983-1989 Momillan, N.Y.).Transformed tobacco plant cells should be re-differentiated into whole plants. Techniques for the regeneration of mature plants from callus or protoplast cultures are well known in the art for a number of different species (Handbook of Plant Cell Culture, Vol. 1-5, 1983-1989, Momillan, N. Y.).

본 발명은 또한, 본 발명의 Mshsp23 .3 유전자를 포함하는, 담배 식물의 비생물학적 비생물학적 스트레스 내성을 증진시키기 위한 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물에서, 상기 Mshsp23 .3 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어질 수 있다. 본 발명의 조성물은 유효 성분으로서 알팔파 유래의 Mshsp23 .3 유전자를 포함하며, 상기 Mshsp23 .3 유전자를 담배 식물체에 형질전환시킴으로써 담배 식물체의 비생물학적 스트레스 내성을 증진시킬 수 있는 것이다.
The present invention also provides a composition for enhancing the abiotic abiotic stress resistance of tobacco plants, comprising the Mshsp23 .3 gene of the invention. In the composition of the present invention, the Mshsp23 .3 gene may be composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. The compositions of the present invention as an active ingredient comprising a Mshsp23 .3 gene of alfalfa origin, which is transformed by the Mshsp23 .3 gene in tobacco plants and to promote the abiotic stress tolerance of the tobacco plant.

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 1:  One: 알팔파의Alfalfa 고온 스트레스에 의해 유도되는  Induced by high temperature stress Mshsp23Mshsp23 .3 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열 분석.3 nucleotide and amino acid sequence analysis of genes

식물 생장상에서 3주 이상 키운 알팔파의 스트레스 및 스트레스를 가하지 않은 잎 조직에서 poly(A+) mRNA를 추출하였고, PCR Select cDNA Subtraction (Clontech)을 이용하여 제조회사 추천방법에 따라 고온 스트레스에 의해서만 발현되는 단편의 cDNA를 확보하였다. 확보된 cDNA를 서브클로닝 벡터인 pCR2.1-TOPO vector (invitrogen)에 클로닝하였고, 플라스미드 DNA는 Plasmid purification kit (COSMO)를 이용하여 분리하였으며, 염기서열 분석은 코스모진텍에 의뢰하여 수행하였다. Poly (A +) mRNA was extracted from stress and unstressed leaf tissues of alfalfa grown over 3 weeks in plant growth, and fragments expressed only by high temperature stress according to the manufacturer's recommendation method using PCR Select cDNA Subtraction (Clontech). CDNA was obtained. The obtained cDNA was cloned into the subcloning vector pCR2.1-TOPO vector (invitrogen), plasmid DNA was isolated using a Plasmid purification kit (COSMO), and sequencing was performed by Cosmojintech.

염기서열의 비교 분석은 NCBI, GenBank, EMBL 및 SwissProt 데이타베이스에서 제공된 DNASIS 및 BLAST 프로그램에 의해 수행되었다. 염기서열 결과를 토대로 RACE PCR를 통하여 전체 염기서열을 확보하였다. 그 결과, 고온 스트레스에 의하여 유도되는 Mshsp23.3 유전자의 cDNA는 도 1에 나타낸 바와 같이 전체 630 bp의 염기서열로 구성된 것이 확인되었다. 도 1의 염기서열에 의해 209개의 아미노산을 연역하였고 그 결과를 도 2에 나타내었다. 상기 염기서열 및 연역 아미노산 서열은 데이타베이스 검색에 의해 비생물적 스트레스에 의해 유도되는 새로운 유전자임이 판명되었다.
Comparative analysis of sequences was performed by the DNASIS and BLAST programs provided in the NCBI, GenBank, EMBL and SwissProt databases. Based on the nucleotide sequence results, the entire nucleotide sequence was secured through RACE PCR. As a result, it was confirmed that the cDNA of the Mshsp23.3 gene induced by high temperature stress was composed of a total of 630 bp sequences as shown in FIG. 1. 209 amino acids were deduced by the nucleotide sequence of FIG. 1, and the results are shown in FIG. 2. The base sequence and deduced amino acid sequence was found to be a new gene induced by abiotic stress by database search.

