KR101322319B1 - A method increasing tiller numbers of plants using hox10 gene - Google Patents

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윤인선
김범기
나종국
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Abstract

PURPOSE: A method for increasing plant body tiller number by using HOX10 gene is provided to supply transgenic plant, thereby realizing improvement of productivity, and smooth supply of agricultural product. CONSTITUTION: A method for increasing plant body tiller number comprises the step of increasing HOX10 protein level in cell which has sequence number 2 of amino acid sequence. To increase the level in cell, the gene coding the protein is overexpressed. The gene has base sequence represented by sequence number 1, or base sequence of 411-2930 in sequence number 1. A method of overexpressing the gene comprises the step of transforming the plant cell by the recombinant expression vector which operationally connects the gene to the promoter.

Description

HOX10 유전자를 이용하여 식물체 분얼수를 증가시키는 방법{A Method Increasing Tiller numbers of Plants Using HOX10 Gene}A Method Increasing Tiller numbers of Plants Using HOX10 Gene}

본 발명은 식물체의 분얼수를 증가시키는 유전자를 선별하고, 이러한 유전자를 이용해 식물체의 분얼수를 증가시키는 방법, 및 이러한 방법으로 제작된 형질전환 식물체에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for selecting genes that increase the number of grains of a plant, increasing the number of grains of a plant using such genes, and a transgenic plant produced by the method.

분얼은 벼과식물에서 줄기 아래쪽에 있는 마디의 겨드랑이눈이 자라서 여러 개의 줄기를 이루는 것을 말한다. 포기벌기라고도 한다. 벼과식물의 밑동에는 여러 개의 줄기가 있으며 각 줄기에서 겨드랑이눈이 나오는데 이것을 분얼눈이라 하며 분얼눈은 발달하여 줄기의 잎집에 덮여 자라며 그 끝에서 밖으로 뻗는다. 밑동에서 나온 분얼을 1차분얼이라 하는데, 1차분얼의 줄기마디에서 2차분얼이 나온다. 이렇게 하여 제34차 분얼까지 나오는 경우가 있다. 벼보리 등에서는 보통 재배법으로 한 개체에서 4~10개의 분얼이 나오는데, 이삭이 생기는 분얼을 유효분얼, 성장이 약해서 이삭이 달리지 않는 분얼을 무효분얼이라고 한다. 밑동의 윗마디에서 나오는 분얼이나 제23차 분얼은 무효분얼이 되기 쉽다. 분얼의 수는 품종에 따라서도 다르지만 일조부족, 토양의 수분 과부족, 저온, 만식(晩植), 밀식(密植) 등으로 인하여 적어지며, 유효분얼이 적은 경우에는 수확량이 감소된다. 분얼수는 벼과식물의 수량 관련 요소 중 가장 중요한 이삭의 수를 결정하므로, 분얼수 조절에 관한 관심이 지대하다. Bundle refers to the growth of the armpits of the nodes under the stems in rice plants to form several stems. Also called abandonment. There are several stems in the base of the rice plant, and the axillary eyes come out from each stem, which is called the caudal eye, which is developed, covered with the leaf leaf of the stem, and extends outward from the end. The first bullet is called the first bullet, and the second bullet comes from the stem of the first bullet. In this way, the 34th bullet may come out. In rice barley, etc., 4-10 grains are usually produced from a single cultivation method. The grains that grow ears are called effective grains, and the grains that do not grow due to weak growth are called invalid grains. The bullet from the upper section of the base or the 23rd bullet is likely to become invalid. The number of powders varies depending on the variety, but decreases due to lack of sunshine, lack of moisture in the soil, low temperature, full meal and wheat, and the yield is reduced when there is little effective powder. Since the number of grains determines the number of ear of the most important factor related to the yield of rice plants, there is great interest in the number of grains.

이에, 본 발명자들은 식물체의 분얼수 증가 방법에 관해 연구를 하던 중, HOX10 유전자가 식물체의 분얼수를 조절할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Thus, the inventors of the present invention, while studying the method of increasing the number of the number of plants in the plant, confirmed that the HOX10 gene can control the number of plants in the plant and completed the present invention.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 HOX10 유전자를 이용하여 벼를 포함하는 식물체의 분얼수를 증가시켜, 식물체 생산성을 향상시키고 농산물의 원활한 공급이 가능하도록 하는 데에 있다.
Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to increase the number of grains of plants containing rice using the HOX10 gene, to improve the productivity of the plant and to enable the smooth supply of agricultural products.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 일 양태로 본 발명은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 HOX10 단백질의 세포 내 수준(level)을 증가시켜 식물체의 분얼수를 증가시키는 방법을 제공한다.
In order to achieve the above technical problem, in one aspect, the present invention provides a method for increasing the number of minutes of plants by increasing the intracellular level of the HOX10 protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.

