KR101202615B1 - Method of controlling plant root hair growth by expression of auxin transporters and the plants thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 옥신수송체 발현을 통한 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법 및 그에 따른 식물체에 관한 것으로, 더욱 상세하게 본 발명은 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래의, 서열번호 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터, 상기 벡터를 식물체에 도입하는 단계를 포함하는 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 뿌리털 신장이 조절된 식물체 및 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래의 서열번호 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는, 뿌리털 신장을 조절하기 위한 조성물을 제공한다.The present invention relates to a method for regulating root hair growth of plants through auxin transporter expression and to plants according to the present invention, and more particularly, to the Arabidopsis thaliana ), a recombinant plant expression vector comprising a gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 7, a method for regulating root hair extension of a plant comprising introducing the vector into the plant, the the kidneys adjust the root hair produced by the method and the plant Arabidopsis (Arabidopsis It provides a composition for regulating root hair extension, comprising a gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 7 derived from thaliana ).

Description

옥신수송체 발현을 통한 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법 및 그에 따른 식물체{Method of controlling plant root hair growth by expression of auxin transporters and the plants thereof}Methods of controlling plant root hair growth by expression of auxin transporter and plant according to the method

본 발명은 옥신수송체 발현을 통한 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법 및 그에 따른 식물체에 관한 것으로, 본 발명에서 분리된 PINs 유전자 및 상기 유전자로부터 발현되는 단백질은 식물체의 뿌리털 신장과 관련된 형질의 개선 및 타 식물체에서 뿌리털의 신장을 조절하는 유전자의 탐색 등에 유용하게 이용될 수 있고, 또한, 본 발명의 유전자를 이용하여 식물체의 뿌리털 신장이 조절된 식물체를 창출할 수 있는 내용에 관한 것이다.The present invention relates to a method for regulating root hair growth of a plant through auxin transporter expression and to a plant according to the present invention, wherein the isolated PINs gene and the protein expressed from the gene are used to improve traits related to root hair growth of plants and The present invention may be usefully used for searching for a gene for regulating the growth of root hairs in another plant, and also relates to a content for generating a plant in which the root hair extension of the plant is controlled using the gene of the present invention.

옥신(auxin)이란 식물세포의 신장을 촉진하는 식물 호르몬의 일종으로, 자연으로 가장 널리 분포하는 3-인돌릴 아세트산 및 이것과 똑같은 작용을 보이는 물질을 옥신이라 총칭한다. 합성 옥신에도 여러 가지 종류의 것이 있는데, 2,4-디클로로페녹시아세트산(2.4-D라 약칭)은 대표적인 것이다. 옥신은 세포벽을 느슨하게 만들어 그에 의하여 세포가 흡수 성장한다. 그 밖에 옥신은 세포막의 투과성을 높이고, 세포분열, 부정근형성, 화아형성 등을 촉진하고, 측아(側芽) 성장을 억제한다. 제초, 낙화방지, 휴면-저장의 조절 등에 합성 옥신이 쓰이고 있다. 세포의 신장생장에서의 옥신은 줄기와 자엽초의 신장생장을 일으킨다. 신장효과를 보이는 옥신의 최적 농도는 10-5에서 10-6M인데 이보다 더 높은 농도에서는 신장생장이 저해된다. 이것은 높은 농도의 옥신이 세포신장을 저해하는 에틸렌의 합성을 촉진하기 때문이다. 뿌리의 세포들도 역시 낮은 농도의 옥신(10-10~10-9M)에 반응하여 신장이 일어난다. 그러나 옥신의 농도가 1μM보다 높을 때는 오히려 신장이 억제된다. Auxin is a type of plant hormone that promotes the growth of plant cells. The most widely distributed 3-indolyl acetic acid in nature and a substance exhibiting the same action are called auxin. There are several types of synthetic auxins, for example 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (abbreviated 2.4-D). Auxins loosen the cell wall, whereby cells grow uptake. In addition, auxin enhances the permeability of cell membranes, promotes cell division, adventitious muscle formation, germ formation, and inhibits lateral growth. Synthetic auxins are used to control weeding, fall prevention, and dormancy-storage. Auxins in the renal growth of cells cause renal growth of stem and cotyledon. Optimal concentrations of auxin that have a renal effect are 10 -5 to 10 -6 M. At higher concentrations, renal growth is inhibited. This is because high concentrations of auxin promote the synthesis of ethylene, which inhibits cell growth. The cells of the root elongation also occurs in response to auxin (10 -10 ~ 10 -9 M) in the low concentration. However, when the concentration of auxin is higher than 1 μM elongation is rather suppressed.

뿌리털 연구의 기초과학 응용 목적 중 하나는 뿌리털의 생리와 형태발생을 이용하여 호르몬 작용, 특히, 옥신 수송의 조절 메커니즘을 규명하는 것이다. 옥신은 세포와 세포 사이를 극성을 갖고 이동한다. 줄기에서 옥신은 줄기 끝에서 밑으로, 뿌리에서는 뿌리 위쪽으로 뿌리 끝으로 도관 조직을 따라 이동하며 다시 뿌리 끝에서 뿌리 위쪽으로 표피세포를 따라 이동한다. 이러한 옥신의 극성수송은 정단 우성, 관다발 발달, 굴성, 배발생 동안의 패턴 형성 등 식물의 가장 기본적인 발달에 영향을 준다. 옥신의 극성 수송은 옥신 수송체 단백질들이 원형질막에 비대칭적으로 분포하기 때문에 일어나는 것으로 추측된다.One of the basic scientific applications of root hair research is to use the physiology and morphogenesis of root hairs to identify the mechanisms that regulate hormone action, especially auxin transport. Auxins move in polarity between cells. In the stem, auxin travels along the conduit tissue from the end of the stem to the root, from the root to the root, and again along the epidermis from the root to the root. This polar transport of auxin affects the most basic development of plants such as apical dominance, vascular bundle development, flexion, pattern formation during embryonic development. Polar transport of auxins is thought to occur because auxin transporter proteins are distributed asymmetrically in the plasma membrane.

한편, 애기장대 PINs의 옥신 방출 활성은 다음과 같은 애기장대 및 이형접합체 시스템으로 설명되었다(Petrasek et al., 2006 Science 312: 914-918); 애기장대 세포에서 PIN1 및 PIN5, 담배 Bright Yellow (BY)-2 세포에서 PIN2, PIN3, PIN4, PIN6 및 PIN7, 효모 세포에서 PIN1, PIN2, PIN5 및 PIN7, 그리고 HeLa 세포에서 PIN1, PIN2 및 PIN7. 8개의 애기장대 PIN 멤버 중에서 PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN6 및 PIN7은 긴 중앙의 루프(이후 '긴 루프'의 PIN으로 명명)가 있는 점에서 비슷한 분자 구조를 갖는데, 이들은 세포 수준에서 옥신 방출을 촉진하는 것으로 보인다. 반면에 PIN5 및 PIN8은 매우 짧은 추정의 중앙의 루프(이후 '짧은 루프'의 PIN으로 명명)를 갖는다. 비록 PIN5가 최근에 ER(endoplasmic reticulum)에 존재하는 것으로 보고되었고, ER 루멘으로 옥신 대사산물을 수송하는 것으로 제안되어 왔다고 하더라도, 세포내 옥신 수송 활성과 관련된 PIN5의 세포 기능은 아직 밝혀지지 않았고, PIN8의 옥신 수송 활성도 아직 밝혀지지 않았다. On the other hand, the auxin releasing activity of Arabidopsis PINs has been described by the Arabidopsis and heterozygote systems as follows (Petrasek et al., 2006 Science 312: 914-918); PIN1 and PIN5 in Arabidopsis cells, PIN2, PIN3, PIN4, PIN6 and PIN7 in tobacco Bright Yellow (BY) -2 cells, PIN1, PIN2, PIN5 and PIN7 in yeast cells, and PIN1, PIN2 and PIN7 in HeLa cells. Of the eight Arabidopsis PIN members, PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN6 and PIN7 have a similar molecular structure in that they have a long central loop (hereinafter referred to as the 'long loop' PIN), which release auxin at the cellular level. Seems to promote. PIN5 and PIN8, on the other hand, have a central loop of very short estimates (hereinafter named 'short loop' PIN). Although PIN5 has recently been reported to be present in the endoplasmic reticulum (ER) and has been proposed to transport auxin metabolites to the ER lumen, the cellular function of PIN5 related to intracellular auxin transport activity has not yet been identified, PIN8 The auxin transport activity of is not yet known.

같은 수송 방향(옥신 방출) 및 같은 분자 구조에도 불구하고, 긴 루프의 PINs은 그들의 중앙의 루프에서 뿐만 아니라 막관통 영역의 확실한 잔기에서도 서열 차이(sequence divergence)을 나타낸다. 긴 루프의 PINs의 이러한 구조적 차이는 다른 옥신 수송 활성의 표시일 수도 있는데, 아직 정량적으로 비교된 적은 없다.Despite the same transport direction (oxine release) and the same molecular structure, the long loops of PINs show sequence divergence not only in their central loop but also in certain residues of the transmembrane region. This structural difference in long loop PINs may be an indication of other auxin transport activity, which has not yet been quantitatively compared.