실시예Example 2: 고온, 저온, 염 및 중금속 스트레스 처리에 따른  2: high temperature, low temperature, salt and heavy metal stress treatment Mshsp23Mshsp23 .3 유전자의 발현 조사.3 gene expression investigation

식물 생장상에서 3주 이상 재배한 알팔파에 고온(42℃), 저온(4℃), 염(300mM NaCl) 및 300μM 중금속(구리, 카드뮴 및 비소) 스트레스 처리를 시간대 별로 가한 후, 잎 조직을 샘플링하여 전체 RNA를 TRIzol(invitrogen)을 이용하여 분리하였다. 분리한 전체 RNA를 1.2 % 포름알데히드 겔(formaldehyde gel)에 전기영동한 후, 겔을 20 × SSC 용액(3 M NaCl, 0.3 M Sodium citrate)으로 나일론 막(Amersham)에 전이시키고 방사성 동위원소 [α-32P]dCTP로 표식된 Mshsp23.3 유전자의 630 bp의 전장 cDNA를 탐침으로 하여 노던 블롯 분석을 수행하였다.Alfalfa grown for 3 weeks or longer on plant growth was subjected to high temperature (42 ° C), low temperature (4 ° C), salt (300mM NaCl) and 300μM heavy metals (copper, cadmium and arsenic) stress treatment at different times, and then the leaf tissues were sampled. Total RNA was isolated using TRIzol (invitrogen). The whole RNA was electrophoresed in a 1.2% formaldehyde gel, and then the gel was transferred to a nylon membrane (Amersham) with 20 × SSC solution (3 M NaCl, 0.3 M Sodium citrate) and radioisotope [α Northern blot analysis was performed using 630 bp full-length cDNA of the Mshsp23.3 gene labeled with -32P] dCTP as a probe.

그 결과, 알팔파 잎 조직에서 고온 및 염 스트레스 처리 12시간 후부터 강하게 유도되는 Mshsp23.3 전사체를 확인할 수 있었고, 저온 스트레스 처리 12시간 후부터 전사체의 양이 감소하는 것을 확인할 수 있었다(도 3). 또한 비소 처리 6시간 후부터 강하게 유도되는 Mshsp23.3 전사체를 확인할 수 있었고, 그 외에 구리 및 카드뮴에 의해서는 약하게 발현되는 전사체의 양을 확인할 수 있었다(도 3).
As a result, it was confirmed that Mshsp23.3 transcript strongly induced after 12 hours of high temperature and salt stress treatment in alfalfa leaf tissues, and the amount of transcript was decreased after 12 hours of low temperature stress treatment (FIG. 3). In addition, it was confirmed that Mshsp23.3 transcript strongly induced 6 hours after arsenic treatment, in addition to the amount of transcript weakly expressed by copper and cadmium (Fig. 3).

실시예Example 3: 대장균 발현  3: E. coli expression 벡터계를Vector 이용한 재조합 융합 단백질의 발현 조사 Expression of Recombinant Fusion Proteins

대장균에서 발현시킨 단백질의 발현을 알아보기 위해서, 대장균 발현 벡터 중 pET28a (Invitrogen)를 이용하였다. 상기 실시예 1에서 분리된 Mshsp23.3 유전자 cDNA를 이용하여 5'-Mshsp23.3 프라이머 (5'-ATGGCTTCTTCTGTTGCAGTC-3'; 서열번호 3) 및 3'-Mshsp23.3 프라이머 (5'-CTACTCAACATTGACATTAATCACATC-3'; 서열번호 4)로 PCR 증폭 후, 상기 생성된 PCR 산물을 pET28a 벡터로 PCR 클로닝하여 His-tag의 C-말단 융합이 되는지 DNA 시퀀싱으로 확인하였다. In order to determine the expression of the protein expressed in E. coli, pET28a (Invitrogen) in the E. coli expression vector was used. 5'-Mshsp23.3 primer (5'-ATGGCTTCTTCTGTTGCAGTC-3 '; SEQ ID NO: 3) and 3'-Mshsp23.3 primer (5'-CTACTCAACATTGACATTAATCACATC-3) using the Mshsp23.3 gene cDNA isolated in Example 1 After PCR amplification with SEQ ID NO: 4), the generated PCR product was PCR cloned into the pET28a vector to confirm whether the C-terminal fusion of His-tag was performed by DNA sequencing.

