KR101263838B1 - A preparation method of freezing―tolerant plant by a recombinant DNA technology - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유전자 조작에 의한 동해 내성 식물체 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 NtLHS1 유전자가 도입된 형질전환체 또는 NtLHS1 유전자 도입된 식물체는 동해 스트레스에 대한 내성을 획득하였음으로, 상기 방법은 동해 스트레스에 대한 내성을 획득한 식물체의 개발에 유용하게 이용될 수 있다. The present invention relates to a method for producing a East Sea resistant plant by genetic engineering, more specifically NtLHS1 Transformant or NtLHS1 with Gene Since the transgenic plants have acquired resistance to East Sea stress, the method can be usefully used for the development of plants which have acquired resistance to East Sea stress.

Description

유전자 조작에 의한 동해 내성 식물체의 제조방법{A preparation method of freezing―tolerant plant by a recombinant DNA technology} A preparation method of freezing-tolerant plant by a recombinant DNA technology

본 발명은 동해 스트레스에 대한 내성을 갖는 형질전환 식물체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a transgenic plant having a resistance to East Sea stress and a method for producing the same.

동해(凍害)는 체내에 얼음이 형성됨으로써 일어나는 피해를 일컬으며 식물체의 경우 물의 빙점(0℃) 이하에서 발생할 수 있으나 실제로는 식물의 종과 기관과 생리적인 조건에 따라 많은 차이를 보여 hardening의 경우는 -20℃ 이하의 온도에서도 식물체 내에 얼음의 형성이 식물체의 손상으로 연결되지 않는 경우도 있다(Taiz, L과 Zeiger, E 저. Plant Physiology 5판. Sinauer Associates, Sunderland, p. 764). 그러나 대부분의 작물은 -1℃에서 -4℃ 정도의 대기 온도에서 동해가 발생한다. 또한, 동해는 많은 경우에 물의 빙점 이상의 저온에서 발생하는 냉해(冷害)와 연관되어 발생하기도 하며, 경작지에서는 동해와 냉해가 병행해서 일어나는 경우가 많다. 동해는 주로 겨울철에 발생하나 농작물의 경우는 시설재배의 경우가 대상이 되며, 노지작물의 경우에는 이른 봄에 일어나는 동해가 주로 피해를 가져온다. 세계적으로 아열대 지역을 제외하고는 동해가 많은 작물에 피해를 심각하게 일으키고 있다. 우리나라의 경우 2009년 겨울과 2010년 이른 봄에 발생한 동해에 따른 재해복구비로 2,200억 원의 국고가 지원된 것(농림수산식품부 농산경영 보도자료. 2010.7.13일 자)만을 보아도 세계적인 동해에 따른 영농의 피해 규모가 지대함을 알 수 있다.
The East Sea refers to the damage caused by the formation of ice in the body, and in the case of plants, it can occur below the freezing point of water (0 ℃), but in reality, there are many differences depending on plant species, organs, and physiological conditions. The formation of ice in plants does not lead to plant damage even at temperatures below -20 ° C (Taiz, L and Zeiger, E. Plant Physiology 5th edition. Sinauer Associates, Sunderland, p. 764). However, most crops produce seas at ambient temperatures from -1 ° C to -4 ° C. In many cases, the East Sea is associated with cold seas, which occur at low temperatures above the freezing point of water. The East Sea occurs mainly in winter, but for crops, it is the case of plant cultivation, and for open field crops, the East Sea, which occurs in early spring, is mainly damaged. Except for the subtropical regions of the world, the East Sea is causing serious damage to many crops. In case of Korea, only 220 billion won of national treasury was supported for disaster recovery costs along the East Sea in winter 2009 and early spring 2010 (Ministry of Food, Agriculture, Forestry and Fisheries. It can be seen that the magnitude of the damage is great.

식물체가 빙점 이하에 노출되면 체내에 결빙이 발생하게 되며, 식물체의 손상과 관계해서는 세포 밖 결빙인가 세포 내 결빙인가가 중요한 동해 피해를 결정짓는 요인으로 분석되고 있다(Taiz, L과 Zeiger, E 저 (2011) Plant Physiology 5판. Sinauer Associates, Sunderland, p. 764). 세포 내와 밖에의 결빙은 같은 식물체에서 고려 시, 온도의 강하 속도와 식물체의 생리나 발달 조건에 따라 많은 차이를 나타낸다. 세포 내의 결빙은 세포 내부 구조의 파괴를 가져와 일반적으로 식물체에 급속한 피해를 유발하며, 세포 밖의 결빙은 비교적 식물체에 급속한 피해는 주지 않는다. 결빙에 의한 피해는 세포막 구조의 물리적인 파괴와 세포의 단백질과 핵산 등의 물질들에 대한 구조 변화 유발 그리고 이온의 농도 변화 등에 의한다고 하겠다. 대기온도가 빙점 이하로 많이 내려가지 않았을 때는 빙점 이하의 온도 유지 기간과 풍속 그리고 식물체의 크기 등에 의해 식물체 일부에서는 동해가 발생하나 다른 부위에서는 동해보다는 냉해가 발생하는 것이 경작지에서는 일반적인 경우라 하겠다. 냉해는 체내 온도 저하로 인하여 단백질의 활성 변화가 수반되며 이에 따른 세포의 기능 저하 그리고 많은 경우에는 온도 저하에 따른 식물체의 유전적 반응에 의한 세포사멸 촉진이나 노화 과정의 유발 등에 의한 변화가 일어난다.
When plants are exposed below freezing point, freezing occurs in the body, and extracellular or intracellular freezing has been analyzed as important determinants of East Sea damage in relation to damage to plants (Taiz, L and Zeiger, E low). (2011) Plant Physiology 5th Edition, Sinauer Associates, Sunderland, p. 764). Freezing inside and outside the cells shows many differences depending on the rate of temperature drop and the physiology or developmental conditions of the plant, when considered in the same plant. Intracellular freezing results in disruption of the cell's internal structure, usually causing rapid damage to the plant, and extracellular freezing does not relatively rapidly damage the plant. The damage caused by freezing may be due to physical destruction of the cell membrane structure, causing structural changes to substances such as proteins and nucleic acids of cells, and changes in the concentration of ions. When the air temperature does not drop below freezing point, the East Sea occurs in some plants, but the cold sea occurs in other places due to the temperature maintenance period, the freezing point, and the size of the plant. Cold degeneration is accompanied by a change in protein activity due to a decrease in body temperature, and thus changes in cell function and, in many cases, changes due to apoptosis or induction of aging processes due to the genetic response of the plant due to the temperature decrease.

본 발명에서는 기존에 확보된 분자적 샤프론(molecular chaperone) 유전자인 NtLHS1(대한민국 등록특허 제 10-346912)를 이용하여 식물체에 동해에 대한 내성을 증진시킬 수 있는 기술 개발을 목표로 하였다. NtLHS1은 고온 등의 단백질 변성조건이 가해졌을 때 단백질의 구조변화를 억제함으로써 수용성 단백질의 경우 수용성의 유지를 대폭 향상시키는 분자적 샤프론이다. 그리고 이러한 기능은 NtLHS1과 알파 크리스탈린 도매인(alpha crystalline domain)을 공유하는 분자적 샤프론들에서 공통적으로 확인되며(Eyles, S.와 Gierasch, L. (2010) Nature's molecular sponges: Small heat shock proteins grow into their chaperones. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107: 2727-2728) 최근의 연구결과는 이들 분자적 샤프론이 세포막의 안정성에도 기능함을 보여주고 있다(Nakamoto, H.와 Vigh, L. (2007) The small heat shock proteins and their clients. Cell. Mol. Life Sci. 64: 294-306).
The present invention aims to develop a technology capable of enhancing resistance to the East Sea in plants using NtLHS1 (Korean Patent No. 10-346912), which is a molecular chaperone gene previously obtained. NtLHS1 is a molecular saffron that significantly improves the maintenance of water solubility in water-soluble proteins by inhibiting protein structural changes when protein denaturation conditions such as high temperature are applied. And this function is commonly found in molecular chaperones that share NtLHS1 and alpha crystalline domains (Eyles, S. and Gierasch, L. (2010) Nature's molecular sponges: Small heat shock proteins grow into their chaperones.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107: 2727-2728) Recent studies have shown that these molecular chaperones also function in the stability of cell membranes (Nakamoto, H. and Vigh, L. (2007). ) The small heat shock proteins and their clients.Cell.Mol.Life Sci. 64: 294-306).