본 발명에서는 애기장대에서 옥신 수송에 관여하는 다섯개의 긴 루프의 PINs(PIN1, PIN2, PIN3, PIN4 및 PIN7)와 두개의 짧은 루프의 PINs(PIN5 및 PIN8)를 뿌리털에서 과발현시켜 각각 다른 옥신 방출 활성을 갖는 것을 확인하였고, 이를 통하여 PINs의 발현을 조절함으로서 식물의 뿌리털 신장의 조절이 가능함을 알게 되었다. 한편, 이에 대하여 이미 알려진 바는 전혀 없다.In the present invention, five long loops of PINs (PIN1, PIN2, PIN3, PIN4 and PIN7) and two short loops of PINs (PIN5 and PIN8) that are involved in auxin transport in the Arabidopsis are overexpressed at the root hairs, respectively, to give different auxin release activity. It was confirmed that having, through which it was found that by controlling the expression of PINs it is possible to control the root hair extension of the plant. On the other hand, nothing is already known about this.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 뿌리에서 옥신 수송에 관여하는 PINs(PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7 및 PIN8) 유전자를 뿌리털에서 과발현시켜 옥신 수송 활성 및 세포 역학을 조사한 결과, PINox(PIN 유전자 과발현체)는 각각 다른 옥신 방출 활성을 갖는 것을 확인할 수 있었고, 이를 통하여 식물의 뿌리털 신장의 조절을 가능하게 함으로서 본 발명을 완성하였다.The present invention has been made in accordance with the above requirements, in the present invention, by overexpressing the PINs (PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7, and PIN8) genes involved in the auxin transport in the roots, the auxin transport activity and cells As a result of the epidemiological investigation, it was confirmed that PINox (PIN gene overexpression) each has a different auxin releasing activity, thereby completing the present invention by enabling the regulation of plant root hair extension.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래의, 서열번호 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention Arabidopsis Provided is a recombinant plant expression vector comprising a gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 7, from thaliana .

또한, 본 발명은 상기 벡터를 식물체에 도입하는 단계를 포함하는 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of controlling the root hair extension of a plant comprising the step of introducing the vector into the plant.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 뿌리털 신장이 조절된 식물체를 제공한다.In addition, the present invention provides a plant with controlled root hair extension produced by the above method.

또한, 본 발명은 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래의 서열번호 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는, 식물체의 뿌리털 신장을 조절하기 위한 조성물을 제공한다.In addition, the present invention Arabidopsis Arabidopsis It provides a composition for regulating root hair growth of a plant, comprising a gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 7 derived from thaliana .

본 발명에서 분리된 PINs 유전자 및 상기 유전자로부터 발현되는 단백질은 식물체의 뿌리털 신장과 관련된 형질의 개선 및 타 식물체에서 뿌리털의 신장을 조절하는 유전자의 탐색 등에 유용하게 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 유전자를 이용하여 식물체의 뿌리털 신장이 조절된 식물체를 창출할 수 있다. The PINs gene isolated from the present invention and the protein expressed from the genes can be usefully used for the improvement of traits related to the root hair extension of plants and the search for genes for regulating the growth of root hairs in other plants. In addition, by using the gene of the present invention it is possible to create a plant in which the root hair extension of the plant is controlled.

도 1은 애기장대 뿌리털에서 PINs의 다른 활성을 나타낸다. (A)는 중앙의 친수성 루프 사이즈가 다른 두개의 독특한 PIN 그룹이다. 위의 숫자는 각 N- 및 C-말단 영역의 막관통 헬릭스의 수를 나타내고, 아래의 숫자는 중앙의 친수성 영역의 아미노산 잔기의 수를 나타낸다. (B)는 대조구(Cont; Col-0) 및 뿌리털 특이적 PIN-과발현 식물체(PINox; ProE7 : PIN - GFP 또는 ProE7 : PIN [-])의 대표적인 뿌리 이미지를 나타낸다(바=100㎛) (C)는 대조구 및 PINox 식물체의 뿌리털 길이이다. 6 ~ 12개의 독립적인 형질전환 식물체(평균=8.3), 그리고 구조체마다 42-243 뿌리(평균=86.8) 및 336-2187 뿌리털(평균=727.8)이 뿌리털 길이의 측정을 위해 관찰하였다. 데이터는 평균±표준편차이다. PIN5ox 형질전환체의 뿌리털 길이는 대조구보다 현저하게 더 길었다(PIN5ox을 위해 P=0.016; PIN5-GFP1ox 및 PIN5-GFP2ox을 위해 P<0.0001).
도 2는 뿌리 및 뿌리털 표피세포의 신장에서 PINs의 뿌리털 세포 특이적 발현의 효과를 나타낸다. (A)는 4일된 대조구(Cont; Col-0) 및 PINox (ProE7 : PIN -GFP) 식물체의 유묘이다. Bar=0.5 cm. (B)는 PINox 식물체에서 뿌리털 표피 세포 길이를 나타내었다. 같은 뿌리털 세포 파일에서 두개의 연이은 뿌리털 사이의 길이는 대조구 및 PINox 식물체의 뿌리털 세포 길이로 측정되었다. 각각의 형질전환체를 위한 5개의 독립적인 형질전환 식물체가 분석되었다. 데이터는 평균±표준편차를 나타낸다(n=350-500).
도 3은 PINox BY-2 담배 세포에서 [3H]NAA의 상대적 보유이다. PIN5ox (ProTA:PIN5-GFP1, [A]) 및 PIN8ox (ProTA : PIN8 - GFP, [B])에 의한 [3H]NAA의 상대적인 축적이다. 24 시간 동안 0.01 mM Dex에 의해 유도된 트랜스진의 발현을 유도하였다. 데이터는 8개의 반복으로부터 평균±표준편차를 나타낸다.
도 4는 IAA가 PINox 형질전환체의 뿌리털 신장을 회복하는 것을 보여주는 그림이다. (A)는 대조구(Cont; Col-0) 및 뿌리털 특이적 PIN 과발현체(PINox; ProE7:PIN-GFP)의 대표적인 뿌리의 이미지이다. 유묘는 50 nM IAA를 1일 동안 처리하였다(Bar=100㎛). (B)는 대조구 및 PINox 식물체의 뿌리털 길이를 나타내었다. 두개의 독립적인 동형접합성 형질전환체가 분석되었다. 데이터는 평균±표준편차(n=56-112, 평균=103)를 나타낸다.
1 shows the different activities of PINs in Arabidopsis root hairs. (A) is two unique PIN groups with different central hydrophilic loop sizes. The numbers above indicate the number of transmembrane helixes in each of the N- and C-terminal regions, and the numbers below show the number of amino acid residues in the central hydrophilic region. (B) shows representative root images of control (Cont; Col-0) and root hair specific PIN - overexpressing plants (PINox; ProE7 : PIN - GFP or ProE7 : PIN [-]) (bar = 100 μm) (C ) Is the root hair length of the control and PINox plants. Six to twelve independent transgenic plants (mean = 8.3), and 42-243 roots (mean = 86.8) and 336-2187 root hairs (mean = 727.8) per construct were observed for determination of root hair length. Data is mean ± standard deviation. Root hair length of the PIN5ox transformants was significantly longer than the control (P = 0.016 for PIN5ox; P <0.0001 for PIN5-GFP1ox and PIN5-GFP2ox).
2 shows the effect of root hair cell specific expression of PINs in the kidneys of root and root hair epidermal cells. (A) is seedlings of 4-day-old control (Cont; Col-0) and PINox ( ProE7 : PIN- GFP ) plants. Bar = 0.5 cm. (B) shows the root hair epidermal cell length in PINox plants. The length between two consecutive root hairs in the same root hair cell file was measured by the root hair cell length of the control and PINox plants. Five independent transgenic plants for each transformant were analyzed. Data represent mean ± standard deviation (n = 350-500).
3 is the relative retention of [ 3 H] NAA in PINox BY-2 tobacco cells. Relative accumulation of [ 3 H] NAA by PIN5ox ( ProTA: PIN5-GFP1 , [A] ) and PIN8ox ( ProTA : PIN8 - GFP , [B] ). Expression of the transgene induced by 0.01 mM Dex was induced for 24 hours. The data shows mean ± standard deviation from 8 replicates.
4 is a diagram showing that IAA restores the root hair extension of the PINox transformant. (A) is an image of representative roots of control (Cont; Col-0) and root hair specific PIN overexpression (PINox; ProE7: PIN-GFP ). Seedlings were treated with 50 nM IAA for 1 day (Bar = 100 μm). (B) shows the root hair length of the control and PINox plants. Two independent homozygous transformants were analyzed. Data represent mean ± standard deviation (n = 56-112, mean = 103).

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래의, 서열번호 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a recombinant plant expression vector comprising a gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 7 derived from Arabidopsis thaliana .

본 발명의 PINs 유전자는 뿌리털에서 옥신 방출 수송의 특징이 있으며, 서열번호 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7의 염기서열은 애기장대 유래의 PIN1 , PIN2 , PIN3 , PIN4, PIN5 , PIN7PIN8 유전자를 각각 나타내는 염기서열이다. 서열번호 1 내지 7의 유전자는 게놈 DNA와 cDNA를 모두 포함한다. 또한, 상기 염기 서열의 변이체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 구체적으로, 상기 유전자는 서열번호 1 내지 7의 염기 서열과 각각 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다. 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 PINs gene of the present invention is characterized by auxin release transport in root hairs, and the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 are derived from Arabidopsis PIN1 , PIN2 , PIN3 , PIN4, PIN5 , PIN7 And PIN8 A nucleotide sequence representing each gene. The genes of SEQ ID NOS: 1 to 7 include both genomic DNA and cDNA. In addition, variants of the above nucleotide sequences are included within the scope of the present invention. Specifically, the gene is a base having sequence homology of at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90%, most preferably at least 95% with each of the base sequences of SEQ ID NOS: 1-7. Sequences may be included. "% Of sequence homology to polynucleotides" is ascertained by comparing the comparison region with two optimally aligned sequences, and a portion of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence for the optimal alignment of the two sequences (I. E., A gap) relative to the &lt; / RTI &gt;

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.