상기 "세포 내 수준"이란 세포 내에 존재하는 양을 말하는 것으로, 이는 당업자에게 공지된 여러 방법으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 세포 내 수준은 전사 단계에서의 조절 또는 전사 후 단계에서의 조절을 통해 조절될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전사 단계에서의 조절은 당업자에게 공지된 유전자의 발현을 증진시키기 위한 방법, 예를 들면, 프로모터에 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 HOX10 단백질을 코딩하는 HOX10 유전자 또는 이들에 대한 상동 유전자를 연결한 재조합 발현벡터를 제조하여 상기 유전자의 발현을 증진시키는 방법 또는 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 HOX10 단백질을 코딩하는 HOX10 유전자 또는 이들에 대한 상동 유전자의 주변에 상기 유전자의 발현이 증진되도록 하는 발현조절서열을 삽입하는 방법 등에 의해 수행될 수 있다. 전사 후 단계에서의 조절은 당업자에게 공지된 단백질 발현을 증진시키기 위한 방법, 예를 들면, 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 HOX10 단백질 또는 이의 기능적 동등물의 HOX10 유전자를 주형으로 전사된 mRNA의 안정성을 증진하는 방법, 단백질의 안정성을 증진하는 방법 또는 단백질의 활성을 증진하는 방법 등에 의해 수행될 수 있다. The "intracellular level" refers to the amount present in a cell, which can be controlled by various methods known to those skilled in the art. For example, intracellular levels can be regulated through, but not limited to, regulation at the transcriptional stage or regulation at the post-transcriptional stage. Modulation at the transcriptional stage is a method for enhancing the expression of genes known to those skilled in the art, for example, linking a HOX10 gene encoding a HOX10 protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 to a promoter or a homologous gene thereto A method of preparing a recombinant expression vector to enhance the expression of the gene or to enhance the expression of the gene around the HOX10 gene encoding the HOX10 protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a homolog thereof It may be carried out by the method of inserting expression control sequences. Modulation at the post-transcriptional stage is a method for enhancing protein expression known to those of skill in the art, for example, the stability of mRNA transcribed into the HOX10 gene of the HOX10 protein having a amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a functional equivalent thereof. It can be carried out by a method for enhancing the activity, a method for enhancing the stability of the protein or a method for enhancing the activity of the protein.

바람직하게는, 본 발명에서 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질 또는 이와 동등물의 세포 내 수준을 증가시키는 것은 상기 단백질을 암호화하는 유전자를 과발현시키는 방법에 의해 수행될 수 있다. 이러한 과발현은 당업자에게 공지된 방법을 사용할 수 있으나, 예를 들면, 프로모터에 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질 또는 이와 동등물을 암호화하는 유전자, 바람직하게 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 유전자 또는 이의 CDS(coding sequence)인 서열번호 1의 411-2930번 유전자를 작동 가능하게 연결한 재조합 발현벡터를 제조하여 그 발현을 증진시킬 수 있다.
Preferably, in the present invention, increasing the intracellular level of a protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or an equivalent thereof may be performed by a method of overexpressing a gene encoding the protein. Such overexpression may use methods known to those skilled in the art, but for example, a promoter encoding a protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a gene encoding the equivalent thereof, preferably a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 It is possible to enhance the expression by preparing a recombinant expression vector operably linked to the gene having a gene or its CDS (coding sequence) 411-2930 of SEQ ID NO: 1.

상기 단백질 동등물에는 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질과 상동성을 갖는 상동 단백질이 포함된다. The protein equivalent includes a homologous protein having homology with a protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.

서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질은 NCBI Reference Sequence: Q6TAQ6로, 839개의 아미노산으로 이루어진다.The protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is NCBI Reference Sequence: Q6TAQ6, which is composed of 839 amino acids.

상기 "상동 단백질"이란 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열과 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더욱더 바람직하게는, 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상의 서열 상동성을 갖는 단백질로서 본 발명의 HOX10 단백질과 실질적으로 동질의 기능을 나타내는 단백질을 말한다.The "homologous protein" is preferably at least 80%, more preferably at least 90%, even more preferably at least 95% and most preferably at least 99% of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. As a protein which has, it is the protein which shows the function substantially homogeneous with the HOX10 protein of this invention.

또한, 상기 유전자 동등물에는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 유전자 또는 이의 CDS인 서열번호 1의 411-2930번 유전자와 상동성을 갖는 상동 유전자를 포함한다. In addition, the gene equivalent includes a homology gene having homology with a gene having a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a gene 411-2930 of SEQ ID NO: 1, which is a CDS thereof.

서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 HOX10 유전자, 이의 CDS인 서열번호 1의 411-2930번 유전자 또는 이의 상동 유전자는 단백질을 암호화한다. 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 HOX10 유전자는 NCBI Reference Sequence: NM_001055242로, 3252개의 핵산으로 이루어진다. 3252개의 핵산 중에서 실질적으로 아미노산을 코돈하는 영역은 5‘ 상류영역으로 410bp와 3’ 하류영역의 322bp를 제외하고 2520bp가 실질적으로 HOX10 유전자의 코돈하는 영역이다. 즉, 서열번호 1의 411번부터 2930번까지의 유전자가 CDS이며, 서열번호 1은 UTR을 포함하고 있는 유전자이다.The HOX10 gene having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, the 411-2930 gene of SEQ ID NO: 1, or its homologous gene, which is a CDS thereof, encodes a protein. The HOX10 gene having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 is NCBI Reference Sequence: NM_001055242 and consists of 3252 nucleic acids. Of the 3252 nucleic acids, a region that substantially codons amino acids is a region in which 2520 bp is substantially codon of the HOX10 gene except for 410 bp and 5 322 bp downstream regions of 5 'upstream region. That is, genes 411 to 2930 of SEQ ID NO: 1 are CDS, and SEQ ID NO: 1 is a gene including UTR.