이에, 본 발명자들은 유전자 조작기술을 통한 동해에 대한 내성이 증진된 식물체를 개발하기 위하여 연구한 결과, NtLHS1 유전자를 세계적인 작물이고 동해에 비교적 약한 상추에 도입하여 발현시킴으로써 동해 스트레스에 대한 내성이 증진된 것을 확인하여, 상기 NtLHS1 유전자를 도입함으로써 동해 내성이 증진된 형질전환 식물체를 제조할 수 있음을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.
Therefore, the present inventors have studied to develop a plant with enhanced resistance to the East Sea through genetic engineering technology, and as a result, the NtLHS1 gene is introduced into the world's crops and relatively weak lettuce in the East Sea, thereby enhancing the resistance to the East Sea stress. As a result, the present invention was completed by revealing that transgenic plants having enhanced East Sea resistance could be prepared by introducing the NtLHS1 gene.

본 발명의 목적은 동해 내성을 가지는 형질전환 식물체를 제공하기 위해, NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터를 도입한 동해 내성 형질전환 식물체 및 상기 형질전환 식물체의 제조방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a transgenic plant having East Sea resistance, the NtLHS1 gene It is to provide a East Sea resistant transgenic plant and a method for producing the transgenic plant introduced with an expression vector.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is NtLHS1 having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: Gene It provides a transformed plant having the East Sea resistance transformed with the expression vector comprising.

또한, 본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체의 자손 또는 클론인 식물체를 제공한다. In addition, the present invention NtLHS1 having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 Gene Provided is a plant that is a progeny or clone of a transgenic plant having East Sea resistance transformed with an expression vector comprising.

또한, 본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체의 종자, 열매, 이삭, 괴경, 괴근, 주, 캘러스 또는 원형질체를 제공한다.In addition, the present invention NtLHS1 having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 Gene Provided is a seed, fruit, ear, tuber, tuber, stem, callus or protoplast of a transgenic plant having the East Sea resistance transformed with the expression vector.

아울러, 본 발명은In addition,

1) 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계; 1) NtLHS1 having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Gene Preparing an expression vector comprising;

2) 단계 1)에서 제조한 발현벡터로 식물세포를 형질전환시키는 단계; 및 2) transforming plant cells with the expression vector prepared in step 1); And

3) 단계 2)에서 제조된 형질전환된 식물세포를 조직배양하여 재분화하는 단계를 포함하는 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체의 제조방법을 제공한다.
3) It provides a method for producing a transgenic plant having East Sea resistance comprising the step of tissue culture and re-differentiation of the transformed plant cells prepared in step 2).

본 발명의 NtLHS1 유전자가 도입된 형질전환 식물체는 동해 스트레스를 가한 후 생체분석(gain of function형 분석)을 통해 확인한 결과 동해 스트레스에 대한 강한 내성을 가지므로, 동해 스트레스에 대한 내성을 획득한 형질전환 식물체의 개발에 유용하게 이용될 수 있다.
NtLHS1 of the present invention Genetically-transformed plants are subjected to East Sea stress and confirmed by bioanalysis (gain of function type analysis), and thus have strong resistance to East Sea stress. It can be usefully used.

도 1은 NtLHS1 유전자를 식물체에서 발현시키기 위해 사용된 식물 발현 벡터 pBKS1-1/NtLHS1NtLHS1 발현 카세트(expression cassette)의 유전자 지도이다. NtLHS1 유전자가 P35S의 기능에 의해 전사(transcription)되며, RB와 LB는 T-DNA의 경계 서열(border sequence)이고 RB와 LB의 양쪽으로는 pBKS1-1이 제공하는 대장균과 아그로박테리움(Agrobacterium)에서의 유전자재조합을 위한 요인(element)들이 있다. pBKS1-1은 전체적으로 원형 플라스미드(plasmid)이다. RB, 오른쪽 경계 서열(right border sequence); LB, 왼쪽 경계 서열(left border sequence); Pnos, nopaline synthase 유전자의 프로모터(promoter); NPTII, neomycine phosphotransferase II 유전자로서 카나마이신(kanamycin)을 선별 마커(selection marker)로 사용하기 위하여 도입되었음; Tnos, nopaline synthase 유전자의 terminator; P35S, cauliflower mosaic virus의 35S transcript의 promoter.
도 2는 본 발명의 식물 발현 벡터 pBKS1-1/NtLHS1가 도입되어 형질전환된 상추 식물체에서 NtLHS1이 센스(sense) 방향으로 발현됨을 확인하는 RNA 블롯 분석 결과이다. WT, NtLHS1 유전자로 형질전환이 시도되지 않은 wild type 상추; V, pBKS1-1만이 도입된 형질전환 상추; #2, #4, #5, #6, #7, #8, #9, #11, #12, #13, #14, #15, NtLHS1 유전자가 센스 방향으로 형질전환된 상추의 개별 라인들. Total RNA, 각 샘플량이 균일하게 조절되었음을 확인하기 위해 gel의 각 lane에 적재된 RNA를 전기영동 후 브롬화 에티듐(ethidium bromide)으로 염색하고 자외선 조명 후 발생하는 형광을 찍은 것.
1 is NtLHS1 Gene map of the NtLHS1 expression cassette of the plant expression vector pBKS1-1 / NtLHS1 used to express genes in plants. The NtLHS1 gene is transcribed by the function of P35S, RB and LB are the border sequences of T-DNA, and E. coli and Agrobacterium provided by pBKS1-1 on both sides of RB and LB. There are factors for genetic recombination in. pBKS1-1 is a circular plasmid as a whole. RB, right border sequence; LB, left border sequence; Pnos, a promoter of the nopaline synthase gene; NPTII, a neomycine phosphotransferase II gene, was introduced to use kanamycin as a selection marker; Terminator of the Tnos, nopaline synthase gene; P35S, a promoter of 35S transcript of cauliflower mosaic virus.
Figure 2 is a RNA blot analysis results confirmed that the NtLHS1 sense (sense) expression in a direction from the transformed lettuce plant is introduced into a plant expression vector pBKS1-1 / NtLHS1 of the present invention. Wild type lettuce which has not been transformed with WT, NtLHS1 gene; V, transgenic lettuce with only pBKS1-1 introduced; Individual lines of lettuce with # 2, # 4, # 5, # 6, # 7, # 8, # 9, # 11, # 12, # 13, # 14, # 15 and NtLHS1 genes transformed in the sense direction . Total RNA, In order to confirm that the amount of each sample was uniformly controlled, RNA loaded on each lane of the gel was electrophoresed and stained with ethidium bromide, followed by fluorescence generated after UV illumination.

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

본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체를 제공한다.The invention NtLHS1 having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Gene It provides a transformed plant having the East Sea resistance transformed with the expression vector comprising.

상기 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자는 담배(Nicotiana tabacum)로부터 분리된 NtLHS1 유전자인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. NtLHS1 having a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 The gene is tobacco ( Nicotiana NtLHS1 isolated from tabacum ) Preferably, the gene is not limited thereto.

상기 유전자의 변이체는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 변이체는 염기서열은 변화되지만, 서열번호 1의 NtLHS1 유전자와 유사한 기능적 특정을 갖는 염기 서열이다. 구체적으로 NtLHS1 유전자는 서열번호 1의 염기서열과 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기서열을 포함할 수 있다.Variants of such genes are included within the scope of the present invention. Variant has the nucleotide sequence changed, but NtLHS1 of SEQ ID NO: 1 It is a nucleotide sequence having a functional specification similar to a gene. Specifically NtLHS1 The gene may include a nucleotide sequence having at least 70%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, and most preferably at least 95% of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

폴리뉴클레오티드에 대한 서열의 "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 "% homology" of a sequence to a polynucleotide is determined by comparing the comparison region with two optimally arranged sequences, wherein a portion of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence (additional or In addition to deletions (ie, gaps).

상기 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 DNA를 의미한다. The term “vector” is used to refer to a DNA fragment (s), a nucleic acid molecule, that delivers 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” means a recombinant DNA 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.