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 이용 가능한 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 형질전환하는 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. 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.

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 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 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 식물 발현 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 plant expression vectors of the present invention, conventional terminators can be used. Examples thereof include nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, Agrobacterium and the terminator of the Octopine gene of Tumefaciens, 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.

또한, 본 발명은 상기 벡터를 식물체에 도입하는 단계를 포함하는 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of controlling the root hair extension of a plant comprising the step of introducing the vector into the plant.

본 발명의 일구현예에 따른 방법에서, PIN1 , PIN2 , PIN3 , PIN4 , PIN7PIN8 유전자에 해당하는 서열번호 1 내지 4, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 식물체에서 과발현시켜 식물체의 뿌리털 신장을 감소시키거나, 또는 PIN5에 해당하는 서열번호 5의 염기서열을 갖는 유전자를 식물체에서 과발현시켜 식물체의 뿌리털 신장을 증가시킬 수도 있다. In a method according to an embodiment of the present invention, the gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1 to 4, SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 corresponding to the PIN1 , PIN2 , PIN3 , PIN4 , PIN7 and PIN8 gene Overexpression in plants to reduce plant root hair extension, or PIN5 The gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 may be overexpressed in the plant to increase the root hair extension of the plant.

본 발명의 일 구현예에 따른 식물체에서 PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7 또는 PIN8 유전자를 과발현시키는 방법으로는 상기 유전자를 포함하고 있는 식물체 또는 상기 유전자를 포함하고 있지 않은 식물체 내로 상기 유전자를 도입함으로써 수행될 수 있다. 상기에서 "유전자의 과발현"이란 야생형 식물에서 발현되는 수준 이상으로 상기 유전자가 발현되도록 하는 것을 의미한다. 식물체 내로 상기 유전자를 도입하는 방법으로는 프로모터의 조절을 받는 상기 유전자가 포함된 발현 벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 방법이 있다. 상기에서 프로모터로는 식물체 내에 삽입 유전자를 과발현시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 프로모터의 예로는 이에 한정되지는 않으나, CaMV의 35S RNA 및 19S RNA 프로모터; 피크워트 모자이크 비루스(FMV)에서 유래한 전장 전사 프로모터 및 TMV의 코트 단백질 프로모터를 들 수 있다. 또한, 단자엽 식물이나 목본식물체에서 PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7 또는 PIN8 유전자를 과발현하기 위해서는 유비퀴틴(ubiquitin) 프로모터를 사용할 수 있다.In a method for overexpressing the PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7 or PIN8 gene in a plant according to an embodiment of the present invention, the gene is included in a plant containing the gene or a plant not containing the gene. By introducing. "Overexpression of the gene" in the above means that the gene is expressed above the level expressed in wild-type plants. As a method of introducing the gene into a plant, there is a method of transforming a plant using an expression vector containing the gene under the control of a promoter. The above promoter is not particularly limited as long as it can overexpress an insertion gene in a plant. Examples of such promoters include, but are not limited to, 35S RNA and 19S RNA promoters of CaMV; Full length transcriptional promoters derived from Peak Water Mosaic Virus (FMV) and Coat protein promoters of TMV. In addition, ubiquitin promoters can be used to overexpress PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7 or PIN8 genes in monocotyledonous plants or woody plants.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 뿌리털 신장이 조절된 식물체를 제공한다. In addition, the present invention provides a plant with controlled root hair extension produced by the above method.

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직배양 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 et al., 1982, Nature 296: 72-74; Negrutiu et al., 1987, Plant Mol. Biol. 8: 363-373), 원형질체의 전기천공법 (Shillito et al., 1985, Bio/Technol. 3: 1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법 (Crossway et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202: 179-185), 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법 (Klein 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 바이너리 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 period of regeneration and / or tissue culture. 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. The method is based on the calcium / polyethylene glycol method for protoplasts (Krens et al., 1982, Nature 296: 72-74; Negrutiu et al., 1987, Plant Mol. Biol. 8: 363-373), electroporation of protoplasts ( Shillito et al., 1985, Bio / Technol. 3: 1099-1102), microway injection into plant elements (Crossway et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202: 179-185), DNA or RNA-coated) particle bombardment (Klein et al., 1987, Nature 327: 70), in agrobacterium tumerfaciens mediated gene transfer (by non-invasion of plants or transformation of mature pollen or vesicles) Integrity) can be appropriately selected from infection by virus (EP 0 301 316) and the like. 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 식물이다."Plant cell" used for transformation of a plant may be any plant cell. Plant cells are cultured cells, cultured tissues, cultured organs or whole plants.

"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, 조직배양 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. Plant tissue is planted in planta ) or in organ culture, tissue culture or cell culture.

본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있는 식물체로는 쌍자엽 식물 또는 단자엽 식물이 될 수 있으며, 바람직하게는 쌍자엽 식물이다. 쌍자엽 식물의 예로는 이에 한정되지는 않으나, 애기장대, 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 및 완두가 있다. 상기 식물체는 바람직하게는 애기장대(Arabidopsis thaliana)이다. Plants to which the method according to the invention can be applied may be dicotyledonous plants or monocotyledonous plants, preferably dicotyledonous plants. Examples of dicotyledonous plants include, but are not limited to, baby pole, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, garland chrysanthemum, lettuce, bellflower, spinach, beetroot, sweet potato, celery, carrot, buttercup, parsley, cabbage, cabbage, mustard, There are watermelons, melons, cucumber pumpkins, gourds, strawberries, soybeans, green beans, kidney beans, and peas. The plants are preferably Arabidopsis thaliana ).

본 발명은 또한, 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래의 서열번호 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는, 식물체의 뿌리털 신장을 조절하기 위한 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물에서, 서열번호 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7의 염기서열은 애기장대 유래의 PIN1 , PIN2 , PIN3 , PIN4 , PIN5 , PIN7PIN8 유전자를 각각 나타내는 염기서열이다. 본 발명의 조성물에서, 상기 PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7 또는 PIN8 유전자는 유전자 서열에서 특정 염기서열의 삽입, 치환, 결실된 것을 포함할 수 있다.
The present invention also provides a composition for controlling root hair growth of a plant, comprising a gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 7 derived from Arabidopsis thaliana . In the compositions of the present invention, the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 are derived from Arabidopsis PIN1 , PIN2 , PIN3 , PIN4 , PIN5 , PIN7 and PIN8 A nucleotide sequence representing each gene. In the composition of the present invention, the PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN7 or PIN8 gene may include the insertion, substitution, deletion of a specific base sequence in the gene sequence.

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.

재료 및 방법Materials and methods

1. 식물 및 성장 조건1. Plant and growing conditions

본 발명에서 야생형 식물체로서 콜럼비아 생태형인 애기장대(Arabidopsis thaliana)를 사용하였다. 모든 종자는 4.3 g/L Murashige and Skoog (MS) 영양 혼합물(Sigma-Aldrich), 1% 수크로스, 0.5 g/L MES (pH 5.7), KOH 및 0.8% 아가로스를 포함하는 아가로스 플레이트에서 배양하였다. 모든 종자는 3일 동안 4℃에서 시원하게 처리하였고, 23℃에서 16h-명/8h-암인 광주기에서 발아시켰다. 하이그로마이신을 포함하는 플레이트에서 형질전환 식물체를 선별하였다(10 mg/mL). 모든 약리학 실험을 위해, 3일된 동형접합성 형질전환체의 유묘를 새 플레이트에 옮겼고, 추가적으로 키웠고, 그 후 뿌리털이 관찰되었다.
Columbia wild type Arabidopsis thaliana was used as a wild type plant in the present invention. All seeds were cultured in agarose plates containing 4.3 g / L Murashige and Skoog (MS) nutrient mixture (Sigma-Aldrich), 1% sucrose, 0.5 g / L MES (pH 5.7), KOH and 0.8% agarose. It was. All seeds were treated cool at 4 ° C. for 3 days and germinated in photoperiod at 23 ° C., 16h-light / 8h-cancer. Transgenic plants were selected (10 mg / mL) on plates containing hygromycin. For all pharmacological experiments, seedlings of 3 day old homozygous transformants were transferred to new plates, further grown, and root hairs were then observed.