상기 "상동 유전자"란 서열번호 1의 염기서열 또는 서열번호 1의 CDS인 411-2930번 염기서열과 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더욱더 바람직하게는, 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상의 서열 상동성을 갖는 유전자로서 본 발명의 HOX10 유전자와 실질적으로 동질의 기능을 나타내는 유전자를 말한다. 서열 상동성은 당업계에 공지된 방법으로 분석될 수 있다.The "homologous gene" is preferably at least 80%, more preferably at least 90%, even more preferably at least 95%, of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or 411-2930, which is the CDS of SEQ ID NO: 1. Most preferably, a gene having a sequence homology of 99% or more refers to a gene having substantially the same function as the HOX10 gene of the present invention. Sequence homology can be analyzed by methods known in the art.

상기 "실질적으로 동질의 기능"이란 분얼수 증가에 관여하는 것을 의미한다. 상기 기능적 동등물에는, 예를 들어, 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열의 아미노산 중 일부가 치환되거나, 결실 또는 부가된 아미노산 서열 변형체가 포함된다. 아미노산의 치환은 바람직하게는 보존적 치환이다. 천연에 존재하는 아미노산의 보존적 치환의 예는 다음과 같다; 지방족 아미노산(Gly, Ala, Pro), 소수성 아미노산(Ile, Leu, Val), 방향족 아미노산(Phe, Tyr, Trp), 산성 아미노산 (Asp, Glu), 염기성 아미노산 (His, Lys, Arg, Gln, Asn) 및 황함유 아미노산 (Cys, Met). 아미노산의 결실은 바람직하게는 본 발명의 HOX10의 활성에 직접 관여하지 않는 부분에 위치한다. 또한 상기 기능적 동등물의 범위에는 HOX10의 기본 골격 및 이의 생리 활성을 유지하면서 단백질의 일부 화학 구조가 변형된 단백질 유도체도 포함된다. 예를 들어, 본 발명의 단백질의 안정성, 저장성, 휘발성 또는 용해도 등을 변경시키기 위한 구조변경 및 생리활성을 유지하면서 GFP와 같은 다른 단백질과의 융합으로 만들어진 융합단백질 등이 이에 포함된다.The term "substantially homogeneous function" means to be involved in increasing the number of hands. Such functional equivalents include amino acid sequence variants in which some of the amino acids of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 are substituted, deleted or added. Substitution of amino acids is preferably conservative substitution. Examples of conservative substitutions of amino acids present in nature are as follows; (Gly, Ala, Pro), hydrophobic amino acids (Ile, Leu, Val), aromatic amino acids (Phe, Tyr, Trp), acidic amino acids (Asp, Glu), basic amino acids (His, Lys, Arg, Gln, Asn ) And sulfur-containing amino acids (Cys, Met). Deletion of amino acids is preferably located in portions not directly involved in the activity of HOX10 of the invention. In addition, the functional equivalent range includes protein derivatives in which some chemical structures of the protein are modified while maintaining the basic skeleton of HOX10 and its physiological activity. For example, fusion proteins made by fusion with other proteins, such as GFP, while maintaining structural modifications and physiological activities to alter the stability, shelf life, volatility or solubility of the protein of the present invention.

일 실시예에서, 본 발명자들은 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 가지는 유전자 또는 이의 CDS인 서열번호 1의 411-2930번 유전자인 HOX10 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터를 제조하여 벼 세포를 형질전환시킴으로써 HOX10 단백질의 벼 세포 내 발현 수준을 증가시켰다.In one embodiment, the present inventors transform a rice cell by preparing a recombinant expression vector comprising a HOX10 gene, which is a gene having a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a 411-2930 gene of SEQ ID NO: 1, which is a CDS thereof. The expression level of HOX10 protein in rice cells was increased.

또한, 상기 본 발명에 따른 형질전환 유전자로는 서열번호 1의 염기서열을 갖는 유전자 및 이의 CDS인 서열번호 1의 411-2930번 유전자뿐만 아니라, 이들 유전자의 일부 염기가 치환, 결실 또는 부가된 변형서열로서, 본 발명의 서열번호 1의 염기서열 또는 서열번호 1의 411-2930번 염기서열로부터 암호화되는 단백질의 활성, 즉, 식물체의 분얼수 증가와 동등한 정도의 활성을 나타내는 단백질을 코딩하는 염기서열이 사용될 수 있다.
In addition, the transforming gene according to the present invention is a gene having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the 411-2930 gene of SEQ ID NO: 1 of its CDS, as well as a modification in which some bases of these genes are substituted, deleted or added As a sequence, a base sequence coding for a protein that exhibits the activity of a protein encoded from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 411-2930 of SEQ ID NO: This can be used.

본 발명에 따른 상기 HOX10 유전자는 적합한 발현벡터, 즉 재조합 발현벡터 내로 삽입되어 식물 세포를 형질전환할 수 있다. The HOX10 gene according to the present invention can be inserted into a suitable expression vector, ie, a recombinant expression vector, to transform plant cells.

보다 구체적으로, 다른 양태로 본 발명은 또한 대상 식물체의 분얼수를 현저히 증가시키는, 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 HOX10 단백질을 암호화하는 유전자, 또는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 유전자 또는 이의 CDS인 서열번호 1의 411-2930번 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공한다. 보다 바람직하게, 상기 벡터는 도 3의 개열지도를 가질 수 있다. More specifically, in another aspect, the present invention also provides a gene encoding a HOX10 protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, or a gene having a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, which significantly increases the number of particles of a plant of interest. Or it provides a recombinant expression vector comprising a gene 411-2930 of SEQ ID NO: 1 of its CDS. More preferably, the vector may have a cleavage map of FIG. 3.