상기 발현벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)와 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 식물 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 같이 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 동해 내성을 갖는 유전자를 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 같이 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 그러한 벡터의 사용은 특히 식물 숙주를 적당하게 형질전환 하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다.Preferred examples of such expression vectors are Ti-plasmid vectors which, when present in a suitable host such as Agrobacterium tumefaciens , can transfer some of their so-called T-region to plant cells. Another type of Ti-plasmid vector (see EP 0 116 718 B1) is currently used to transfer hybrid DNA sequences to protoplasts from which plant cells or new plants can be produced which properly insert hybrid DNA into the plant genome. . A particularly preferred form of the Ti-plasmid vector is the so-called binary vector, as claimed in EP 0 120 516 B1 and US Pat. No. 4,940,838. Other suitable vectors that can be used to introduce the East Sea resistance genes according to the invention into plant hosts are as can be derived from double stranded plant viruses (eg CaMV) and single stranded viruses, gemini viruses and the like. Viral vectors such as incomplete plant viral vectors. The use of such vectors may be particularly advantageous when it is difficult to transform the plant host properly.

상기 형질전환은 아그로박테리움(Agrobacterium) 매개방법, 유전자총(gene gun), PEG를 이용한 방법 및 전기천공법(electroporation) 등 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 알려진 주지의 방법이 바람직하며, 아그로박테리움 매개방법이 보다 바람직하다.The transformation is preferably a well-known method known to those skilled in the art, such as Agrobacterium-mediated method, gene gun, method using PEG, and electroporation, and the like Bacterium mediated methods are more preferred.

상기 식물은 상추, 벼, 보리, 죽순, 옥수수, 토란, 아스파라거스, 양파, 마늘, 파, 부추, 달래, 마, 생강, 애기장대, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 셀러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 버즈풋 트레포일, 감자, 개구리밥, 들깨, 비둘기콩 및 완두로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하고, 상추인 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The plant is lettuce, rice, barley, bamboo shoots, corn, taro, asparagus, onions, garlic, leeks, leek, soothing, hemp, ginger, cedar, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, garland chrysanthemum, bellflower, spinach, Chard, Sweet Potato, Celery, Carrot, Buttercup, Parsley, Chinese Cabbage, Cabbage, Cocktail, Watermelon, Melon, Cucumber Pumpkin, Gourd, Strawberry, Soybean, Mung Bean, Kidney Bean, Buzzfoot Trefoil, Potato, Duckweed, Perilla, Dove Bean and Pea It is preferable that it is any one selected from the group consisting of, More preferably, it is not limited to lettuce.

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, NtLHS1 유전자를 포함하는 식물체 형질전환용 발현 벡터를 제조하기 위하여, NtLHS1으로부터 ORF(open reading frame)만을 분리했고, 이를 식물체 형질전환벡터인 pBKS1-1에 삽입한 후 확인한 결과, 목표한 ORF가 올바로 형질전환벡터에 삽입된 것을 확인하였다(도 1 참조).In a specific embodiment of the invention, NtLHS1 For the production of transgenic plant expression vector comprising the gene, they were separated only (open reading frame) from NtLHS1 ORF, confirming then inserted into the transformed plant vector pBKS1-1 this result, the conversion is a target ORF correctly transformed The insertion into the vector was confirmed (see FIG. 1).

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, NtLHS1이 상추 내에서 발현되는지를 전사체의 생성 여부 확인을 통하여 확인한 결과, 센스방향으로 도입된 형질전환 식물체에서 강력한 RNA blot 결과를 확인하였다(도 2 참조).In a specific embodiment of the present invention, it was confirmed whether the NtLHS1 is expressed in the lettuce by confirming the production of transcripts, and confirmed a strong RNA blot results in the transgenic plants introduced in the sense direction (see Fig. 2).

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, NtLHS1이 발현하는 상추에 대한 동해에 대한 내성을 분석하기 위하여, NtLHS1이 도입된 상추와 빈 벡터만이 도입된 상추에 동해스트레스를 가한 후, shoot를 채취하고 생체량을 분석한 결과, NtLHS1이 도입된 상추는 빈 벡터로 형질전환된 상추에 비해 2배 이상 생체량이 증가한 것을 확인하였다(표 1 참조).In a specific embodiment of the invention, NtLHS1 is to investigate the tolerance to the East of the lettuce expressing, after the NtLHS1 the introduction of lettuce with empty vector only and the introduction of lettuce was added to the East stress, collected shoot and biomass As a result, the NtLHS1 introduced lettuce was confirmed that the biomass increased more than two times compared to the lettuce transformed with the empty vector (see Table 1).

따라서, NtLHS1를 도입하여 과발현된 형질전환 상추는 동해에 대한 내성을 획득하였으므로 동해 스트레스에 대한 내성을 가진 식물체를 생산하는데 유용하게 사용될 수 있다.
Therefore, the transgenic lettuce overexpressed by introducing NtLHS1 has obtained resistance to the East Sea and thus can be usefully used to produce plants having resistance to East Sea stress.

또한, 본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체의 자손 또는 클론인 식물체를 제공한다.In addition, the present invention NtLHS1 having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 Gene Provided is a plant that is a progeny or clone of a transgenic plant having East Sea resistance transformed with an expression vector comprising.

또한, 본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체의 종자, 열매, 이삭, 괴경, 괴근, 주, 캘러스 또는 원형질체를 제공한다.In addition, the present invention NtLHS1 having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 Gene Provided is a seed, fruit, ear, tuber, tuber, stem, callus or protoplast of a transgenic plant having the East Sea resistance transformed with the expression vector.

따라서, NtLHS1를 도입하여 과발현된 형질전환 상추는 동해에 대한 내성을 획득하였으므로, 상기 형질전환 식물체의 자손 또는 클론인 식물체 및 상기 식물체의 종자, 열매, 이삭, 괴경, 괴근, 주, 캘러스 또는 원형질체를 이용하여 동해 스트레스에 대한 내성을 가진 식물체를 생산하는데 유용하게 사용될 수 있다.
Therefore, the transgenic lettuce overexpressed by introducing NtLHS1 has acquired resistance to the East Sea, so that the seed, fruit, ear, tuber, tuber, root, callus or protoplast of the plant and progeny or clones of the transgenic plant are obtained. It can be useful for producing plants resistant to East Sea stress.

또한, 본 발명은In addition,

1) 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계; 1) NtLHS1 having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Gene Preparing an expression vector comprising;

2) 단계 1)에서 제조한 발현벡터로 식물세포를 형질전환시키는 단계; 및 2) transforming plant cells with the expression vector prepared in step 1); And

3) 단계 2)에서 제조된 형질전환된 식물세포를 조직배양하여 재분화하는 단계를 포함하는 동해 내성을 갖는 형질전환 식물체의 제조방법을 제공한다.3) It provides a method for producing a transgenic plant having East Sea resistance comprising the step of tissue culture and re-differentiation of the transformed plant cells prepared in step 2).

상기 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1 유전자는 담배(Nicotiana tabacum)로부터 분리된 NtLHS1 유전자인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. NtLHS1 having a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 The gene is tobacco ( Nicotiana NtLHS1 isolated from tabacum ) Preferably, the gene is not limited thereto.

상기 유전자의 변이체는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 변이체는 염기서열은 변화되지만, 서열번호 1의 NtLHS1 유전자와 유사한 기능적 특정을 갖는 염기 서열이다. 구체적으로 NtLHS1 유전자는 서열번호 1의 염기서열과 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기서열을 포함할 수 있다.Variants of such genes are included within the scope of the present invention. Variant has the nucleotide sequence changed, but NtLHS1 of SEQ ID NO: 1 It is a nucleotide sequence having a functional specification similar to a gene. Specifically NtLHS1 The gene may include a nucleotide sequence having at least 70%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, and most preferably at least 95% of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

상기 발현벡터는 일반적인 식물 형질전환용 발현벡터인 것이 바람직하고, pBKS1-1, pBI102 또는 pCAMBIA인 것이 보다 바람직하고, pBKS1-1인 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The expression vector is preferably an expression vector for general plant transformation, more preferably pBKS1-1, pBI102 or pCAMBIA, and most preferably pBKS1-1, but not always limited thereto.