2. 트랜스진 구조체(2. Transgene Structure TransgeneTransgene ConstructsConstructs ))

애기장대 EXPA7 프로모터 ProE7은 모든 PIN 트랜스진들을 클로닝하는데 사용되었다(Cho H.-T, Cosgrove DJ, 2002 Plant Cell 14: 3237-3253). 바이너리 벡터 pCAMBIA1300-NOS은 클로닝 벡터로 사용되었다. ProE7 : PIN3 - GFP, ProE7 : YFP, ProE7:GFP, ProE7 : AUX1 - YFPProE7 : PGP4 - YFP는 앞서 기술하였다(Lee SH, Cho H-T, 2006 Plant Cell 18: 1604-1616). ProE7:PIN1 - GFP, ProE7:PIN2 - GFP, ProE7:PIN4-GFPProE7:PIN7 - GFP 구조체는 바이너리 벡터 pCAMBIA1300 - NOS (Hyg+)에서 ProPIN1:PIN1 - GFP (Benkovaet al., 2003 Cell 115: 591-602), ProPIN2:PIN2-GFP (Xu J, Scheres B, 2006 Genes Dev 20: 922-926), ProPIN4:PIN4 -GFP (Vieten et al., 2005 Development 132: 4521-4531) 및 ProPIN7:PIN7 - GFP (Blilou et al., 2005 Nature 433: 39-44)로부터 PIN-GFP 코딩 영역에 ProE7 프로모터에 연결함으로써 제조하였다. ProE7 : PIN2 - GFP은 Cho et al (Cho et al., 2007a Plant Cell 19: 3930-3943)에서 기술하였고, ProE7 : PIN4 - GFP은 같은 벡터에서 게놈 PIN4 절편에서 PIN2 영역을 대체하여 제조하였다. ProE7 : PIN1 - GFP을 위해, PIN1 - GFP 절편은 다음의 프라이머 세트를 이용하여 ProPIN1:PIN1-GFP 형질전환체로부터 게놈 DNA의 PCR에 의해 제조하였다. PIN1 - GFP의 첫번째 절편을 위해 5'-TCTCCGTCGACCAAAAGATGATTACGGC-3' (SalI 자리를 포함: 서열번호 8) 및 5'-TCACGGGATCCATGATGTATAGTTCATCC-3' (BamHI 자리 포함: 서열번호 9)을 이용하였고, PIN1-GFP의 두번째 절편을 위해, 5'-CATTATCAACAAAATACTCCAATTGGCG-3'(BamHI 자리 포함: 서열번호 10) 및 5'-TTTCAGAGCTCATCATCCCACAAAAGAA-3' (SacI 자리 포함: 서열번호 11)을 이용하였고, GFP 영역을 위해, 5'-TCGCCCCCGGGGTGAGCAAGGGCG -3'(XmaI 자리 포함: 서열번호 12) 및 5'-CGGCCCCCGGGCTTGTACAGCTCGTCC-3'(XmaI 자리 포함: 서열번호 13)을 이용하였다. ProE7 : PIN7 - GFP은 다음을 프라이머 세트를 이용하여 ProPIN7:PIN7 - GFP로부터 게놈 DNA의 PCR을 이용하여 유사하게 제조하였다. PIN7 - GFP의 첫번째 절편을 위해 5'-ACTTTGTCGACTCCGGCGAACAACAA-3' (SalI 자리 포함: 서열번호 14) 및 5'-CCGTTGGATCCCCAAACAAACATATG-3' (BamHI 자리 포함: 서열번호 15)을 이용하였고, 두번째 절편을 위해 5'-CATTATCAACAAAATACTCCAATTGGC G-3' (BamHI 자리 포함: 서열번호 16) 및 5'-TCTCTGGTACCTCTTCAGCCAAGCAG-3' (KpnI 자리 포함: 서열번호 17)을 이용하였다. ProE7 : PIN7 - GFP의 세번째 절편은 ProPIN7:PIN7 - GFP로부터 총 GFP 영역과 함께 PIN7의 일부를 BamH1으로 우선 절단하여 클로닝하였고, BamH1으로 절단된 벡터의 PIN7 첫번째 및 두번째 절편 사이에 그것을 삽입시켰다. ProE7 : PIN5 PIN5 코딩 영역(ATG에 대해 -6 ~ +1744)은 다음의 프라이머 세트를 이용하여 애기장대 게놈 DNA의 PCR에 의해 제조하였다. 첫번째 절편을 위해 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3' (XhoI 자리 포함: 서열번호 18) 및 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3' (XbaI 자리 포함: 서열번호 19)을 이용하였다. ProE7:PIN8 PIN8 코딩 영역(ATG에 대해 -6 ~ +1780)은 다음의 프라이머 세트를 이용하여 애기장대 게놈 DNA의 PCR에 의해 제조하였다 : 5'-TACAACTCGAGAAAAACATGA TCTCCTGG-3' (XhoI 자리 포함: 서열번호 20) 및 5'-AACATTCTAGATTCATAGGTCCAATAGAAA-3' (XbaI 자리 포함: 서열번호 21). ProE7 : PIN5 -GFP1 PIN5 코딩 영역은 다음의 프라이머 세트를 이용하여 애기장대 게놈 DNA의 PCR에 의해 제조하였다. 첫번째 절편을 위해 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3' (XhoI 자리 포함: 서열번호 22) 및 5'-AGGAACCCGGGCTCTCCCACAACCAC-3' (XmaI 자리 포함: 서열번호 23)를 이용하였고, 두번째 절편을 위해 5'-TTG TGC CTA GGA AGT CGT TCC TTG AGG TC-3' (AvrII 자리 포함: 서열번호 24) 및 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3' (XbaI 자리 포함: 서열번호 25)을 이용하였다. ProE7 : PIN5 - GFP2 PIN5 코딩 영역은 다음의 프라이머 세트를 이용하여 애기장대 게놈 DNA의 PCR에 의해 제조하였다. 첫번째 절편을 위해 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3' (XhoI 자리 포함: 서열번호 26) 및 5'-TATATCCCGGGGTATTCACTGTTATCTC-3' (XmaI 자리 포함: 서열번호 27) 이용하였고, 두번째 절편을 위해 5'-ACAGTCCTAGGATGCATATATACGCAGG-3' (AvrII 자리 포함: 서열번호 28) 및 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3' (XbaI 자리 포함: 서열번호 29)을 이용하였다. ProE7 : PIN8 - GFP PIN8 코딩 영역은 다음의 프라이머 세트를 이용하여 애기장대 게놈 DNA의 PCR에 의해 제조하였다. 첫번째 절편을 위해 5'-TACAACTCGAGAAAAACATGATCTCCTGG-3' (XhoI 자리 포함: 서열번호 30) 및 5'-GATCTCCCGGGCACTATTGCTACTTCTT-3' (XmaI 자리 포함: 서열번호 31)이용하였고, 두번째 절편을 위해 5'-TAGCACCTAGGAGAACAAGATCTGTTGG-3' (XmaI 자리 포함: 서열번호 32) 및 5'-AACATTCTAGATTCATAGGTCCAATAGAAA-3' (AvrII 자리 포함: 서열번호 33)을 이용하였다. ProE7 : PIN5 - GFP1 , ProE7 : PIN5 - GFP2 ProE7 : PIN8 - GFP에서 GFP 영역을 클로닝하기 위해, GFP 절편은 5'-TCGCCCCCGGGGTGAGCAAGGGCG-3' (XmaI 자리 포함: 서열번호 34) 및 5'-CGGCCCCTAGGCTTGTACAGCTCGTCC-3' (AvrII 자리 포함: 서열번호 35) 프라이머를 이용하여 제조하였다. ProTA : PIN5 - GFP1 ProTA : PIN8 - GFP 구조체를 위해, PIN - GFP 코딩 영역은 ProE7 : PIN - GFP으로부터 다음의 프라이머로 PCR 증폭 후에 변형된 ProTA-7001 벡터 (Aoyama T, Chua NH, 1997 Plant J 11: 606-612)에서 Xho1-Spe1 자리로 삽입시켰다. PIN5 - GFP1을 위해 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3' (XhoI 자리 포함: 서열번호 36) 및 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3' (XbaI 자리 포함: 서열번호 37)을 이용하였고, PIN8 - GFP을 위해 5'-TACAACTCGAGAAAAACATGATCTCCTGG-3' (XhoI 자리 포함: 서열번호 38) 및 5'-AACATTCTAGATTCATAGGTCCAATAGAAA-3' (XbaI 자리 포함: 서열번호 39)을 이용하였다. ProE7 : TIR1 (TIR1ox) 구조체는 ProE7을 포함하는 pCAMBIA1300 - NOS 벡터에서 고안되었다. TIR1의 게놈 절편은 5'-GAGATGTCGACGTTATTTGGCCGCAATG-3' (SalI 자리 포함: 서열번호 40) 및 5'-TCGTTCCCG GGTCTTATAATCCGTTAGTA-3' (XmaI 자리 포함: 서열번호 41) 프라이머로 PCR 하였고, PCR 산물은 벡터의 SalI 및 XmaI 자리로 삽입시켰다. 모든 구조체들은 뉴클레오티드 시퀀싱으로 확인하였다. 구조체들은 애기장대(생태형 콜롬비아) 또는 담배 BY-2 세포로 아그로박테리움 투메파시언스(strain C58C1)-매개 침입 (Bechtold N, Pelletier G, 1998 In JM Martinez-Zapater, J Salinas, eds, Arabidopsis Protocols, Humana, Totowa, NJ, pp. 259-266)에 의해 형질전환시켰다. 애기장대 형질전환체에서 트랜스진의 삽입은 게놈 DNA의 PCR 분석으로 확인하였다.
Arabidopsis EXPA7 promoter ProE7 was used to clone all PIN transgenes (Cho H.-T, Cosgrove DJ, 2002 Plant Cell 14: 3237-3253). Binary vector pCAMBIA1300-NOS was used as the cloning vector. ProE7 : PIN3 - GFP , ProE7 : YFP , ProE7: GFP , ProE7 : AUX1 - YFP and ProE7 : PGP4 - YFP were described above (Lee SH, Cho HT, 2006 Plant Cell 18: 1604-1616). ProE7: PIN1 - GFP, ProE7: PIN2 - GFP, ProE7: PIN4-GFP and ProE7: PIN7 - GFP construct binary vector pCAMBIA1300 - ProPIN1 in NOS (Hyg +): PIN1 - GFP (Benkova et al., 2003 Cell 115: 591-602), ProPIN2 : PIN2-GFP (Xu J, Scheres B, 2006 Genes Dev 20: 922-926), ProPIN4 : PIN4- GFP (Vieten et al., 2005 Development 132 : 4521-4531) and ProPIN7 : PIN7 - GFP (Blilou et al., 2005 Nature 433: 39-44) from the ProE7 to the PIN-GFP coding region. Made by connecting to a promoter. ProE7 : PIN2 - GFP was described in Cho et al (Cho et al., 2007a Plant Cell 19: 3930-3943), and ProE7 : PIN4 - GFP was prepared by replacing the PIN2 region in genomic PIN4 fragment in the same vector. For ProE7 : PIN1 - GFP , PIN1 - GFP fragments were prepared by PCR of genomic DNA from ProPIN1 : PIN1-GFP transformants using the following primer sets. PIN1 - for first segment of GFP 5'-TCTCCGTCGACCAAAAGATGATTACGGC-3 '(including SalI site: SEQ ID NO: 8) and 5'-TCACGGGATCCATGATGTATAGTTCATCC-3' (including BamHI site: SEQ ID NO: 9) were used and for the second segment of PIN1-GFP , 5'- CATTATCAACAAAATACTCCAATTGGCG-3 '(including BamHI site: SEQ ID NO: 10) and 5'-TTTCAGAGCTCATCATCCCACAAAAGAA-3' (including SacI site: SEQ ID NO: 11) were used and for the GFP region, 5'-TCGCCCCCGGGGTGAGCAAGGGCG -3 '(including XmaI site) : SEQ ID NO: 12) and 5'-CGGCCCCCGGGCTTGTACAGCTCGTCC-3 '(including XmaI site: SEQ ID NO: 13) were used. ProE7 : PIN7 - GFP was similarly prepared using PCR of genomic DNA from ProPIN7 : PIN7 - GFP using a primer set. 5'-ACTTTGTCGACTCCGGCGAACAACAA-3 '(including SalI site: SEQ ID NO: 14) and 5'-CCGTTGGATCCCCAAACAAACATATG-3' (including BamHI site: SEQ ID NO: 15) for the first segment of PIN7 - GFP , 5 for the second segment '-CATTATCAACAAAATACTCCAATTGGC G-3' (including BamHI site: SEQ ID NO: 16) and 5'-TCTCTGGTACCTCTTCAGCCAAGCAG-3 '(including KpnI site: SEQ ID NO: 17) were used. ProE7: PIN7 - third of the GFP fragments are ProPIN7: PIN7 - with a total area from GFP GFP was first cloned by cutting a part of the PIN7 with BamH1, BamH1 of PIN7 of the cut vector It was inserted between the first and second sections. ProE7 : PIN5 The PIN5 coding region (-6 to +1744 for ATG) was prepared by PCR of Arabidopsis genomic DNA using the following primer sets. 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3 '(including XhoI site: SEQ ID NO: 18) and 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3' (including XbaI site: SEQ ID NO: 19) were used for the first fragment. ProE7: PIN8 The PIN8 coding region (-6 to +1780 for ATG) was prepared by PCR of Arabidopsis genomic DNA using the following primer sets: 5'-TACAACTCGAGAAAAACATGA TCTCCTGG-3 '(including XhoI site: SEQ ID NO: 20) and 5′-AACATTCTAGATTCATAGGTCCAATAGAAA-3 ′ (including XbaI site: SEQ ID NO: 21). ProE7 : PIN5- GFP1 The PIN5 coding region was prepared by PCR of Arabidopsis genomic DNA using the following primer set. 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3 '(including XhoI site: SEQ ID NO: 22) and 5'-AGGAACCCGGGCTCTCCCACAACCAC-3' (including XmaI site: SEQ ID NO: 23) for the first segment and 5'-TTG TGC for the second segment CTA GGA AGT CGT TCC TTG AGG TC-3 '(including AvrII site: SEQ ID NO: 24) and 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3' (including XbaI site: SEQ ID NO: 25) were used. ProE7 : PIN5 - GFP2 The PIN5 coding region was prepared by PCR of Arabidopsis genomic DNA using the following primer set. 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3 '(including XhoI site: SEQ ID NO: 26) and 5'-TATATCCCGGGGTATTCACTGTTATCTC-3' (including XmaI site: SEQ ID NO: 27) for the first segment and 5'-ACAGTCCTAGGATGCATATATACGCAGG-3 for the second segment (Including AvrII site: SEQ ID NO: 28) and 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3 '(including XbaI site: SEQ ID NO: 29). ProE7 : PIN8 - GFP The PIN8 coding region was prepared by PCR of Arabidopsis genomic DNA using the following primer set. 5'-TACAACTCGAGAAAAACATGATCTCCTGG-3 '(including XhoI site: SEQ ID NO: 30) and 5'-GATCTCCCGGGCACTATTGCTACTTCTT-3' (including XmaI site: SEQ ID NO: 31) for the first segment and 5'-TAGCACCTAGGAGAACAAGATCTGTTGG-3 for the second segment '(Including XmaI site: SEQ ID NO: 32) and 5'-AACATTCTAGATTCATAGGTCCAATAGAAA-3' (including AvrII site: SEQ ID NO: 33). ProE7 : PIN5 - GFP1 , ProE7 : PIN5 - GFP2 And ProE7: PIN8 - To clone the GFP area in GFP, GFP Sections were prepared using primers 5'-TCGCCCCCGGGGTGAGCAAGGGCG-3 '(including XmaI site: SEQ ID NO: 34) and 5'-CGGCCCCTAGGCTTGTACAGCTCGTCC-3' (including AvrII site: SEQ ID 35). ProTA : PIN5 - GFP1 And ProTA : For PIN8 - GFP structures, PIN - GFP The coding region was subjected to PCR amplification with the following primers from ProE7 : PIN - GFP . The modified ProTA-7001 vector (Aoyama T, Chua NH, 1997 Plant J 11: 606-612) was inserted into the Xho1-Spe1 site. PIN5 -for GFP1 5'-ATTTTCTCGAGAAAACCATGATAAATTGTG-3 '(including XhoI site: SEQ ID NO: 36) and 5'-TAAAATCTAGACTTACGCTGTGCTTAGAAC-3' (including XbaI site: SEQ ID NO: 37) were used and for PIN8 - GFP 5'-TACAACTCGAGAAAAACATGATCTCCTGG-3 '(including XhoI site: SEQ ID NO: 38) and 5'-AACATTCTAGATTCATAGGTCCAATAGAAA-3' (including XbaI site: SEQ ID NO: 39) were used. ProE7: TIR1 (TIR1ox) pCAMBIA1300 structure that includes ProE7 - NOS Designed in vector. Genomic sections of TIR1 were PCR with primers 5'-GAGATGTCGACGTTATTTGGCCGCAATG-3 '(including SalI site: SEQ ID NO: 40) and 5'-TCGTTCCCG GGTCTTATAATCCGTTAGTA-3' (XMAI site: SEQ ID 41), and the PCR product was SalI of the vector. And inserted into the XmaI site. All constructs were confirmed by nucleotide sequencing. The constructs were either Agrobacterium tumefaciens (strain C58C1) -mediated invasion (Bchtold N, Pelletier G, 1998 In JM Martinez-Zapater, J Salinas, eds, Arabidopsis Protocols) in Arabidopsis (Ecological Colombia) or tobacco BY-2 cells. , Humana, Totowa, NJ, pp. 259-266). Insertion of the transgene in Arabidopsis transformants was confirmed by PCR analysis of genomic DNA.