상기 발현벡터는 본 발명에 따른 유전자가 삽입 또는 도입될 수 있는 당업계에 공지된 플라스미드, 바이러스 또는 기타 매개체를 의미한다. 본 발명에 따른 유전자는 발현조절서열에 작동 가능하게 연결될 수 있으며, 상기 작동 가능하게 연결된 유전자 서열과 발현조절서열은 선택 마커 및 복제 개시점(replication origin)을 같이 포함하고 있는 하나의 발현벡터 내에 포함될 수 있다. 식물 세포 내로 본 발명의 유전자를 도입시키기 위한 적합한 벡터로는 Ti 플라스미드 및 식물 바이러스 벡터가 있다. 가장 바람직하게는 pGA2897 벡터를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 당업자라면 본 발명에 따른 유전자를 도입시키는 데 적합한 벡터를 선택할 수 있다.The expression vector refers to a plasmid, virus or other media known in the art that the gene according to the present invention can be inserted or introduced. The gene according to the present invention may be operably linked to an expression control sequence, and the operably linked gene sequence and expression control sequence may be included in one expression vector including a selection marker and a replication origin. Can be. Suitable vectors for introducing the genes of the invention into plant cells include Ti plasmids and plant viral vectors. Most preferably, pGA2897 vector may be used, but the present invention is not limited thereto, and a person skilled in the art may select a vector suitable for introducing a gene according to the present invention.

상기 "작동 가능하게 연결(operably linked)된다"는 것은 하나의 핵산 단편이 다른 핵산 단편과 결합되어 그의 기능 또는 발현이 다른 핵산 단편에 의해 영향을 받는 것을 말한다.By “operably linked” is meant that one nucleic acid fragment is combined with another nucleic acid fragment so that its function or expression is affected by the other nucleic acid fragment.

상기 "발현조절서열(expression control sequence)"이란 특정한 숙주 세포에서 작동 가능하게 연결된 유전자의 발현을 조절하는 DNA 서열로써, 그러한 조절 서열은 전사를 실시하기 위한 프로모터, 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다. The "expression control sequence" is a DNA sequence that controls the expression of genes operably linked in a particular host cell, such control sequence is a promoter for transcription, any operator sequence for controlling transcription. , Sequences encoding suitable mRNA ribosomal binding sites and sequences that control termination of transcription and translation.

상기 "프로모터"란 특정한 숙주 세포에서 작동 가능하게 연결된 유전자의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미한다. 프로모터로는 모든 시간대에 상시적으로 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터(constitutive promoter) 또는 특정한 위치, 시기에 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터(inducible promoter)를 사용할 수 있으나, 바람직하게 상시적으로 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터를 사용하며, 그 예로는 이에 한정되지는 않으나, 바람직하게 p35S 프로모터를 사용할 수 있다. 또한, 단자엽 식물체나 목본 식물체에서 유전자를 과다발현하기 위해서는 유비퀴틴(ubiquitin) 프로모터를 사용할 수 있다. The term "promoter" refers to a DNA sequence that controls the expression of a gene operably linked in a particular host cell. As a promoter, a promoter (constitutive promoter) which induces the expression of the gene of interest at all times of the day or a promoter (inducible promoter) which induces the expression of the gene of interest at a specific position and time period may be used. A promoter for inducing the expression of a gene is used, and examples thereof include, but are not limited to, a p35S promoter. In addition, the ubiquitin promoter can be used to overexpress genes in monocotyledonous or woody plants.

일 실시예에서, 본 발명자들은 유비퀴틴(ubiquitin) 프로모터가 포함된 벡터 pGA2897에 HOX10 유전자를 삽입하여 제조한 재조합 벡터 HOX10::pGA2897를 제조하였다(도 3).
In one embodiment, we prepared a recombinant vector HOX10 :: pGA2897 prepared by inserting the HOX10 gene into a vector pGA2897 containing a ubiquitin promoter (FIG. 3).

상기 재조합 발현벡터의 식물체로의 도입은 당분야에 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 이에 한정되지는 않으나 아그로박테리움(Agrobacterium sp.)-매개에 의한 방법, 입자 총 충격법(particle gun bombardment), 실리콘 탄화물 위스커(Silicon carbide whiskers), 초음파 처리(sonication), 히트 쇼크법(heat shock), 전기천공법(electroporation) 및 PEG(Polyethylenglycol)에 의한 침전법을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 아그로박테리움-매개에 의한 방법, 즉 본 발명에 따른 발현벡터가 도입된 아그로박테리움을 이용하여 식물 세포를 형질전환시키는 방법을 통해 본 발명의 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
Introduction of the recombinant expression vector into the plant can be used a method known in the art. For example, but not limited to, the Agrobacterium sp.-mediated method, particle gun bombardment, silicon carbide whiskers, sonication, heat shock Precipitation by heat shock, electroporation, and polyethylene glycol (PEG) can be used. In one embodiment of the present invention, a plant cell is transformed into a recombinant vector of the present invention through a method of Agrobacterium-mediated method, ie, a method of transforming plant cells using an Agrobacterium into which an expression vector according to the present invention is introduced. Although transformed, the present invention is not limited thereto.

또 다른 양태로, 본 발명은 상기 HOX10 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a plant transformed with a recombinant expression vector comprising the HOX10 gene.

본 발명의 재조합 발현벡터가 도입되는 식물 세포는 세포가 식물로 재생될 수 있는 한 특정한 형태로 특별히 제한되는 것은 아니다. 이들 세포는, 예를 들면, 배양된 세포 부유물, 원형질체(protoplast), 잎 절편(leaf section) 및 캘러스(callus)를 포함한다. Plant cells into which the recombinant expression vector of the present invention is introduced are not particularly limited to any particular form as long as the cells can be regenerated into plants. These cells include, for example, cultured cell suspensions, protoplasts, leaf sections, and callus.