상기 형질전환에 이용되는 식물세포는 어떠한 식물 세포도 가능하고, 배양 세포, 배양 조직, 배양 기관 또는 전체 식물이 바람직하고, 배양 세포, 배양 조직 또는 배양 기관이 보다 바람직하고, 배양 세포인 것이 가장 바람직하다.The plant cells used for the transformation may be any plant cells, preferably cultured cells, cultured tissues, cultured organs or whole plants, more preferably cultured cells, cultured tissues or cultured organs, most preferably cultured cells. Do.

상기 재분화는 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다. The redifferentiation can use any method known in the art.

상기 식물은 상추, 벼, 보리, 죽순, 옥수수, 토란, 아스파라거스, 양파, 마늘, 파, 부추, 달래, 마, 생강, 애기장대, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 셀러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 버즈풋 트레포일, 감자, 개구리밥, 들깨, 비둘기콩 및 완두로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하고, 상추인 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The plant is lettuce, rice, barley, bamboo shoots, corn, taro, asparagus, onions, garlic, leeks, leek, soothing, hemp, ginger, cedar, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, garland chrysanthemum, bellflower, spinach, Chard, Sweet Potato, Celery, Carrot, Buttercup, Parsley, Chinese Cabbage, Cabbage, Cocktail, Watermelon, Melon, Cucumber Pumpkin, Gourd, Strawberry, Soybean, Mung Bean, Kidney Bean, Buzzfoot Trefoil, Potato, Duckweed, Perilla, Dove Bean and Pea It is preferable that it is any one selected from the group consisting of, More preferably, it is not limited to lettuce.

상기 형질전환 식물체의 제조 방법으로는 통상적인 식물 형질전환 방법이 사용될 수 있지만(Horsch, et al., Cold Spring Harb Symp Quant Biol., 50: 433-7, 1985; Rogerset, et.al., 1986), 상기 발현 벡터를 아그로박테리움에 도입하는 단계; 및 상기 아그로박테리움을 식물체 또는 배양세포(캘러스, callus 포함)와 공동배양하여 형질전환 식물체를 제조하는 단계로 이루어진 아그로박테리움 매개 형질 전환 방법이 바람직하다.Conventional plant transformation methods can be used as a method for preparing the transgenic plants (Horsch, et al., Cold Spring Harb Symp Quant Biol., 50: 433-7, 1985; Rogerset, et. Al., 1986). ), Introducing the expression vector into Agrobacterium; And co-culturing the Agrobacterium with a plant or culture cells (including callus, callus), thereby preparing a transformed plant.

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, NtLHS1 유전자를 포함하는 식물체 형질전환용 발현 벡터를 제조하기 위하여, NtLHS1으로부터 ORF(open reading frame)만을 분리했고, 이를 식물체 형질전환벡터인 pBKS1-1에 삽입한 후 확인한 결과, 목표한 ORF가 올바로 형질전환벡터에 삽입된 것을 확인하였다(도 1 참조).In a specific embodiment of the invention, NtLHS1 For the production of transgenic plant expression vector comprising the gene, they were separated only (open reading frame) from NtLHS1 ORF, confirming then inserted into the transformed plant vector pBKS1-1 this result, the conversion is a target ORF correctly transformed The insertion into the vector was confirmed (see FIG. 1).

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, NtLHS1이 상추 내에서 발현되는지를 전사체의 생성 여부 확인을 통하여 확인한 결과, 센스방향으로 도입된 형질전환 식물체에서 강력한 RNA blot 결과를 확인하였다(도 2 참조).In a specific embodiment of the present invention, it was confirmed whether the NtLHS1 is expressed in the lettuce by confirming the production of transcripts, and confirmed a strong RNA blot results in the transgenic plants introduced in the sense direction (see Fig. 2).

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, NtLHS1이 발현하는 상추에 대한 동해에 대한 내성을 분석하기 위하여, NtLHS1이 도입된 상추와 빈 벡터만이 도입된 상추에 동해스트레스를 가한 후, shoot를 채취하고 생체량을 분석한 결과, NtLHS1이 도입된 상추는 빈 벡터로 형질전환된 상추에 비해 2배 이상 생체량이 증가한 것을 확인하였다(표 1 참조).In a specific embodiment of the invention, NtLHS1 is to investigate the tolerance to the East of the lettuce expressing, after the NtLHS1 the introduction of lettuce with empty vector only and the introduction of lettuce was added to the East stress, collected shoot and biomass As a result, the NtLHS1 introduced lettuce was confirmed that the biomass increased more than two times compared to the lettuce transformed with the empty vector (see Table 1).

따라서, NtLHS1를 도입하여 과발현된 형질전환 상추는 동해에 대한 내성을 획득하였으므로 동해 스트레스에 대한 내성을 가진 식물체를 생산하는데 유용하게 사용될 수 있다.
Therefore, the transgenic lettuce overexpressed by introducing NtLHS1 has obtained resistance to the East Sea and thus can be usefully used to produce plants having resistance to East Sea stress.

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

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

<< 실시예Example 1>  1> NtLHS1NtLHS1 유전자의 분리Isolation of genes

본 발명의 NtLHS1 유전자를 분리하기 위해, 먼저 담배 식물체를 열 충격 처리하고 이로부터 RNA를 추출한 다음, 분리된 RNA를 이용해서 cDNA 라이브러리를 제작하여 NtLHS1 유전자의 분리를 위한 분별식 탐색(differential screening)에 상기 라이브러리를 이용하였다.To separate the NtLHS1 gene of the present invention, first to open the tobacco plant shock treatment and to produce a cDNA library by using a from which the extraction of the RNA, and then the separated RNA fractional expression search for the separation of NtLHS1 gene (differential screening) The library was used.

구체적으로, 25 내지 28℃, 16시간의 명조건으로 유지된 온실에서 담배 식물체의 위스콘신 38 재배종(Nicotiana tabacum L. cv. Wisconsin 38)을 재배하여 이를 열 충격 처리의 대상으로 하였다. 잎이 5-7개 난 어린 담배 식물체를 골라 각각 열 충격을 가하되, 15분, 30분, 1시간, 2시간 또는 4시간 동안 32℃, 36℃, 40℃, 또는 44℃에서 상대습도 90% 이상, 암 조건으로 유지된 배양기에서 열충격을 가하였다.Specifically, Wisconsin 38 cultivars of tobacco plants in greenhouses maintained at 25-28 ° C., light conditions of 16 hours ( Nicotiana tabacum L. cv. Wisconsin 38) was grown and subjected to heat shock treatment. Choose young tobacco plants with 5-7 leaves and apply heat shock, respectively, with relative humidity 90 ° C at 32 ° C, 36 ° C, 40 ° C, or 44 ° C for 15 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours or 4 hours. At least%, thermal shock was applied in the incubator maintained in dark conditions.

전체 RNA를 분리하기 위해, 상기 열처리 된 담배의 잎 부위를 액체 질소 존재 하에서 막자사발로 갈고, 구아니딘 티오시안산염(guanidium thiocyanate)이 함유된 RNA 추출 완충액으로 RNA를 추출하고 CsCl 구배차 고속원심분리를 이용하여 정제하였다(Hong과 Jeon, 한국식물학회지, 30:201, 1987).To isolate the total RNA, the leaves of the heat treated tobacco were ground with a mortar in the presence of liquid nitrogen, extracted with RNA extraction buffer containing guanidium thiocyanate, and CsCl gradient high-speed centrifugation was performed. Purification by using (Hong and Jeon, Korean Society of Plant Science, 30: 201, 1987).

상기 추출된 RNA 중 39℃에서 1시간 동안 열충격을 가한 담뱃잎으로부터 분리한 전체 RNA를 선택하여, 올리고(dT)-셀룰로즈 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 상기 전체 RNA로부터 mRNA만을 분리하였다. 분리된 mRNA를 주형으로 하고 역전사 효소 및 RNaseH를 이용하여 cDNA를 합성한 다음(cDNA 합성 키트, Amersham, 미국), 합성된 cDNA를 pBR322 벡터(Promega, 미국)의 EcoRV 제한 자리에 둔단 삽입시켰다. 상기 제조된 재조합 벡터를 대장균 균주 HB101에 형질전환시켜 cDNA 뱅크를 제작한 후, 이를 96웰 마이크로타이터 플레이트에 분주하여 -70℃에 보관하였다.Of the extracted RNA, total RNA isolated from tobacco leaves subjected to thermal shock at 39 ° C. for 1 hour was selected, and only mRNA was separated from the total RNA using oligo (dT) -cellulose column chromatography. Isolated mRNA was used as a template and cDNA was synthesized using reverse transcriptase and RNaseH (cDNA Synthesis Kit, Amersham, USA), and the synthesized cDNA was blunt inserted into the Eco RV restriction site of the pBR322 vector (Promega, USA). The recombinant vector thus prepared was transformed into E. coli strain HB101 to prepare a cDNA bank, which was then dispensed into a 96-well microtiter plate and stored at -70 ° C.