3. 뿌리털 및 뿌리털 세포의 길이 측정3. Measurement of Root Hair and Root Hair Cell Length

뿌리털 길이는 Lee and Cho (Lee and Cho, 2008 In AMC Emons, T Ketelaar eds, Root hairs (Plant Cell Monographs Vol 12), Springer, Berlin, pp. 45-64)의 변형된 기술대로 측정하였다. 뿌리털 길이의 측정을 위해, 뿌리의 디지털 사진은 40-50x 배율에서 입체현미경(stereomicroscope, Leica MZ FLIII, Heerbrugg, Switzerland)을 이용하여 찍었다. 뿌리털 성숙 영역(끝부분으로부터 약 0.78 mm)에서 뿌리털의 수를 세었다. 뿌리털 길이를 측정하기 위해, 뿌리의 양쪽 사이드로부터 총 8 ~ 10개의 뿌리털을 위해, 뿌리의 각 사이드로부터 수직으로 돌출한 4 ~ 5의 연이은 뿌리털을 측정하였다. 짧은 뿌리털의 돌출들은 초기 돌출 단계에 정지된 것으로 생각되어 수를 세지 않았다. 뿌리 표피 세포 길이는 뿌리의 긴 축을 따라서 같은 뿌리털 줄에서 두 개의 연이은 뿌리털 또는 돌출들 사이의 거리(gap)를 측정하여 계산되었다. 뿌리마다 15개에서 20개의 세포가 관찰되었다.
Root hair length was measured according to a modified technique of Lee and Cho (Lee and Cho, 2008 In AMC Emons, T Ketelaar eds, Root hairs (Plant Cell Monographs Vol 12), Springer, Berlin, pp. 45-64). For the measurement of root hair length, digital photographs of roots were taken using a stereomicroscope (stereomicroscope, Leica MZ FLIII, Heerbrugg, Switzerland) at 40-50x magnification. Root hairs were counted in the root hair mature zone (approximately 0.78 mm from the tip). To measure root hair length, 4-5 consecutive root hairs protruding vertically from each side of the root were measured for a total of 8-10 root hairs from both sides of the root. Prominences of the short root hairs were not counted because they were thought to be stationary in the initial protruding phase. Root epidermal cell length was calculated by measuring the gap between two consecutive root hairs or protrusions in the same root hair line along the long axis of the root. Fifteen to twenty cells were observed per root.