알팔파의 Mshsp23.3 유전자를 대장균에서 발현시키기 위하여, 전이벡터인 pET28a-Mshsp23.3을 대장균 BL21 (DE3) pLysS 세포에 온도충격(42℃)으로 삽입하였다. 삽입된 대장균 세포를 암피실린(Duchafa) 75 ㎍/mL이 들어 있는 LB (Luria-Bertani) 액체 배지에서 1시간 동안 배양한 후, LB-Amp 고체 배지에 도말하여 37℃에서 16시간 이상 배양하였다. 배양 결과 확보된 균을 LB-Amp 50 mL 액체 배지에서 OD 0.6 (1.0 × 106 cell)까지 배양 후, 1 mM IPTG를 첨가하지 않은 그룹 및 첨가한 그룹으로 구분하여 28℃에서 3시간 동안 배양하였다. 배양 후, 3,000 rpm에서 5분 동안 원심 분리하여 세포를 모은 후, 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) 완충용액을 1.7 mL 넣고 세포 파쇄기를 이용하여 세포를 파괴하였다. 그 후 5,000 rpm에서 5분 동안 원심분리 하였다. 원심분리 후, 상등액을 분리하여 다시 12,000 rpm에서 10분 동안 원심분리 후 수용성 단백질을 분리하여 12% SDS-단백질 전기영동(Laemmli, Nature, vol 227, p680-685, 1970)을 수행하여 재조합 융합 His-Mshsp23.3 단백질 발현을 분석하였다(도 4). To express the alfalfa Mshsp23.3 gene in Escherichia coli, the transfer vector pET28a-Mshsp23.3 was inserted into E. coli BL21 (DE3) pLysS cells at a temperature shock (42 ° C). Inserted Escherichia coli cells were incubated for 1 hour in LB (Luria-Bertani) liquid medium containing 75 μg / mL of Duchafa, and then plated in LB-Amp solid medium for at least 16 hours at 37 ° C. The cultured cells were cultured to OD 0.6 (1.0 × 10 6 cells) in LB-Amp 50 mL liquid medium, and then divided into groups without addition of 1 mM IPTG and groups added thereto, and then cultured at 28 ° C. for 3 hours. . After incubation, the cells were collected by centrifugation at 3,000 rpm for 5 minutes, and then 1.7 mL of 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) buffer was added and the cells were disrupted by using a cell crusher. It was then centrifuged at 5,000 rpm for 5 minutes. After centrifugation, the supernatant was separated and again centrifuged at 12,000 rpm for 10 minutes, and the water-soluble protein was isolated to perform 12% SDS-protein electrophoresis (Laemmli, Nature, vol 227, p680-685, 1970) to perform recombinant fusion His Mshsp23.3 protein expression was analyzed (FIG. 4).

상기 모든 결과로써, His-tag 융합 단백질 발현체계를 통하여 대장균에서 His-Mshsp23.3 단백질이 효율적으로 유도되어 차후 비생물적 저항성 조사를 진행할 수 있었다.
As a result of all the above, His-Mshsp23.3 protein was efficiently induced in Escherichia coli through the His-tag fusion protein expression system, and abiotic resistance investigation could be performed later.

실시예Example 4:  4: Mshsp23Mshsp23 .3 단백질의 고온 저항성 조사.3 High Temperature Resistance Investigation of Proteins

알팔파 유래 Mshsp23.3 단백질의 고온 저항성을 측정하기 위하여, Yeh 등(2002)에 의한 방법과 같이 벡터가 삽입된 대장균과 Mshsp23.3 단백질을 발현하는 대장균을 LB-Amp 75 mL 액체 배지에서 OD 0.6 까지 배양 후, 1 mM IPTG를 넣어 28℃에서 2시간 동안 배양하였다. IPTG에 의해 유도된 각각의 대장균을 55℃에서 0, 5, 10, 15, 30, 45 및 60분 동안 처리하여, 대장균의 생존율을 분석하였다 (도 5).In order to measure the high temperature resistance of alfalfa-derived Mshsp23.3 protein, E. coli with the vector inserted and E. coli expressing Mshsp23.3 protein were added to OD 0.6 in LB-Amp 75 mL liquid medium as in the method of Yeh et al. (2002). After incubation, 1 mM IPTG was added and incubated at 28 ° C. for 2 hours. Each E. coli induced by IPTG was treated at 55 ° C. for 0, 5, 10, 15, 30, 45 and 60 minutes to analyze the viability of E. coli (FIG. 5).