본 발명에 따른 대상 식물체로는 이에 제한되지 않지만, 벼, 옥수수, 사탕수수, 보리, 및 밀 등이 있을 수 있으며, 바람직하게는 벼이다.The target plant according to the present invention may include, but is not limited to, rice, corn, sugar cane, barley, wheat, and the like, preferably rice.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 분얼수가 증가된 식물체는 서열번호 1의 유전자 또는 이의 CDS인 서열번호 1의 411-2930번 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터로 식물체를 형질전환한 다음 통상적인 방법에 따라 캘러스의 유도, 발근 및 토양 순화의 과정을 통해 수득할 수 있다. More specifically, the plant having an increased number of sesame seeds according to the present invention is transformed into a plant with a recombinant expression vector comprising a gene of SEQ ID NO: 1 or a 411-2930 gene of SEQ ID NO: 1, which is a CDS thereof, followed by callus according to a conventional method. It can be obtained through the process of induction, rooting and soil purification.

일 실시예에서, 본 발명자들은 HOX10 유전자가 포함된 재조합 발현벡터로 아그로박테리움에 히트 쇼크법(heat shock)에 의해 도입시키고 상기 도입된 아그로박테리움을 이용하여 벼에 형질전환시켰다. HOX10 유전자 과발현 형질전환체를 수득해 이의 분얼수 및 표현형을 분석한 결과, 야생형에 비해 형질전환된 벼의 분얼수가 증가하는 특징을 확인할 수 있었다.
In one embodiment, the present inventors were introduced into the Agrobacterium by heat shock with a recombinant expression vector containing the HOX10 gene and transformed into rice using the introduced Agrobacterium. The HOX10 gene overexpressing transformant was obtained and analyzed for its number and phenotype. As a result, it was confirmed that the number of rice grains of the transformed rice increased compared to the wild type.

본 발명은 식물체에서 분얼수를 증가시키는 방법을 제공할 수 있으며, 종국에는 분얼수가 증가된 형질전환 식물체를 제공할 수 있다. 이러한 형질전환 식물체를 공급함으로써 생산성 향상 및 원활한 농산물 공급이 가능하게 될 것이다.
The present invention can provide a method for increasing the number of grains in a plant, and finally can provide a transformed plant having an increased number of grains. By supplying such transgenic plants, it will be possible to improve productivity and to supply agricultural products smoothly.

도 1은 HOX10 유전자의 도메인 분석 결과를 도시한 것이다.
도 2는 RT-PCR 에 의한 HOX10 유전자의 벼 조직별 발현 양상을 분석한 결과를 도시한 것이다.
도 3은 pGA2897 벡터를 이용한 HOX10 유전자의 형질전환용 재조합 발현벡터 (HOX10::pGA2897)를 도시한 것이다.
도 4는 아그로박테리움 감염 형질전환에 의해 수득한 식물체를 도시한 것이다.
도 5는 HOX10 유전자의 벼 형질전환체 조직별 발현 양상을 분석한 결과를 도시한 것이다.
도 6은 GMO 포장 이식 1달 후 형질전환체의 분얼수 분석 결과를 도시한 것이다.
도 7은 GMO 포장 이식 2달 후 형질전환체의 분얼수 분석 결과를 도시한 것이다.
도 8은 HOX10 유전자 과발현 벼 형질전환체의 표현형을 분석한 결과를 도시한 것이다.
1 shows the results of domain analysis of the HOX10 gene.
Figure 2 shows the results of analyzing the expression pattern of the rice tissue of HOX10 gene by RT-PCR.
Figure 3 using the pGA2897 vector The recombinant expression vector (HOX10 :: pGA2897) for transformation of the HOX10 gene is shown.
Figure 4 shows plants obtained by Agrobacterium infection transformation.
Figure 5 shows the results of analyzing the expression pattern of the tissue transformant of the HOX10 gene.
Figure 6 shows the results of the analysis of the number of transformed transformants 1 month after GMO package transplantation.
FIG. 7 shows the results of the serial number analysis of the transformants 2 months after GMO package transplantation.
Figure 8 shows the results of analyzing the phenotype of the HOX10 gene overexpressed rice transformant.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

<실시예 1> RT-PCR에 의한 OsHOX10 유전자의 클로닝 및 염기서열 분석Example 1 Cloning and Sequence Analysis of OsHOX10 Gene by RT-PCR

<< 실시예 1-1> First-strand cDNA 합성Example 1-1> First-strand cDNA Synthesis

벼의 잎에서 total RNA를 추출하고 Sprint RT Complete-Oligo(dT) (Clontech kit)를 이용하여 first-strand cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA와 HOX10 유전자의 sense primer: 5'-ATGGCTGCGGCAGTGGCAATGCGA-3' (서열번호: 3) 와 antisense primer: 5'-TCACACAAAGGACCAGTTGACGAAAC-3' (서열번호: 4) 를 PCR 반응액에 넣어 PCR 한 후 1% 아가로즈에 전기영동하여 증폭된 유전자를 gel extract (QIAquick gel extraction kit) 하였다.
Total RNA was extracted from the leaves of rice and first-strand cDNA was synthesized using Sprint RT Complete-Oligo (dT) (Clontech kit). PCR of the sense primer: 5'-ATGGCTGCGGCAGTGGCAATGCGA-3 '(SEQ ID NO: 3) and antisense primer: 5'-TCACACAAAGGACCAGTTGACGAAAC-3' (SEQ ID NO: 4) of the synthesized cDNA and HOX10 genes The gene amplified by electrophoresis on% agarose was gel extracted (QIAquick gel extraction kit).