4. 리포터 유전자 발현 및 현미경 관찰4. Reporter Gene Expression and Microscopy

GFP로부터 형광(녹색) 및 FM4-64 (적색)은 공초점 레이저 주사 현미경 LSM 510 (Carl Zeiss, Gottingen, Germany)을 이용하여 관찰하였다. 녹색 및 적색 형광은 488/505-530 nm 및 587/615 nm 여기/방출 필터 세트를 각각 이용하여 검출하였다. 수송자-리포터(PIN-GFP) 융합 단백질의 위치는 3 또는 4일된 유묘로부터 관찰되었다. BFA 처리 후 PIN-GFP의 세포내 위치의 관찰을 위해, 유묘는 명시된 시간 동안 1/2 강도(half-strength) 액체 MS 배지에서 배양하였다. 대조구 액체 배지는 용매 디메틸설폭시드(dimethylsulfoxide)의 동량을 포함하는데, 이것은 BFA을 녹이는데 사용되었다. 형질전환 담배 BY-2 세포에서 PIN5-GFP1 및 PIN8-GFP의 위치는 10μM Dex로 세포에 처리하고 24시간 후 관찰하였다. 특별히 언급하지 않았다면, 관찰 전에 애기장대 뿌리 및 담배 BY-2 세포는 2시간 동안 BFA(50μM)로 처리하였고, FM4-64 (2μM)를 FM4-64 단독으로 3분 동안 처리하거나 BFA와 함께 15분 동안 처리하였다.
Fluorescence (green) and FM4-64 (red) from GFP were observed using confocal laser scanning microscope LSM 510 (Carl Zeiss, Gottingen, Germany). Green and red fluorescence was detected using 488 / 505-530 nm and 587/615 nm excitation / emission filter sets, respectively. The location of the transporter-reporter (PIN-GFP) fusion protein was observed from 3 or 4 day old seedlings. For observation of the intracellular location of PIN-GFP after BFA treatment, seedlings were incubated in half-strength liquid MS medium for the indicated time. The control liquid medium contained the same amount of solvent dimethylsulfoxide, which was used to dissolve BFA. The locations of PIN5-GFP1 and PIN8-GFP in transgenic tobacco BY-2 cells were observed 24 hours after treatment with 10 μM Dex. Unless otherwise noted, Arabidopsis root and tobacco BY-2 cells were treated with BFA (50 μM) for 2 hours prior to observation and FM4-64 (2 μM) treated with FM4-64 alone for 3 minutes or with BFA for 15 minutes. Treated during.

5. 5. BYBY -2 세포의 배양 및 형질전환 담배 -2 Cell Culture and Transgenic Tobacco

담배 BY-2 세포(Nagata et al., 1992 Int Rev Cytol 13: 1-30)는 23℃에서 진탕하여 암배양하였다. 액체 배양 배지(pH 5.8)는 3% (w/v) 수크로스, 4.3 g/L MS 염, 100 mg/L 이노시톨, 1 mg/L 티아민, 0.2 mg/L 2,4-D 및 200 mg/L KH2PO4를 포함한다. 현탁 세포는 일주일마다 계대배양 하였다. 스톡 BY-2 캘러스(Stock BY-2 calli)는 0.8% (w/v) 아가가 포함된 고체배지에 유지시켰고, 달마다 계대배양하였다. 형질전환 세포 및 캘러스는 150 mg/L 하이그로마이신이 첨가된 같은 배지에서 유지시켰다. 담배 BY-2 세포의 형질전환을 위해, 3일 배양한 50 mL은 ProTA : PIN5 - GFP1ProTA : PIN8 - GFP을 포함하는 5 mL의 아그로박테리움 (Agrobacterium tumefaciens)과 암 조건에서 3일 동안 23℃에서 공동배양하였다. 접종된 세포는 세 번 세정하고, 150 mg/L 하이그로마이신이 첨가된 고체 배지 위에 옮겼다. 5일 후, 양성 캘러스는 선별되었고, 새로운 선별 배지로 옮겼다. 그 다음에 각각의 캘러스는 필요에 따라 고체 배지 또는 액체 배지에서 유지시켰다.
Tobacco BY-2 cells (Nagata et al., 1992 Int Rev Cytol 13: 1-30) were cultured by shaking at 23 ° C. Liquid culture medium (pH 5.8) contains 3% (w / v) sucrose, 4.3 g / L MS salt, 100 mg / L inositol, 1 mg / L thiamine, 0.2 mg / L 2,4-D and 200 mg / L KH 2 PO 4 . Suspension cells were passaged weekly. Stock BY-2 calli was maintained in solid medium containing 0.8% (w / v) agar and passaged monthly. Transformed cells and callus were maintained in the same medium with 150 mg / L hygromycin added. For the transformation of tobacco BY-2 cells, 50 mL were incubated 3 days ProTA: PIN5 - GFP1 and ProTA: PIN8 - GFP 5 mL Agrobacterium (Agrobacterium containing the tumefaciens ) and Co-culture at 23 ° C. for 3 days in dark conditions. Inoculated cells were washed three times and transferred onto solid medium to which 150 mg / L hygromycin was added. After 5 days, positive callus was selected and transferred to fresh selection medium. Each callus was then maintained in solid medium or liquid medium as needed.

6. 담배 6. Tobacco BYBY -2 세포에서 -2 cells 옥신Auxin 보유 분석( Retention analysis ( AuxinAuxin RetentionRetention AssayAssay ))

옥신 보유 분석은 변형된 Delbarre et al. (Delbarre et al., 1996 Planta 198: 532-541)의 기술 방법으로 수행하였다. 10 μM Dex를 첨가하거나 첨가하지 않고 24시간 동안 배양한 후에, 대수 성장기(exponential growth phase)에서 형질전환 BY-2 세포는 여과시켰고, 1 ~ 1.5g의 세포 케익은 재현탁 시켰고, uptake buffer (20 mM MES, 40 mM 수크로스 및 0.5 mM CaSO4, KOH로 pH 5.7로 맞춤)로 45분 동안 orbital shaking하여 평형시켰다. 평형시킨 세포는 여과로 수집하였고, 신선한 uptake buffer로 재현탁시켰고, 23℃인 암조건에서 1.5시간 동안 orbital shaker에서 배양하였다. 2 nM [3H]NAA의 최종 농도를 위해 [3H]NAA과 5 mL 세포 현탁액을 섞었고, 0.5mL 분액은 다른 시간 간격(0, 5, 10, 15, 20 및 25분)에서 GF/C 글라스 화이버 필터 위에서 압력을 가하여 빠르게 여과시켰다. 세포 케이크는 3 mL의 차가운 멸균수로 두 번 세정하였고, scintillation vials로 옮겼고, 30분 동안 0.5 mL 에탄올로 추출하였고, 방사능은 액체 scintillation counting으로 결정하였다. 각각의 실험을 위한 두 개의 반복으로 4개의 독립적인 실험을 수행하였다.
Auxin retention analysis was performed by modified Delbarre et al. (Delbarre et al., 1996 Planta 198: 532-541). After incubation for 24 hours with or without 10 μM Dex, transformed BY-2 cells were filtered in the exponential growth phase, 1-1.5 g of cell cake was resuspended, and uptake buffer (20 Equilibration was performed by orbital shaking for 45 minutes with mM MES, 40 mM sucrose and 0.5 mM CaSO 4 , adjusted to pH 5.7 with KOH. Equilibrated cells were collected by filtration, resuspended in fresh uptake buffer, and incubated in an orbital shaker for 1.5 hours in dark at 23 ° C. A 5 mL cell suspension was mixed with [ 3 H] NAA for a final concentration of 2 nM [ 3 H] NAA, and 0.5 mL aliquots were collected at different time intervals (0, 5, 10, 15, 20 and 25 minutes). Filtration was rapid by applying pressure on a C glass fiber filter. The cell cake was washed twice with 3 mL of cold sterile water, transferred to scintillation vials, extracted with 0.5 mL ethanol for 30 minutes, and radioactivity determined by liquid scintillation counting. Four independent experiments were performed with two iterations for each experiment.

7. 등록번호7. Registration Number

본 발명에서 언급한 Arabidopsis Genome Initiative locus identifiers는 애기장대 게놈 At1G12560 (EXPA7), AT1G73590 (PIN1), At5G57090 (PIN2), At1G70940 (PIN3), At2G01420 (PIN4), At5G16530 (PIN5), At1G77110 (PIN6), At1G23080 (PIN7), At5G15100 (PIN8), At2g47000 (PGP4) 및 At2G38120 (AUX1)이다.
Arabidopsis Genome Initiative locus mentioned in the present invention identifiers include Arabidopsis At1G12560 ( EXPA7 ), AT1G73590 ( PIN1 ), At5G57090 ( PIN2 ), At1G70940 ( PIN3 ), At2G01420 ( PIN4 ), At5G16530 ( PIN5 ), At1G77110 ( PIN6 ), At1G23080 ( PIN7 ), At5G15100 ( PIN8 ) At2g47000 ( PGP4 ) and At2G38120 ( AUX1 ).