분석 결과 고온 스트레스를 10분 동안 처리한 그룹에서 벡터 대장균 및 Mshsp23.3이 도입된 대장균은 각각 43% 및 78%의 생존율을 나타내었다. 고온 스트레스를 30분 동안 처리한 그룹에서 벡터 대장균 및 Mshsp23.3이 도입된 대장균은 각각 19% 및 39%의 생존율을 나타내었다. 또한, 고온 스트레스를 60분 동안 처리한 그룹에서 벡터 대장균 및 Mshsp23.3이 도입된 대장균은 각각 1% 및 18%의 생존율을 나타내었다. 따라서, His-Mshsp23.3 이 발현되는 대장균이 훨씬 높은 생존율을 보이는 것으로 밝혀졌다. 이 결과로부터 Mshsp23.3 단백질 발현이 고온 스트레스에 대한 대장균의 저항성을 증진시킨다는 것을 알 수 있었다.
As a result, E. coli and Mshsp23.3-incorporated Escherichia coli showed survival rates of 43% and 78%, respectively. In the group treated with high temperature stress for 30 minutes, E. coli and Vector E. coli introduced with Mshsp23.3 showed survival rates of 19% and 39%, respectively. In addition, E. coli introduced with vector Escherichia coli and Mshsp23.3 showed 1% and 18% survival, respectively, in the group treated with high temperature stress for 60 minutes. Therefore, E. coli expressing His-Mshsp23.3 was found to have a much higher survival rate. These results indicate that Mshsp23.3 protein expression enhances the resistance of E. coli to high temperature stress.

실시예Example 5:  5: Mshsp23Mshsp23 .3 단백질의 염 및 비소 저항성 조사.3 investigation of salt and arsenic resistance of proteins

알팔파 유래 Mshsp23.3 단백질의 염 및 비소 저항성을 측정하기 위하여, IPTG에 의해 유도된 각각의 벡터 대장균 및 Mshsp23.3 단백질을 발현하는 대장균에 염을 1, 3, 5 및 7 mM 농도로 첨가하여 30분 동안 처리한 후, 대장균의 생존율을 분석하였다(도 6). 또한 동일한 방법으로 비소를 0.01, 0.1, 1, 5 및 10mM 농도로 첨가하여 30분 동안 처리한 후, 대장균의 생존율을 분석하였다(도 7). 그 결과, 염 및 비소 첨가에 의한 생존률의 감소는 벡터 대장균보다 Mshsp23.3 발현하는 대장균에서 현저히 두드러지는 것을 알 수 있었다. 따라서, Mshsp23.3 단백질 발현이 염 및 비소 스트레스에 대한 대장균의 스트레스 저항성을 증진시키는 것을 알 수 있었다.
To determine the salt and arsenic resistance of alfalfa-derived Mshsp23.3 protein, a salt was added to each of the vector Escherichia coli and the E. coli expressing Mshsp23.3 protein at IPTG-induced concentrations of 1, 3, 5, and 7 mM. After treatment for minutes, the survival rate of Escherichia coli was analyzed (FIG. 6). In addition, arsenic was added in 0.01, 0.1, 1, 5, and 10 mM concentrations in the same manner, and then treated for 30 minutes to analyze the survival rate of E. coli (FIG. 7). As a result, it was found that the reduction of survival rate by the addition of salt and arsenic was more prominent in E. coli expressing Mshsp23.3 than in E. coli. Thus, it was found that Mshsp23.3 protein expression enhances the stress resistance of E. coli against salt and arsenic stress.

실시예Example 6:  6: Mshsp23Mshsp23 .3 단백질의 발현에 따른 고온, 염 및 비소 스트레스에 대한 담배 식물체의 저항성 조사.3 Investigation of Tolerance of Tobacco Plants to High Temperature, Salt and Arsenic Stress by Protein Expression

적용된 형질전환 기술은 [Dane K. Fisher and Mark J. Guiltinan. "Plant Molecular Biology Reporter" pp. 278-289, 1995] 에 기재된 아그로박테리움 유전자 전달 시스템에 기초한다. 본 발명의 실시예에서, 본 발명자들은 CaMV 35S 프로모터의 조절 하에서 식물 형질전환 벡터 pCAMBIA1300-Mshsp23.3 시스템을 사용하였다(도 8). The transformation techniques applied are described in Dane K. Fisher and Mark J. Guiltinan. "Plant Molecular Biology Reporter" pp. 278-289, 1995, which is based on the Agrobacterium gene delivery system. In an embodiment of the present invention, we used the plant transformation vector pCAMBIA1300-Mshsp23.3 system under the control of the CaMV 35S promoter (FIG. 8).