라이브러리 탐색을 위해서, cDNA 라이브러리의 클론을 10개 단위로 암피실린을 함유한 LB 액체배지(박토트립톤 10 g/L, 효모 추출물 5 g/L, 염화나트륨 10 g/L)에서 함께 배양하였다. 이 배양액으로부터 대장균을 원심분리를 통해 수확하고 알칼리 용해법(Sambrook 등, Molecular Cloning, Cold Spring Habor Laboratory Press, 미국, 1989)을 이용하여 플라스미드 DNA를 분리한 후, 이를 EcoRI 및 HindⅢ로 절단한 다음 아가로즈 젤 전기영동을 수행하였다. 전기영동이 끝난 젤 상의 DNA를 나일론 막으로 옮기고 32P로 표지한 cDNA 탐침으로 라이브러리 탐색을 수행하였다. 이때, 라이브러리 탐색에 사용되는 cDNA는 정상적인 생리 온도(25 내지 28℃)에서 키운 담배로부터 추출한 mRNA로부터 최초로 합성된 cDNA이며, 32P 표지는 cDNA 합성 시 첨가하였다(Sambrook 등, 1989).For library searching, clones of the cDNA library were incubated together in LB liquid medium (10 g / L bactotryptone, 5 g / L yeast extract, 10 g / L sodium chloride) containing ampicillin in 10 units. E. coli was harvested from the culture by centrifugation, plasmid DNA was isolated by alkaline lysis (Sambrook et al., Molecular Cloning, Cold Spring Habor Laboratory Press, USA, 1989), and then digested with Eco RI and Hin dIII. Agarose gel electrophoresis was performed. DNA on the electrophoretic gel was transferred to a nylon membrane and library search was performed with a 32 P labeled cDNA probe. At this time, the cDNA used for the library search is the first synthetic cDNA from the mRNA extracted from tobacco grown at normal physiological temperature (25 to 28 ℃), 32 P label was added during cDNA synthesis (Sambrook et al., 1989).

그 결과 음성 반응을 보이는 클론을 포함하는 그룹으로부터 개별 클론을 다시 키우고 상기 탐색 방법을 반복하여 음성 반응을 보이는 개별 클론을 분리하였다.
As a result, the individual clones were regrown from the group containing the negative clones and the above search method was repeated to isolate the negative clones.

<< 실시예Example 2> 선발된 클론의 염기서열 결정 2> Determination of Sequence of Selected Clones

상기 <실시예 1>에서 분리된 cDNA 클론을 pBluescript Ⅱ SK(+)의 BamHI 위치에 삽입하였다. 염기서열 결정을 위해, 엑소뉴클레이즈 Ⅲ(exonuclease Ⅲ)를 사용하는 염기서열 결정용 결실 키트(deletion kit for kilo-sequencing, Takara, 일본)을 이용하여 한쪽 방향 결실 계열을 제작하였다. 한쪽 방향으로 절삭된 클론들의 염기서열 결정은 시쿼네이즈(Sequenase version 2.0, United States Biochemical Cooperation, 미국)를 사용하여 생거(Sanger)의 다이디옥시 사슬 종결법(Sanger 등, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 74:5463, 1977)으로 수행하였다.The cDNA clone isolated in <Example 1> was inserted into the Bam HI position of pBluescript II SK (+). For sequencing, unidirectional deletion sequences were prepared using a deletion kit for kilo-sequencing (Takara, Japan) using exonuclease III. Sequence determination of clones cleaved in one direction was performed by Sanger et al. (Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci) using Sequenase version 2.0 (United States Biochemical Cooperation, USA). USA 74: 5463, 1977).

그 결과, 상기 방법을 통해 결정된 염기서열 중 NtLHS1으로 명명된 cDNA 클론은 전장(full length)의 ORF(open reading frame)를 포함하고 있었으며, 상기 ORF의 서열은 서열번호 1에 기재된 바와 같고, 이로부터 번역된 159개의 아미노산 서열은 서열번호 2에 기재된 바와 같다.
As a result, the cDNA clone named NtLHS1 among the nucleotide sequences determined by the above method contained a full length open reading frame (ORF), and the sequence of the ORF was as described in SEQ ID NO: 1, from which The translated 159 amino acid sequences are as described in SEQ ID NO: 2.

<< 실시예Example 3>  3> NtLHS1NtLHS1 유전자를 포함하는 식물체 형질전환용 발현 벡터의 제조 Preparation of Expression Vector for Plant Transformation Comprising Genes

NtLHS1 유전자의 단백질 기록 부위를 식물체의 염색체 내로 삽입하여 발현시키기 위하여, pBluescript SK(-)/NtLHS1 벡터에서 NtLHS1의 ORF(open reading frame)의 양쪽 바깥 부위의 염기서열을 따라 제조된 정방향 프라이머(5'-ATATGGATCCATGTCTCTGATTCCAAGCTT-3'; 서열번호: 3, 밑줄 친 부분은 식물체 형질전환벡터에 ORF를 도입하기 위하여 ORF 바깥쪽으로 BamHI 제한효소를 만들기 위하여 추가된 부분을 나타냄) 및 역방향 프라이머(5'-ATATGGATCCCTAATGGTCTCTACAGTTACCG-3'; 서열번호: 4, 밑줄 친 부분은 식물체 형질전환벡터에 ORF를 도입하기 위하여 ORF 바깥쪽으로 BamHI 제한효소를 만들기 위하여 추가된 부분을 나타냄)를 사용하여 NtLHS1의 ORF를 증폭하였다. 제조된 프라이머에는 제한효소 BamHI 위치가 있어 PCR 증폭 후 BamHI로 절단하여 식물체 형질전환벡터의 BamHI 위치에 삽입이 가능하게 하였다. PCR 증폭된 DNA는 BamHI 처리하고 아가로즈 겔에 전기영동 하였고 단백질 기록 부위에 해당되는 위치의 DNA 절편을 GeneClean Ⅱ 키트(Bio 101, 미국)를 사용하여 아가로즈 겔로부터 순수 분리하였다. 순수 분리한 DNA 절편을 식물체 형질전환용 벡터인 pBKS1-1(Suh M.C. et al., Molecules and Cells , 4, 211-219, 1994)의 BamHI 위치에 T4 DNA 접합효소를 이용하여 19℃에서 8시간 동안 반응시켜 부착시킴으로써 NtLHS1 유전자의 식물체 형질전환용 발현벡터 pBKS1-1/NtLHS1를 제조하였다(도 1)(Sambrook, J. Fritsch, E.F. and Maniatis, T., Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2nd Ed., 1989). PBluescript SK (-) / NtLHS1 to express and insert the protein recording site of the NtLHS1 gene into the chromosome of a plant Of NtLHS1 vector ORF (open reading frame) of a forward primer (5'-ATAT GGATCC ATGTCTCTGATTCCAAGCTT-3 ' produced according to the nucleotide sequence of both the outer portion of; SEQ ID NO: 3, the underlined part of the ORF in the plant transformation vector It represents the added portion to create a Bam HI restriction enzyme to introduce the outside ORF) and the reverse primer (5'-ATAT GGATCC CTAATGGTCTCTACAGTTACCG-3 '; SEQ ID NO: 4; underlined portion is introduced into a plant transformation vector ORF To show the added portion to make the Bam HI restriction enzyme out of the ORF) to amplify the ORF of NtLHS1 . The prepared primers include restriction enzyme Bam HI position it was possible to insert a Bam HI position of the transformed plant transformation vector was cut with Bam HI and then PCR amplification. PCR amplified DNA was treated with Bam HI and electrophoresed on agarose gel, and DNA fragments corresponding to protein recording sites were purified from agarose gel using GeneClean II kit (Bio 101, USA). The pure DNA fragment was isolated from plant transformation vector pBKS1-1 (Suh MC et al. , Molecules and The expression vector pBKS1-1 / NtLHS1 for plant transformation of the NtLHS1 gene was prepared by attaching to the Bam HI position of Cells , 4, 211-219, 1994 for 8 hours at 19 ° C. using T4 DNA conjugated enzyme. 1) (Sambrook, J. Fritsch, EF and Maniatis, T., Molecular Cloning : A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2nd Ed., 1989).