실시예Example 1.  One. PINsPINs 의 뿌리털 세포 특이적 발현은 뿌리털 신장을 저해하는데 다른 활성을 나타낸다.Root hair cell specific expression of has different activity in inhibiting root hair extension.

본 발명자들은 앞서 PID, PIN3 및 PGPs의 뿌리털 특이적 발현은 뿌리털 세포로부터 옥신 방출을 증진시킴으로써 뿌리털 신장을 억제한다는 사실을 설명하기 위해 뿌리털 세포 특이적 프로모터인 EXPA7(Arabidopsis thaliana EXPANSIN A7, Cho H.-T, Cosgrove DJ, 2002 Plant Cell 14: 3237-3253)를 사용하였다(Lee SH, Cho H-T, 2006 Plant Cell 18: 1604-1616). 다른 PINs이 뿌리털에서 유사한 표현형을 갖는지 조사하기 위해, PIN 유전자들(PIN1 , PIN2 , PIN4 , PIN5 , PIN7PIN8)의 게놈 절편을 GFP(green fluorescent protein)를 코딩하는 리포터 유전자에 연결시켰고, 융합 유전자는 애기장대에서 EXPA7 프로모터를 이용하여 발현시켰다. PIN5의 경우, 세개의 다른 트랜스진, ProE7 : PIN5 (PIN5ox, GFP 없음), ProE7 : PIN5 - GFP1 (PIN5-GFP1ox, 558번째[게놈 시퀀스의 시작 코돈의 'A'로부터] 뉴클레오티드 이후에 GFP가 있음) 및 ProE7 : PIN5 - GFP2 (PIN5-GFP2ox, 1333번째 뉴클레오티드 이후에 GFP가 있음)를 애기장대에 도입시켰다. PIN8을 위해, 두개의 트랜스진을 제조하였다 : ProE7:PIN8 (PIN8ox, GFP 없음) 및 ProE7 : PIN8 - GFP (PIN8-GFPox, 675번째 뉴클레오티드 이후에 GFP가 있음). 뿌리털 신장에서 PINox 효과의 통계적 분석을 위해, 각 구축물마다 6-12개의 독립적인 형질전환체를 뿌리털 길이의 측정을 위해 무작위로 선별하였다(도 1C).In order to explain the fact that root hair specific expression of PID, PIN3 and PGPs inhibits root hair elongation by enhancing auxin release from root hair cells, the inventors of the root hair cell specific promoter EXPA7 ( Arabidopsis thaliana EXPANSIN A7 , Cho H.-T, Cosgrove DJ, 2002 Plant Cell 14: 3237-3253) (Lee SH, Cho HT, 2006 Plant Cell 18: 1604-1616). To investigate whether other PINs have a similar phenotype in root hairs, genomic sections of PIN genes ( PIN1 , PIN2 , PIN4 , PIN5 , PIN7 and PIN8 ) were linked to the reporter gene encoding the green fluorescent protein (GFP), and the fusion gene Was expressed using the EXPA7 promoter in Arabidopsis. For PIN5 , there are three different transgenes, ProE7 : PIN5 (PIN5ox, no GFP), ProE7 : PIN5 - GFP1 (PIN5-GFP1ox, 558th [from 'A' of start codon of genomic sequence] nucleotide after GFP ) And ProE7 : PIN5 - GFP2 (PIN5-GFP2ox, with GFP after 1333 nucleotides) was introduced into the Arabidopsis. For PIN8, two transgenes were prepared: ProE7: PIN8 (PIN8ox, no GFP) and ProE7 : PIN8 - GFP (PIN8-GFPox, with GFP after 675 th nucleotide). For statistical analysis of the PINox effect in root hair kidney, 6-12 independent transformants for each construct were randomly selected for determination of root hair length (FIG. 1C).

긴 루프의 PINs(PIN1 ~ 4 및 7; ProE7 : PIN - GFP [PINox])의 뿌리털 특이적 발현은 뿌리털 신장을 크게 저해시켰고(도 1B 및 C), 이러한 PINs는 옥신 방출을 용이하게 하고, 결과적으로 뿌리털 세포에서 내부의 옥신 레벨을 감소시켰을 것으로 추측된다. 짧은 루프의 PIN8의 과발현은 긴 루프 구조의 PINoxs와 마찬가지로 뿌리털 신장을 크게 저해시켰다(도 1B). 그러나, 옥신 유입 수송자 AUX1의 뿌리털 특이적 과발현은 뿌리털 신장을 상당히 증진시켰는데(도 1C), 아마도 뿌리털 세포에서 세포의 옥신 레벨을 증가시킨 것 같다.Long loop PINs (PIN1 to 4 and 7; ProE7 : PIN to GFP Root hair specific expression of [PINox]) significantly inhibited root hair elongation (FIGS. 1B and C), and it is believed that these PINs facilitated auxin release and consequently reduced internal auxin levels in root hair cells. Overexpression of short loop PIN8 significantly inhibited root hair elongation as well as long looped PINoxs (FIG. 1B). However, root hair specific overexpression of the auxin influx transporter AUX1 significantly enhanced root hair extension (FIG. 1C), presumably increasing the auxin levels of cells in root hair cells.

긴 루프의 PINs 및 PIN8 모두의 과발현이 뿌리털 신장을 상당히 감소시킨다고 하더라도, 그 효과는 다른 PIN 종들 사이에서 다양하였다. PIN1, PIN2, PIN3 및 PIN8의 과발현이 뿌리털 신장의 저해를 90% 이상까지 야기하는 반면, PIN4ox 및 PIN7ox은 평균 약 60% 및 약 80%로 뿌리털 신장을 각각 약하게 저해시켰다(도 1C). 심지어 강한 뿌리털 저해효과를 갖는 PINs에서, 다소 다른 저해력이 관찰되었다. 예를 들어, PIN2ox는 뿌리털 신장을 거의 완전하게 저해시켰고, 반면에 PIN1ox, PIN3ox 및 PIN8ox은 가장자리의 뿌리털 신장을 허락하였다(대조구의 2-5%). Although overexpression of both long loops of PINs and PIN8 significantly reduced root hair extension, the effects varied among different PIN species. Overexpression of PIN1, PIN2, PIN3 and PIN8 caused up to 90% or more inhibition of root hair extension, whereas PIN4ox and PIN7ox slightly inhibited root hair extension, on average about 60% and about 80%, respectively (FIG. 1C). Even in PINs with strong root hair inhibitory effect, somewhat different inhibitory power was observed. For example, PIN2ox almost completely inhibited root hair extension, while PIN1ox, PIN3ox and PIN8ox allowed marginal root hair extension (2-5% of control).

다른 PINox 식물체와 대조적으로, 모든 세 개의 PIN5 과발현 식물체(PIN5ox, PIN5-GFP1ox 및 PIN5-GFP2ox)는 뿌리털 신장을 저해하지 않는 대신 신장을 다소(6~16 %) 증진시켰다(도 1C). 이러한 PIN5ox-매개 증가는 중요하지 않지만 다른 PIN5 과발현 형질전환 구조체에 대해 일관적이었다(PIN5ox에 대해 P=0.016 ; PIN5-GFP1ox 및 PIN5-GFP2ox에 대해 P<0.0001). 이것은 PIN5가 세포의 옥신 유입을 촉진시키거나 또는 옥신이 분자적 행동을 수행하는 세포내 영역에서 옥신 이용성(availability)을 향상시킨다고 추측할 수 있다.
In contrast to other PINox plants, all three PIN5 overexpressing plants (PIN5ox, PIN5-GFP1ox and PIN5-GFP2ox) did not inhibit root hair extension but rather enhanced the kidneys (6-16%) (FIG. 1C). This PIN5ox-mediated increase was insignificant but consistent for other PIN5 overexpressing transforming constructs (P = 0.016 for PIN5ox; P <0.0001 for PIN5-GFP1ox and PIN5-GFP2ox). It can be inferred that PIN5 promotes auxin influx of cells or enhances auxin availability in the intracellular region where auxin performs molecular action.

실시예Example 2. 뿌리 표피 세포 신장은  2. Root Epidermal Cell Elongation PINoxPINox 에 의해 증진된다.Promoted by

고 농도의 옥신은 뿌리 신장을 저해하기 때문에(Evans et al., 1994 Planta 194: 215-222), 본 발명자들은 세포의 옥신 레벨을 낮춤으로서 PINox가 뿌리 표피 세포의 신장 및 그에 따라 뿌리 신장을 증진시킬 수도 있다고 생각하였다. PINs의 뿌리털 특이적 발현은 뿌리 신장을 상당히 증가시키고(도 2A), 이러한 효과는 적어도 부분적으로 세포 신장을 증진시키기 때문인 것 같다. PINoxs는 8.5% (PIN4ox)에서 약 15% (PIN1ox, PIN2ox, PIN3ox 및 PIN8ox)까지 뿌리털을 갖는 표피 세포의 길이를 증가시켰다. 뿌리 신장 및 뿌리털 세포 신장의 PINox-매개 자극의 정도는 PINox-매개 뿌리털 저해의 강도와 어느 정도 비례적이었다(2A, B). 긴 루프의 PINs에서, PIN1ox 및 PIN2ox은 가장 큰 효과를 보이는 반면, PIN4ox은 뿌리 신장 및 뿌리털 세포 신장에서 가장 작은 효과를 보여주었다. PIN5ox 식물체의 표피 세포 길이는 대조구의 그것과 비슷하였다. PINox-매개 뿌리털 저해의 결과와 함께, 이러한 데이터는 다른 PINs가 다른 옥신 방출 활성을 갖는다는 가설을 더욱 지지한다.
Since high concentrations of auxins inhibit root elongation (Evans et al., 1994 Planta 194: 215-222), we found that by lowering the auxin levels of the cells, PINox promotes root epithelial cell elongation and thus root elongation. I thought I could. Root hair specific expression of PINs seems to be due to a significant increase in root elongation (FIG. 2A) and this effect at least partially enhances cell elongation. PINoxs increased the length of epidermal cells with root hairs from 8.5% (PIN4ox) to about 15% (PIN1ox, PIN2ox, PIN3ox and PIN8ox). The degree of PINox-mediated stimulation of root elongation and root hair cell elongation was somewhat proportional to the intensity of PINox-mediated root hair inhibition (2A, B). In long loop PINs, PIN1ox and PIN2ox showed the greatest effect, while PIN4ox showed the least effect in root elongation and root hair cell elongation. Epidermal cell length of the PIN5ox plant was similar to that of the control. Together with the results of PINox-mediated root hair inhibition, these data further support the hypothesis that different PINs have different auxin release activity.