<실시예 1-2> Topo 2.1 vector (Invitrogen 사, TOPO TA Cloning kit)에 클로닝<Example 1-2> Cloning to a Topo 2.1 vector (Invitrogen, TOPO TA Cloning kit)

증폭된 유전자의 클로닝을 위하여 X-gal 이 첨가된 LB배지에 플레이팅하여 얻어진 화이트 콜로니(white colony)를 선발하여 콜로니 PCR을 실시하였다. 그 결과 밴드가 확인된 콜로니의 플라스미드를 추출하여 시퀀싱에 이용하였다. For cloning amplified genes, white colonies obtained by plating on L-B medium added with X-gal were selected and subjected to colony PCR. As a result, the plasmid of the colonies where the band was confirmed was extracted and used for sequencing.

<실시예 1-3> 염기서열 분석Example 1-3 Sequence Analysis

ABI 3700 sequencer를 이용하여 염기서열 분석한 후 NCBI의 BLAST 검색을 통해 HOX10 유전자임을 확인하였다 (도 1).
Sequence analysis using ABI 3700 sequencer and BLAST search of NCBI It was confirmed that the HOX10 gene (Fig. 1).

<실시예 2> OsHOX10 유전자의 발현 양상 분석Example 2 Analysis of Expression Pattern of OsHOX10 Gene

잎, 줄기, 뿌리, 약, 자방, 배주의 RNA 분리를 위하여 각각의 샘플들을 액체질소가 담긴 막자 사발에 넣고 곱게 간 후 샘플을 2 ㎖ 튜브에 적당량 담고 트리졸(Trizol) (Takara, Japan) 800 ㎕를 넣고 재빨리 보어텍스(vortex)하였다. 같은 튜브에 클로로포름(Chloroform) 400 ㎕를 넣고 간단히 보어텍스(vortex)한 뒤, 4℃ 원심분리기를 이용하여 13,000 rpm으로 10분간 원심분리 하였다. 이 과정을 한 번 더 반복한 후 최종 획득한 상층액에 375 ㎕의 이소프로판올(isopropanol)을 넣고 잘 혼합한 후 4℃ 에서 13,000 rpm으로 10분간 원심분리 하였다. 상층액을 버리고 RNA 침전물을 1 ㎖의 70% 에탄올(ethanol)로 세척하였다. 4℃ 에서 13,000 rpm으로 원심분리한 후, 상층액을 완전히 제거한 뒤, RNA 침전물을 37℃ 에서 30분간 건조시켰다. ddH2O 또는 1x TE buffer 50 ㎕를 넣고 보어텍스(vortex)하여 RNA를 완전히 녹이고 60℃ 인큐베이터(incubator)에서 10분간 인큐베이션(incubation)시켰다. 20℃ 에서 13,000 rpm으로 원심분리하고, 상층액을 새 1.5㎖ 튜브에 옮겨 RNA의 양을 분광측광기(Spectrophotometer)로 정량한 뒤, -70℃ 에서 보관하였다. 이들 RNA는 위에서 언급한 SUPERSCRIPTII (Takara ver 3.0)를 이용하여 first-strand cDNA를 합성한 후 실시예 1에 사용한 프라이머와 동일한 프라이머(primer)를 이용하여 RT-PCR하여 각 조직별 HOX10 유전자의 발현량을 분석하였다(도 2).
For RNA isolation of leaves, stems, roots, medicines, fruitlets, and pears, each sample is placed in a mortar of liquid nitrogen and finely ground.Put the appropriate amount into a 2 ml tube. ㎕ was added and quickly vortexed. 400 μl of chloroform was added to the same tube, followed by simple vortex, and centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes using a 4 ° C. centrifuge. After repeating this process one more time, 375 μl of isopropanol was added to the final supernatant, which was mixed well, and centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was discarded and the RNA precipitate was washed with 1 ml of 70% ethanol. After centrifugation at 4 ° C. at 13,000 rpm, the supernatant was completely removed and the RNA precipitate was dried at 37 ° C. for 30 minutes. 50 μl of ddH 2 O or 1 × TE buffer was added and vortexed to completely dissolve RNA and incubated in a 60 ° C. incubator for 10 minutes. Centrifuged at 13,000 rpm at 20 ° C, the supernatant was transferred to a new 1.5 mL tube to quantify the amount of RNA by spectrophotometer and stored at -70 ° C. These RNAs were synthesized first-strand cDNA using SUPERSCRIPTII (Takara ver 3.0) mentioned above, and then RT-PCR using the same primer as the primer used in Example 1 to express the amount of HOX10 gene for each tissue. Was analyzed (FIG. 2).