상기 발현벡터 내에 NtLHS1 유전자의 단백질 기록부위가 pBKS1-1이 가지고 있는 CaMV35S 프로모터와 노팔린 합성효소(nopaline synthase)의 종결부위 사이에 올바르게 삽입된 것을 확인하기 위하여, pBKS1-1/NtLHS1를 DNA 시료로 준비하고 CaMV35S 프로모터의 3' 말단 부위를 프라이머를 이용하여 샹거(Sanger) 등의 다이디옥시 사슬 종결법에 기초한 automatic DNA sequencer(ABI 3730; Applied Bio-systems, 미국)를 사용하여 확인하였다. In order to confirm that the protein recording site of the NtLHS1 gene was correctly inserted between the CaMV35S promoter and the end of the nopaline synthase in the expression vector, pBKS1-1 / NtLHS1 was used as a DNA sample. The 3 'terminal portion of the CaMV35S promoter was prepared and identified using an automatic DNA sequencer (ABI 3730; Applied Bio-systems, USA) based on a didioxy chain termination method of Sanger et al. Using primers.

그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이 NtLHS1 유전자가 센스 방향으로 삽입되어 있음을 확인하였다(도 1).
As a result, it was confirmed that the NtLHS1 gene was inserted in the sense direction as shown in FIG. 1 (FIG. 1).

<< 실시예Example 4>  4> pBKS1pBKS1 -1/-One/ NtLHS1NtLHS1 발현벡터의 식물체로의 형질전환 Transformation of Expression Vectors into Plants

상기 <실험예 3>에서 제조한 pBKS1-1/NtLHS1 발현벡터를 아그로박테리움투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) LBA4404에 도입하였다. 구체적으로 20 mM CaCl2를 처리하여 제조한 형질전환 수용 세포(transformation competent cell)에 DNA를 첨가하여 얼음에서 30분간 반응시킨 후 액체 질소에 1분간 방치하였다. 이것을 37℃ 수조에서 5분간 처리하여 녹인 후 1 ㎖ YEP 배지를 첨가하여 28℃에서 200 rpm으로 5시간 배양한 후 12,000 rpm으로 원심분리하여 아그로박테리움을 침전시켰다. 침전된 아그로박테리움을 0.1 ㎖ YEP 배지에 재현탁하여 카나마이신(kanamycin)이 함유된 LB 고체 배지에 도말하여 28℃에서 배양하였다(An G., Methods in Enzymology , 153, 292-305, 1987). 카나마이신 배지에서 콜로니를 형성한 형질전환 균주를 이용하여 상추에 형질전환 과정을 수행하였다.The pBKS1-1 / NtLHS1 expression vector prepared in <Experimental Example 3> was Agrobacterium tumefaciens ( Agrobacterium tumefaciens ) was introduced into LBA4404. Specifically, DNA was added to a transforming competent cell prepared by treating 20 mM CaCl 2 , followed by reaction on ice for 30 minutes, and then left in liquid nitrogen for 1 minute. The solution was dissolved in a 37 ° C. water bath for 5 minutes, dissolved, and then incubated with 1 ml YEP medium for 5 hours at 28 ° C. at 200 rpm, followed by centrifugation at 12,000 rpm to precipitate Agrobacterium. Precipitated Agrobacterium was resuspended in 0.1 ml YEP medium and plated in LB solid medium containing kanamycin and incubated at 28 ° C. (An G., Methods in Enzymology , 153, 292-305, 1987). Transformation process was performed on lettuce using a transforming strain that formed colonies in kanamycin medium.

pBKS1-1/NtLHS1 발현벡터가 형질전환된 아그로박테리움 투메파시엔스 현탁액에 상추(Lactuca sativa L. cv. 청치마)의 어린 단계의 하배축 절편을 암 상태에서 48시간 혼합시켜 배양한 후(Suh M.C., Hong C.B., et al ., Molecules and Cells, 4, 211-219. 1994), BAP 2.0 ㎎/ℓ, NAA 0.1 ㎎/ℓ, 카나마이신(kanamycin) 100 ㎎/ℓ 및 세포탁심(cefotaxim) 100 ㎎/ℓ가 함유된 MS 줄기 유도배지(Murashige T. and Skoog F., Physiol . Plant ., 15, 473-497, 1962)에서 4 내지 6주 동안 기내 배양하였다. 상기 기내배양에 의해 줄기가 유도되면 이를 다시 카나마이신이 200 ㎎/ℓ 함유된 MS 뿌리 유도배지(Murashige T. and Skoog F., Physiolia Plantarum ., 15, 473-497, 1962)로 옮겨 기내 배양하였다. 뿌리가 유도된 식물체를 토양으로 옮겨 심었으며, 자연광 하에서 온도가 25 ± 2℃로 유지되고 외부와 이중창에 의해서 차단된 온실에서 재배하여 성장과 개화 및 자가수분에 따른 종자의 발달 과정을 분석하였다. 종자가 성숙되면 이를 수확하여 실온에서 2주일간 건조시킨 후 4℃에 보관하였다.
Agrobacterium tumefaciens transformed with pBKS1-1 / NtLHS1 expression vector Suspension lettuce ( Lactuca sativa L. cv. After incubation for 48 hours in the young stage of hypocotyl section of the blue stage (Suh MC, Hong CB, et) al ., Molecules and Cells , 4, 211-219. 1994), MS stem induction medium (Murashige T. and Skoog F., Physiol ) containing BAP 2.0 mg / l, NAA 0.1 mg / l, kanamycin 100 mg / l and cefotaxim 100 mg / l . Plant., in-flight and cultured for 4 to 6 weeks at 15, 473-497, 1962). When the stem is induced by the in-flight culture, MS root induction medium containing 200 mg / L of kanamycin again (Murashige T. and Skoog F., Physiolia) Plantarum ., 15, 473-497, 1962). Root-derived plants were transferred to the soil, and were grown in a greenhouse maintained at 25 ± 2 ℃ under natural light and blocked by outside and double glazing, and analyzed the development process of seeds according to growth, flowering, and self-pollination. When the seeds matured, they were harvested, dried at room temperature for 2 weeks, and then stored at 4 ° C.

<< 실시예Example 5>  5> pBKS1pBKS1 -1/-One/ NtLHS1NtLHS1 발현 형질전환 식물체의 확인 Identification of Expressing Transgenic Plants