Mshsp23 .3 유전자를 이용하여 형질전환된 담배 식물체(Tg-1, Tg-2)의 고온, 염 및 비소에 대한 내성을 분석하기 위하여, 고온(52℃)에서 30분 처리한 MS 배지 및, 250 mM NaCl 또는 300μM 비소가 각각 첨가된 MS 배지에서 상기 형질전환된 담배 식물체를 3주 동안 배양하였다. 배양 후, 상기 담배 식물체의 생장을 조사하였다. 고온 처리 후, 비형질전환(NT) 식물체는 모두 고사하였으나 Mshsp23.3 식물체는 비형질전환(NT) 식물체에 비해 강한 내성을 보였다. 또한 염 또는 비소를 처리한 배지에서 비형질전환(NT) 식물체의 생장은 크게 억제되었으나 Mshsp23.3 식물체는 약간 억제되었으며, 각 라인간에도 차이를 나타내었다(도 9). 이 결과로부터 Mshsp23.3 단백질의 발현이 고온, 염 및 비소 스트레스에 대한 담배 식물체의 저항성을 증진시킨다는 것을 알 수 있었다.
MS medium treated at high temperature (52 ° C.) for 30 minutes to analyze resistance to high temperature, salt and arsenic of transformed tobacco plants (Tg-1, Tg-2) using Mshsp23 .3 gene, 250 The transformed tobacco plants were incubated for 3 weeks in MS medium supplemented with mM NaCl or 300 μM arsenic, respectively. After incubation, the growth of the tobacco plants was examined. After high temperature treatment, all non-transformed (NT) plants were killed, but Mshsp23.3 plants showed stronger resistance than non-transformed (NT) plants. In addition, growth of non-transformed (NT) plants in the salt or arsenic-treated medium was significantly inhibited, but Mshsp23.3 plants were slightly inhibited, showing differences between lines (FIG. 9). These results show that the expression of Mshsp23.3 protein enhances the resistance of tobacco plants to high temperature, salt and arsenic stress.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시는 본원 발명의 특허청구범위 내에 있는 것이다.In the above described and illustrated with respect to the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the above specific embodiment, those skilled in the art various modifications without departing from the gist of the present invention It will be understood that such modifications are within the scope of the claims of the present invention.

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Claims (11)

서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진, 알팔파(Medicago sativa) 유래의 비생물학적 스트레스 내성 관련 Mshsp23.3 (Medicago sativa Heat shock protein23.3) 단백질. Medicago , consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sativa ) -related abiotic stress tolerance Mshsp23.3 ( Medicago sativa Heat shock protein23.3) protein. 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자.A gene encoding the protein of claim 1. 제2항에 있어서, 상기 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 유전자.3. The gene according to claim 2, wherein the gene consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 제2항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector comprising the gene of claim 2. 제4항의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포.A host cell transformed with the recombinant vector of claim 4. 제4항의 재조합 벡터를 담배 식물세포에 형질전환시켜 Mshsp23.3 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 담배 식물의 고온, 염, 또는 중금속 스트레스 내성을 증진시키는 방법.The method of claim 4, wherein the recombinant vector of claim 4 is transformed into tobacco plant cells, thereby over-expressing the Mshsp23.3 gene. 삭제delete 제6항의 방법에 의해 제조된 고온, 염, 또는 중금속 스트레스 내성이 증진된 형질전환 담배 식물체.A transgenic tobacco plant with enhanced high temperature, salt, or heavy metal stress resistance prepared by the method of claim 6. 제8항에 따른 식물체의 종자. Seeds of plants according to claim 8. 제4항의 재조합 벡터로 담배 식물세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 담배 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 고온, 염, 또는 중금속 스트레스 내성 형질전환 담배 식물체의 제조 방법.
Transforming tobacco plant cells with the recombinant vector of claim 4; And
A method for producing a high temperature, salt, or heavy metal stress resistant transformed tobacco plant comprising the step of regenerating a plant from the transformed tobacco plant cells.
삭제delete
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