<실시예 3> pGA2897 벡터를 이용한 벼 형질전환용 벡터 제작: Example 3 Preparation of Rice Transformation Vector Using pGA2897 Vector OsHOX10 유전자 과발현용 운반체 제작Production of OsHOX10 gene overexpression carrier

pGA2897 벡터에 HOX10 유전자를 삽입하기 위하여 RT-PCR에 의해 증폭된 HOX10 유전자를 pCR8/GW/TOPO 백터에 클로닝하였다. 벼 형질전환을 위한 바이너리(Binary) 벡터 제작을 위하여 게이트웨이(Gateway) 시스템에 따라 LR (Invitrogen 사) 반응액에 목적 벡터인 pGA2897과 pCR8/GW/TOPO 벡터에 클로닝된 HOX10 유전자를 혼합하여 반응시킨 후 형질전환(transformation)하였다. HOX10 유전자의 pGA2897 벡터 삽입 여부 확인을 위하여 콜로니(Colony) PCR 실시 후 HOX10 유전자가 삽입된 바이너리(Binary) 벡터를 완성하였다(도 3).The HOX10 gene amplified by RT-PCR was cloned into the pCR8 / GW / TOPO vector to insert the HOX10 gene into the pGA2897 vector. In order to produce a binary vector for rice transformation, the reaction was performed by mixing the cloned HOX10 gene with the target vector pGA2897 and the pCR8 / GW / TOPO vector in an LR (Invitrogen) reaction solution according to a Gateway system. Transformation was performed. Colony PCR was performed to confirm whether the HOX10 gene was inserted into the pGA2897 vector, and a binary vector into which the HOX10 gene was inserted was completed (FIG. 3).

완성된 바이너리(Binary) 벡터를 아그로박테리움(Agrobacterium) (LBA4404)에 형질전환하기 위하여 냉동(freeze)과 해동(thaw)을 2-3번 반복한 후, 37℃의 히트 쇼크(heat shock) 방법에 의해 형질전환(transformation) 한 후 YEP배지(Yeast 10g, NaCl 5g, 펩톤(peptone) 10g, 아가(Agar) 15g /1L) 에서 밤새동안 콜로니를 확인하였다. 콜로니(colony) PCR에 의해 형질전환이 확인된 콜로니(colony)는 벼에 형질전환하기 위하여 AB 배지<AB buffer(K2HPO4 60g, NaH2PO4 20g/1L), AB Salts(NH4Cl 60g, MgSO4ㆍ7H2O 6g, KCl 3g, CaCl2ㆍ2H2O 0.265g, FeSO4.7H2O 50mg/1L), Glucose 5g/1L> 에서 배양하였다.
In order to transform the completed binary vector into Agrobacterium (LBA4404), the freeze and thaw were repeated 2-3 times, followed by a heat shock method at 37 ° C. After transformation (transformation) by YEP medium (Yeast 10g, NaCl 5g, peptone (10g), agar (Agar) 15g / 1L colonies were confirmed overnight. Colonies identified by colony PCR were transformed into rice in AB medium <AB buffer (K 2 HPO 4 60g, NaH 2 PO 4 20g / 1L), AB Salts (NH 4 Cl 60g, and MgSO 4 7H 2 O 6g, and cultured at 3g KCl, CaCl 2 and 2H 2 O 0.265g, FeSO 4 .7H 2 O 50mg / 1L), Glucose 5g / 1L>.

<실시예 4> 아그로박테리움을 이용한 벼 형질전환Example 4 Transformation of Rice Using Agrobacterium

<실시예 4-1> 체세포 배 배양Example 4-1 Somatic Embryonic Culture

아그로박테리움(Agrobacterium)에 의한 벼 형질전환을 위하여 종자를 락스에 세척한 후 적당히 건조시켜 2N6 배지(Duchefa 사 CHU(N6) vitamin 포함 medium)에 2,4-D 호르몬을 첨가한 배지에 치상하였다. 치상한 종자는 28℃에서 약 7일간 배양한 후 배만을 적출하여 HOX10 유전자가 들어 있는 아그로박테리움(Agrobacterium) 감염에 사용하였다. For rice transformation by Agrobacterium, the seeds were washed in Lax and then dried appropriately and healed in 2N6 medium (Medium containing CHU (N6) vitamin from Duchefa Co.) with 2,4-D hormone. . Injured seeds were incubated at 28 ° C. for about 7 days and then embryos were extracted and used for Agrobacterium infection containing the HOX10 gene.

<실시예 4-2> 아그로박테리움 감염 및 형질전환체 유도(도 4)Example 4-2 Agrobacterium Infection and Transformant Induction (FIG. 4)

배발생(embryogenesis)화된 배와 아그로박테리움(Agrobacterium) 형질전환된 유전자를 AB 액체배지에 배양하여 20분간 감염시킨 후 2N6 배지에 아세토시리곤(Acetosyringone)이 첨가된 배지에서 7일간 배양하였다. 아그로박테리움(Agrobacterium) 감염 후 다시 2N6 배지에 세포탁심(cefotaxime)과 하이그로마이신(hygromycin)이 첨가된 배지에서 2주간 암배양하였다. 슈팅(Shooting) 유도를 위해 암배양이 끝난 배(embryo)는 MSR-세포탁심(cefotaxime)과 하이그로마이신(hygromycin)이 첨가된 배지에 옮겨 2-3주간 양배양하여 슈팅(Shooting) 한 후 발근이 되면 온실로 옮기기 이전에 순화처리를 실시하였다.Embryogenic embryos and Agrobacterium-transformed genes were incubated in AB liquid medium for 20 minutes and then incubated for 7 days in medium containing acetosyringone in 2N6 medium. After Agrobacterium infection, the cells were cultured for 2 weeks in a medium in which cefotaxime and hygromycin were added to 2N6 medium. To induce shooting, cancer-embedded embryos are transferred to medium supplemented with MSR-cefotaxime and hygromycin, followed by culturing for 2-3 weeks, followed by rooting. In this case, the purification process was performed before moving to the greenhouse.