형질전환 과정을 거쳐 생성된 상추는 RNA 블롯 분석을 수행하여 도입하고자 한 NtLHS1의 발현이 목표한 바와 같이 이루어졌는지를 확인하였다. 구체적으로 상추로부터의 RNA 추출은 Cho 및 Hong(Cho and Hong, J. Plant Biol . 47:149-159, 2004)의 방법을 참조하였으며 방법은 하기와 같다. 식물체를 액체 질소로 냉동한 후, 막자사발로 갈아 분말로 제조하였다. 분말에 세포용해 완충액(lysis buffer: 25 mM Tris-Cl pH 8.0, 50 mM LiCl, 35 mM EDTA, 35 mM EGTA, 0.5% SDS)을 첨가하고 강하게 교반하여 혼합하였다. 이후 동량의 페놀(phenol)을 첨가한 후 강하게 교반하였다. 이후 1/4 부피의 클로로포름(chloroform)을 추가적으로 첨가하고 강하게 교반하여 골고루 혼합시키고 20℃에서 6,000 g으로 15분간 원심분리를 수행하였다. 원심분리 후 상등액을 취하고 동량의 4 M LiCl 용액을 첨가하고 원심분리기(microcentrifuge)로 4℃에서 15,000 rpm으로 15분간 원심분리하여 RNA를 침전물로 수확하였다. RNA를 포름알데히드-아가로스 젤(formaldehyde-agarose gel) 전기영동으로 크기에 따라 분리하고 하이본드-N 막으로 블롯팅하였다(Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2nd Ed., 1989). RNA 블롯 막은 α-32P-dCTP로 표지된 NtLHS1으로 혼성화(hybridization)되었다. 혼성화방법은 Sambrook등의 방법(Sambrook, J. et al ., Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2nd Ed., 1989)을 참조하였으며, 방법은 하기와 같다. 막은 용액[0.5 M sodium phosphate, pH 7.2, 7%(w/v) SDS 및 1 mM EDTA(pH 7.0)]에서 전-혼성화(prehybridization)되었고, 여기에 32P-dCTP로 표지된 NtLHS1를 첨가하고 65℃에서 16-22 시간 동안 혼성화하였다. 혼성화된 막은 1X SSPE, 0.1% SDS 용액으로 65℃에서 세척하고 X-ray 필름에 감광시켰다(Sambrook J., Fritsch E.F., and Maniatis T., Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2nd Ed., 1989).Lettuce generated through the transformation process was performed by RNA blot analysis to confirm that the expression of NtLHS1 to be introduced was made as intended. Specifically, RNA extraction from lettuce was performed by Cho and Hong (Cho and Hong, J. Plant). Biol . 47: 149-159, 2004). The plants were frozen in liquid nitrogen and then ground with a mortar to prepare powder. Lysis buffer (lysis buffer: 25 mM Tris-Cl pH 8.0, 50 mM LiCl, 35 mM EDTA, 35 mM EGTA, 0.5% SDS) was added to the powder and mixed by vigorous stirring. Since the same amount of phenol (phenol) was added and then vigorously stirred. Thereafter, an additional 1/4 volume of chloroform was added and mixed with vigorous stirring, and centrifuged for 15 minutes at 6,000 g at 20 ° C. After centrifugation, the supernatant was taken, an equal amount of 4 M LiCl solution was added, and RNA was harvested as a precipitate by centrifugation at 15,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. with a microcentrifuge. RNA was isolated according to size by formaldehyde-agarose gel electrophoresis and blotted with a high-bond-N membrane (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning : A laboratory manual, Cold Spring Harbor). Laboratory Press, 2nd Ed., 1989). RNA blot membranes were hybridized with NtLHS1 labeled with α- 32 P-dCTP. Hybridization methods are described by Sambrook et al. (Sambrook, J. et. al ., Molecular Cloning : A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2nd Ed., 1989). The membranes were prehybridized in solution [0.5 M sodium phosphate, pH 7.2, 7% (w / v) SDS and 1 mM EDTA, pH 7.0), to which NtLHS1 labeled 32 P-dCTP was added Hybridization at 65 ° C. for 16-22 hours. Hybridized membranes were washed at 65 ° C. with 1 × SSPE, 0.1% SDS solution and exposed to X-ray films (Sambrook J., Fritsch EF, and Maniatis T., Molecular Cloning : A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2nd) Ed., 1989).

그 결과 도 2에 나타낸 바와 같이, 센스 방향으로 pBKS1 -1/ NtLHS1가 도입되어 형질전환된 상추 식물체에서 분석된 12 라인의 상추 식물체 중 11 라인에서 강력한 RNA blot 결과를 확인하였고, 야생형과 벡터만이 도입된 식물체로부터는 공히 RNA blot 결과가 음성을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서, 생성된 식물체는 NtLHS1의 발현이 이루어진 형질전환 식물체임을 확인하였다(도 2).
As a result, as shown in Figure 2, pBKS1 -1 / NtLHS1 was introduced in the sense direction and confirmed the strong RNA blot results in 11 of 12 lines of lettuce plants analyzed in the transformed lettuce plants, wild type and vector only From the introduced plants, it was confirmed that the RNA blot result was negative. Therefore, it was confirmed that the resulting plant is a transgenic plant in which the expression of NtLHS1 is made (FIG. 2).

<< 실시예Example 6>  6> pBKS1pBKS1 -1/-One/ NtLHS1NtLHS1 발현 형질전환 식물체의 동해 내성 분석 East Sea Tolerance Analysis of Expressing Transgenic Plants

상기 <실시예 5>에서 확인한 NtLHS1의 발현이 확인된 형질전환 식물체는 온실에서 유지되며 자가수분을 유도하여 종자를 수확하였다(T1 세대). 그리고 수확된 종자를 카나마이신이 함유된 MS-배지에서 발아시켜 키워 초록색으로 변하는 유식물을 골라 파종하여 식물체를 얻고 이를 대상으로 동해 내성의 증가 여부를 확인하는 생체 분석 실험을 수행하였다. 구체적으로 동해에 대한 내성의 증가를 확인하기 위한 생체 분석은 다음과 같이 수행되었다. 버미큘라이트-토양에서 자란 잎이 6-8개 난 어린 상추 식물체를 냉동고(Sanyo JP/MDF-u2086S 일본)에서 -4℃와 -8℃로 1시간 또는 2시간 동해스트레스를 가하였다. 동해 처리가 끝난 식물체는 25℃, 16 시간의 광주기가 유지되는 배양실에서 5일간 방치하였다. 방치 후 shoot의 생체량을 측정하고 NtLHS1이 도입된 형질전환 식물체와 pBKS1-1 벡터만이 도입된 형질전환체 간의 무게를 비교함으로써 형질전환 식물체의 내동성 증진 여부를 확인하였다(표 1의 수치는 한 번의 측정에 8개체를 사용하였으며, 모두 세 번의 측정을 한 후 평균치와 standard error를 계산). The transgenic plant confirmed the expression of NtLHS1 confirmed in <Example 5> was maintained in the greenhouse and harvested seeds by inducing self-pollination (T 1 generation). The harvested seeds were germinated in MS-medium containing kanamycin, grown, picked and planted by turning green seedlings to obtain plants, and then subjected to bioassay experiments to determine whether the East Sea resistance was increased. Specifically, a bioassay to confirm the increase of resistance to the East Sea was performed as follows. Six to eight young lettuce plants grown in vermiculite-soil were subjected to East Sea stress for 1 or 2 hours at -4 ° C and -8 ° C in a freezer (Sanyo JP / MDF-u2086S Japan). The plants were treated for 5 days in a culture room maintained at 25 ℃, 16 hours photoperiod. Measuring the biomass of the shoot and then allowed to stand, and it was confirmed whether or not Freezing increase of transgenic plants by comparing the liver weight of the transgenic plants and transformed NtLHS1 introduced pBKS1-1 vector only and the introduction (figures in Table 1 are the Eight objects were used for one measurement, and all three measurements were taken to calculate the mean and standard error.

그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이 NtLHS1이 도입되어 발현된 형질전환 식물체는 벡터만이 도입된 식물체에 비해 약 20-112%의 생체량 증가가 확인되어 동해 내성이 증진되었음을 확인하였다(표 1).
As a result, the NtLHS1 is introduced as shown in Table 1, the expressed transgenic plant is a biomass increase of about 20-112% compared to determine the vector only and the introduction of the plant was confirmed that the resistance East enhancement (Table 1).

온도Temperature 처리 시간Processing time 대조구 비
생체량 증가율(%)
Control rain
Biomass Growth Rate (%)
비고Remarks

25℃

25 ℃

배양온도

Incubation temperature

6.4 + 2.3

6.4 + 2.3
배양실에서 생육한 NtLHS1 형질전환체와 벡터 형질전환체의 shoot 생체량 비교치Comparison of shoot biomass of NtLHS1 transformant and vector transformant grown in culture chamber

4℃

4 ℃

5일

5 days

24.1 + 3.9

24.1 + 3.9
배양실에서 생육한 NtLHS1 형질전환체와 벡터 형질전환체를 4℃ 저온실에서 16시간 광주기를 유지하며 5일간 배양하고 shoot 생체량 비교치 NtLHS1 transformants and vector transformants grown in the culture chamber were incubated for 5 days with a 16-hour photoperiod in a low-temperature room at 4 ℃, and compared to shoot biomass.