실시예Example 3.  3. PIN8PIN8 은 담배 Silver cigarette BYBY -2 -2 현탁suspension 세포에서  In a cell 옥신Auxin 방출 활성을 나타낸다. Release activity.

본 발명자들은 PIN3 및 PGP4와 같은 옥신 수송자들은 원형질막에 존재하고 담배 Bright Yellow-2 (BY-2) 세포에서 1-naphthalene acetic acid (NAA)을 위한 방출 수송자들처럼 행동한다고 앞서 기술하였다(Lee SH, Cho H-T, 2006 Plant Cell 18: 1604-1616). 또한, PIN4, PIN6, PIN7 및 PGP19은 담배 BY-2 세포에서 옥신 방출을 촉진하는 것으로 보여졌다(Petrasek et al., 2006 Science 312: 914-918). 최근에, PIN5는 효모 원형질막에서 옥신 방출 활성을 갖는다는 것과 아마도 애기장대 세포에서 세포내 수송 활성이 있을 것으로 보고되었다(Mravec et al., 2009 Nature 459: 1136-1142). 본 발명에서, 식물 세포에서 짧은 루프의 PINs (PIN5 및 PIN8)의 세포내 옥신 수송 활성을 직접 측정하기 위해, 본 발명자들은 담배 BY-2 세포에서 dexamethasone (Dex)-inducible promoter (ProTA; Aoyama T, Chua NH, 1997 Plant J 11: 606-612)를 이용하여 GFP-tagged versions을 발현시켰다. We previously described that auxin transporters, such as PIN3 and PGP4, are present in the plasma membrane and act as release transporters for 1-naphthalene acetic acid (NAA) in tobacco Bright Yellow-2 (BY-2) cells (Lee). SH, Cho HT, 2006 Plant Cell 18: 1604-1616. In addition, PIN4, PIN6, PIN7 and PGP19 have been shown to promote auxin release in tobacco BY-2 cells (Petrasek et al., 2006 Science 312: 914-918). Recently, PIN5 has been reported to have auxin releasing activity in yeast plasma membrane and possibly intracellular transport activity in Arabidopsis cells (Mravec et al., 2009 Nature 459: 1136-1142). In the present invention, in order to directly measure the intracellular auxin transport activity of short loop PINs (PIN5 and PIN8) in plant cells, the present inventors have determined that dexamethasone (Dex) -inducible promoter ( ProTA ; Aoyama T, Chua NH, 1997 Plant J 11: 606-612) was used to express GFP-tagged versions.

세포의 옥신 수송 분석을 위해, 형질전환 담배 세포는 [3H]NAA를 처리하였고, 세포의 [3H]NAA의 보유는 특이적 시간 간격에서 측정되었다. NAA는 분산에 의해 세포로 쉽게 들어갈 수 있는데, 아포플라스트로 방출될 능동적 옥신 방출 수송자가 필요하다(Delbarre et al., 1996 Planta 198: 532-541). PIN8의 유도는 유도되지 않은 대조구 세포와 비교하여 [3H]NAA의 보유를 상당히 감소시켰다(도 3B). [3H]NAA와 20분 동안 배양한 후, PIN8ox 세포는 대조구 세포와 비교할 때 약 60% [3H]NAA를 보유하였는데, 이것은 PIN8이 담배 세포로부터 옥신 네트 흐름을 매개한다는 것을 나타낸다. 반면에, 대조구 세포와 비교할 때 담배 세포에서 PIN5 유도는 [3H]NAA 보유 레벨을 상당히 바꾸지 못했다(도 3A). PIN5-발현세포에서 옥신의 네트 흐름을 검출하기 위한 불가능성은 그것의 세포간 옥신 수송보다는 세포내 옥신 수송 활성에 기인될 수도 있다.
Auxin transport for analysis of cells, transgenic tobacco cells were processed for [3 H] NAA, [3 H] retention of NAA in cells was measured at specific time intervals. NAA can easily enter cells by dispersion, requiring an active auxin release transporter to be released into the apoplast (Delbarre et al., 1996 Planta 198: 532-541). Induction of PIN8 significantly reduced the retention of [ 3 H] NAA compared to control cells that were not induced (FIG. 3B). After 20 minutes of incubation with [ 3 H] NAA, PIN8ox cells retained about 60% [ 3 H] NAA compared to control cells, indicating that PIN8 mediates auxin net flow from tobacco cells. In contrast, PIN5 induction in tobacco cells did not significantly alter [ 3 H] NAA retention levels compared to control cells (FIG. 3A). The impossibility to detect net flow of auxin in PIN5-expressing cells may be due to intracellular auxin transport activity rather than its intercellular auxin transport.

실시예Example 4. 외부의  4. external 옥신은Auxins PINoxPINox 형질전환체의 뿌리털 신장을 회복한다. Restore the root hair extension of the transformants.

PINoxs이 뿌리털 세포에서 옥신 레벨을 감소시킴으로서 뿌리털 신장을 저해한다면, 외부의 옥신 적용은 이러한 형질전환체에서 뿌리털 세포 신장을 회복할 수도 있다. 50 nM indole-3-acetic acid (IAA)가 대조구 식물체의 뿌리털 신장을 30%까지 증가시키고, PIN5ox 형질전환체는 20%까지 증진시키는 반면, 비처리 형질전환체의 뿌리털 신장과 비교하였을 때 다른 PINox 형질전환체의 뿌리털 신장을 5 ~ 44배(평균 15배)까지 자극시켰다(도 4). PINoxs에서 옥신 매개 뿌리털 회복 레벨은 비처리 대조구 식물체의 뿌리털 길이(100%)의 평균 82%였다. 이러한 결과는 확실한 동일점에 도달될 때까지 확산적인 AUX1-이용 옥신 유입율은 PINox-매개 옥신 방출율을 상회한다는 것을 나타낸다. 비록 외부의 IAA가 PINox 형질전환체의 뿌리털 신장을 전반적으로 크게 증가시킨다고 하더라도, 옥신-매개 뿌리털 회복의 정도는 PINoxs 사이에서 다양하다. PIN2ox 식물체는 IAA에 의해 약간의 뿌리털 회복을 나타내는데, 이것은 PIN2가 뿌리털 세포에서 가장 강력한 옥신 방출 활성을 갖는다는 것을 제시한다.If PINoxs inhibit root follicle elongation by reducing auxin levels in root hair cells, external auxin application may restore root hair cell elongation in these transformants. 50 nM indole-3-acetic acid (IAA) increases root hair elongation of control plants by 30% and PIN5ox transformants by 20%, while compared to other PINox when compared to root hair elongation of untreated transformants. Root hair extension of the transformants was stimulated by 5 to 44 folds (average 15 folds) (FIG. 4). Auxin-mediated root hair recovery levels in PINoxs averaged 82% of root hair length (100%) of untreated control plants. These results indicate that the diffuse AUX1-utilized auxin intake rate exceeds the PINox-mediated auxin release rate until certain equivalences are reached. Although external IAA significantly increases the root hair elongation of PINox transformants overall, the extent of auxin-mediated root hair recovery varies between PINoxs. The PIN2ox plant exhibits some root hair recovery by IAA, suggesting that PIN2 has the strongest auxin releasing activity in root hair cells.

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Claims (7)

삭제delete 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래의, 서열번호 1 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 애기장대 식물체에 도입하는 단계를 포함하는 애기장대 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법.Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) derived from the SEQ ID NO: 1 to 7 groups stage root hair elongation of Arabidopsis plants comprising a for introducing a recombinant plant expression vector containing the gene having the nucleotide sequence in Arabidopsis plant is selected from the consisting of How to adjust. 제2항에 있어서, 서열번호 1 내지 4, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기서열을 갖는 유전자를 애기장대 식물체에서 과발현시켜 애기장대 식물체의 뿌리털 신장을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 2, wherein the gene having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1 to 4, SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 is overexpressed in Arabidopsis plants, characterized in that to reduce the root hair growth of Arabidopsis plants Way. 제2항에 있어서, 서열번호 5의 염기서열을 갖는 유전자를 애기장대 식물체에서 과발현시켜 애기장대 식물체의 뿌리털 신장을 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 2, wherein the gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 is overexpressed in Arabidopsis plants to increase root hair growth of Arabidopsis plants. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 뿌리털 신장이 조절된 애기장대 식물체.A Arabidopsis plant with controlled root hair elongation produced by the method of any one of claims 2 to 4. 삭제delete 삭제delete
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