<실시예 4-3> 종자 수확 및 후대 고정 Example 4-3 Seed Harvest and Post Fixing

약 5-7일간 순화시킨 후 얻어진 형질전환체(T0)는 온실에서 재배하여 종자를 수확한 후 후대 고정을 위하여 하이그로마이신(hygromycin) 항생제로 선발하여 3:1 의 분리비를 확인하였다. 얻어진 종자는 후대고정 및 과발현 형질전환체의 표현형 분석을 위해 GMO(genetically modified organism) 포장에서 재배한 후 종자를 수확 후 세대진전에 사용하였다.
After about 5-7 days, the obtained transformant (T 0 ) was cultivated in a greenhouse to harvest seeds, and then selected as a hygromycin antibiotic for later fixation. The seeds obtained were grown in genetically modified organism (GMO) packaging for phenotypic analysis of postfixed and overexpressed transformants, and then the seeds were used for generation progress after harvest.

<< 실시예Example 5> 벼 형질전환체의  5> Of Rice Transformant HOX10HOX10 유전자 발현 양상 분석 Gene expression profile analysis

OsHOX10 유전자가 삽입된 벼 형질전환체에서 HOX10 유전자의 발현 양상 분석을 위하여 RT-PCR을 실시한 결과 잎, 줄기, 뿌리에서 모두 HOX10 유전자가 발현됨을 확인하였다(도 5).
RT-PCR was performed to analyze the expression pattern of HOX10 gene in the rice transformant containing OsHOX10 gene, and it was confirmed that HOX10 gene was expressed in all leaves, stems, and roots (FIG. 5).

<실시예 6> 벼 형질전환체의 분얼수 분석<Example 6> Analysis of Rice Flour Numbers

벼 형질전환체에서 HOX10 유전자의 특성 검정을 위하여 형질전환체의 생육 상태 및 분얼수를 조사한 결과 야생형인 동진벼에 비해 분얼수가 많아짐을 확인하였다. As a result of examining the growth state and the number of grains of the transformants for the characterization of HOX10 gene in rice transformants, it was confirmed that the number of grains was increased compared to the wild type Dongjin rice.

또한, GMO 포장 이식 1달 후 HOX10 유전자의 형질전환체에 대한 생육 상태 및 분얼수를 조사한 결과 야생형인 동진벼에 비해 분얼수가 많아짐을 확인하였다(도 6). In addition, one month after GMO package transplantation, the growth state and the number of grains of the transformant of the HOX10 gene were examined, and the number of grains was higher than that of the wild type Dongjin rice (FIG. 6).

또한, GMO 포장 이식 2달 후 HOX10 유전자의 형질전환체에 대한 생육 상태 및 분얼수를 조사한 결과 이식 후 1달 후에 조사한 형질전환체에 비해 분얼수가 더 많아졌으며 비교군인 야생형 동진벼에 비해 분얼수가 많아졌음을 확인하였다(도 7).
In addition, two months after transplantation, the growth status and number of samples of HOX10 gene transformants were examined, and the number of samples was more than that of the transformants examined one month after transplantation. It was confirmed (Fig. 7).

<실시예 7> 벼 형질전환체의 표현형 분석Example 7 Phenotypic Analysis of Rice Transformants

OsHOX10 유전자의 삽입이 확인된 형질전환체에서 HOX10 유전자가 과발현되었을 때 나타나는 특성을 분석하기 위하여 야생형인 동진벼와 비교 분석한 결과, 형질전환체의 키는 작아지는 반면 분얼수는 많아지는 특징을 나타냄을 확인할 수 있었다(도 8).In order to analyze the characteristics of HOX10 gene overexpression in the transformant which confirmed the insertion of OsHOX10 gene, it was compared with the wild type Dongjin rice. It could be confirmed (Fig. 8).

서열목록 전자파일 첨부Attach an electronic file to a sequence list

Claims (8)

서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 HOX10 단백질의 세포 내 수준(level)을 증가시켜 식물체의 분얼수를 증가시키는 방법. Increasing the intracellular level of the HOX10 protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, to increase the number of plants. 제 1항에 있어서, 상기 세포 내 수준을 증가시키는 것은 상기 단백질을 암호화하는 유전자를 과발현시키는 것임을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein increasing the intracellular level is overexpressing a gene encoding the protein. 제 2항에 있어서, 상기 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열 또는 서열번호 1의 411-2930번 염기서열을 갖는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 2, wherein the gene has a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 411-2930. 제 2항에 있어서, 상기 유전자를 과발현시키는 방법은 프로모터에 상기 유전자를 작동 가능하게 연결한 재조합 발현벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the method of overexpressing the gene comprises transforming a plant cell with a recombinant expression vector operably linked to the promoter. 식물체의 분얼수를 증가시키는, 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 HOX10 단백질을 암호화하는 유전자; 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 유전자; 또는 서열번호 1의 411-2930번 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터.A gene encoding a HOX10 protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, which increases the number of grains of a plant; A gene having a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1; Or a recombinant expression vector comprising a gene having the nucleotides 411-2930 of SEQ ID NO: 1. 제 5항에 있어서, 상기 벡터는 도 3의 개열지도를 갖는 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터.The recombinant expression vector of claim 5, wherein the vector has a cleavage map of FIG. 3. 제 5항의 재조합 발현벡터로 형질전환시킴으로써 분얼수가 증가된 식물체.Plants increased in number of minutes by transforming with the recombinant expression vector of claim 5. 제 7항에 있어서, 상기 식물체는 벼, 옥수수, 사탕수수, 보리, 또는 밀인 것을 특징으로 하는 식물체.8. The plant of claim 7, wherein the plant is rice, corn, sugar cane, barley, or wheat.
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