-4℃


-4 ℃

1시간

1 hours

20.5 + 15.6

20.5 + 15.6
배양실에서 생육한 NtLHS1 형질전환체와 벡터 형질전환체를 -4℃ 냉동고에서 1시간 또는 2시간 동해 처리를 하고 배양실로 옮겨 5일간 배양한 후 측정한 생체량 비교치Comparison of biomass measured after NtLHS1 transformant and vector transformant grown in culture chamber for 1 hour or 2 hours in -4 ℃ freezer, and transferred to the culture chamber for 5 days
2시간2 hours 94.9 + 19.894.9 + 19.8

-8℃


-8 ℃

1시간

1 hours

110.6 + 20.4

110.6 + 20.4
배양실에서 생육한 NtLHS1 형질전환체와 벡터 형질전환체를 -8℃ 냉동고에서 1시간 또는 2시간 동해 처리를 하고 배양실로 옮겨 5일간 배양한 후 측정한 생체량 비교치Comparison of biomass measured after NtLHS1 transformant and vector transformant grown in culture chamber for 1 hour or 2 hours in -8 ℃ freezer and transferred to the culture chamber for 5 days
2시간2 hours 112.1 + 25.6112.1 + 25.6

<110> Seoul national university R and DB foundation <120> A preparation method of freezing-tolerant plant by a recombinant DNA technology <130> 11p-01-33 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 480 <212> DNA <213> Nicotiana tabacum <400> 1 atgtcttcga ttccaagctt ctttgatggc cgcaggagca acatcttcga tccattctcc 60 ctcaacatat gggatccttt cgagggcttc cctttctccg gcacggtcgc caacattcca 120 acctctactc gtgaaaccgc tgctttctcg agtgctcgaa ttgattggaa agagacccca 180 gaatcccatg tctttaaggt ggatcttcct ggaattaaga aagaggaggt gaaggtggag 240 gtagaagaag gaagagttct acaaattagt ggcgagagaa gcagagagca agaggagaag 300 aacgataaat ggcacagcat ggagaggagc agcggaaagt tccttaggag gtttaggttg 360 ccggagaata tcaaaatgga agagattaag gcaactatgg agaatggggt gctcactgtg 420 actgtcccaa aaatggagga aaagaaacct gaggtgaagg ccattgacat ctctggttaa 480 480 <210> 2 <211> 159 <212> PRT <213> Nicotiana tabacum <400> 2 Met Ser Leu Ile Pro Ser Phe Phe Asp Gly Arg Arg Ser Asn Ile Phe 1 5 10 15 Asp Pro Phe Ser Leu Asn Ile Trp Asp Pro Phe Glu Gly Phe Pro Phe 20 25 30 Ser Gly Thr Val Ala Asn Ile Pro Thr Ser Thr Arg Glu Thr Ala Ala 35 40 45 Phe Ser Ser Ala Arg Ile Asp Trp Lys Glu Thr Pro Glu Ser His Val 50 55 60 Phe Lys Val Asp Leu Pro Gly Ile Lys Lys Glu Glu Val Lys Val Glu 65 70 75 80 Val Glu Glu Gly Arg Val Leu Gln Ile Ser Gly Glu Arg Ser Arg Glu 85 90 95 Gln Glu Glu Lys Asn Asp Lys Trp His Ser Met Glu Arg Ser Ser Gly 100 105 110 Lys Phe Leu Arg Arg Phe Arg Leu Pro Glu Asn Ile Lys Met Glu Glu 115 120 125 Ile Lys Ala Thr Met Glu Asn Gly Val Leu Thr Val Thr Val Pro Lys 130 135 140 Met Glu Glu Lys Lys Pro Glu Val Lys Ala Ile Asp Ile Ser Gly 145 150 155 <210> 3 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for ORF amplification <400> 3 atatggatcc atgtctctga ttccaagctt 30 <210> 4 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for ORF amplification <400> 4 atatggatcc ctaatggtct ctacagttac cg 32 <110> Seoul national university R and DB foundation <120> A preparation method of freezing-tolerant plant by a recombinant          DNA technology <130> 11p-01-33 <160> 4 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 480 <212> DNA <213> Nicotiana tabacum <400> 1 atgtcttcga ttccaagctt ctttgatggc cgcaggagca acatcttcga tccattctcc 60 ctcaacatat gggatccttt cgagggcttc cctttctccg gcacggtcgc caacattcca 120 acctctactc gtgaaaccgc tgctttctcg agtgctcgaa ttgattggaa agagacccca 180 gaatcccatg tctttaaggt ggatcttcct ggaattaaga aagaggaggt gaaggtggag 240 gtagaagaag gaagagttct acaaattagt ggcgagagaa gcagagagca agaggagaag 300 aacgataaat ggcacagcat ggagaggagc agcggaaagt tccttaggag gtttaggttg 360 ccggagaata tcaaaatgga agagattaag gcaactatgg agaatggggt gctcactgtg 420 actgtcccaa aaatggagga aaagaaacct gaggtgaagg ccattgacat ctctggttaa 480                                                                          480 <210> 2 <211> 159 <212> PRT <213> Nicotiana tabacum <400> 2 Met Ser Leu Ile Pro Ser Phe Phe Asp Gly Arg Arg Ser Asn Ile Phe   1 5 10 15 Asp Pro Phe Ser Leu Asn Ile Trp Asp Pro Phe Glu Gly Phe Pro Phe              20 25 30 Ser Gly Thr Val Ala Asn Ile Pro Thr Ser Thr Arg Glu Thr Ala Ala          35 40 45 Phe Ser Ser Ala Arg Ile Asp Trp Lys Glu Thr Pro Glu Ser His Val      50 55 60 Phe Lys Val Asp Leu Pro Gly Ile Lys Lys Glu Glu Val Lys Val Glu  65 70 75 80 Val Glu Glu Gly Arg Val Leu Gln Ile Ser Gly Glu Arg Ser Arg Glu                  85 90 95 Gln Glu Glu Lys Asn Asp Lys Trp His Ser Met Glu Arg Ser Ser Gly             100 105 110 Lys Phe Leu Arg Arg Phe Arg Leu Pro Glu Asn Ile Lys Met Glu Glu         115 120 125 Ile Lys Ala Thr Met Glu Asn Gly Val Leu Thr Val Thr Val Pro Lys     130 135 140 Met Glu Glu Lys Lys Pro Glu Val Lys Ala Ile Asp Ile Ser Gly 145 150 155 <210> 3 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for ORF amplification <400> 3 atatggatcc atgtctctga ttccaagctt 30 <210> 4 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for ORF amplification <400> 4 atatggatcc ctaatggtct ctacagttac cg 32

Claims (10)

서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1(Nicotiana tabacum low molecular weight heat-shock protein) 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 동해 내성을 갖는 형질전환 상추.
NtLHS1 (Nicotiana tabacum low molecular weight heat-shock protein) having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Gene Transgenic lettuce having East Sea resistance transformed with an expression vector comprising.
삭제delete 삭제delete 제 1항의 형질전환 상추의 자손 또는 클론인 상추.
Lettuce which is a progeny or clone of the transgenic lettuce of claim 1.
제 1항의 형질전환 상추의 종자, 열매, 이삭, 괴경, 괴근, 주, 캘러스 또는 원형질체.
Seed, fruit, ear, tuber, tuber, strain, callus or protoplast of claim 1 transgenic lettuce.
1) 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 NtLHS1(Nicotiana tabacum low molecular weight heat-shock protein) 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;
2) 단계 1)에서 제조한 발현벡터로 상추의 세포를 형질전환시키는 단계; 및
3) 단계 2)에서 제조된 형질전환된 상추세포를 조직배양하여 재분화하는 단계를 포함하는 동해 내성을 갖는 형질전환 상추의 제조방법.
1) NtLHS1 (Nicotiana tabacum low molecular weight heat-shock protein) having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Gene Preparing an expression vector comprising;
2) transforming the cells of lettuce with the expression vector prepared in step 1); And
3) A method of preparing a transgenic lettuce having resistance to the East Sea comprising the step of tissue culture and re-differentiation of the transformed lettuce cells prepared in step 2).
제 6항에 있어서, 상기 발현벡터는 pBKS1-1인 것을 특징으로 하는 동해 내성을 갖는 형질전환 상추의 제조방법.
The method of claim 6, wherein the expression vector is pBKS1-1.
제 6항에 있어서, 상기 형질전환은 아그로박테리움(Agrobacterium) 매개 형질전환 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 동해 내성을 갖는 형질전환 상추의 제조방법.









7. The method according to claim 6, wherein the transformation is carried out using an Agrobacterium mediated transformation technique.









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