KR101342265B1 - Disease resistance-related Mildew resistance Locus O 2 protein gene CaMLO2, plant resistance screening, and transgenic plants using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 병저항성 관련 유전자 CaMLO2 ( C apsicum a nnuum m ildew resistance l ocus O 2 ), 이를 이용한 식물병 저항성 탐색방법 및 형질전환 식물체에 관한 것이다. 상기한 본 발명에 의하면, 상기 유전자는 병원균의 공격에 대한 식물체의 방어 반응 및 병저항성 식물체의 효율적이고 효과적인 분자적 육종을 위한 유전재료로서 유용하게 사용될 수 있으며, 식물병 저항성에 대한 탐색 및 작용 기작을 규명하는 도구로 이용될 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a disease resistance gene CaMLO2 ( C apsicum a nnuum m ildew resistance l ocus O 2 ), the present invention relates to a plant disease resistance screening method and transformed plants. According to the present invention described above, the gene can be usefully used as a genetic material for efficient and effective molecular breeding of the plant's defense response and disease-resistant plants against the attack of pathogens, the search and action mechanism for plant disease resistance There is an advantage that can be used as a tool to identify the.

Description

병저항성 관련 유전자 CaMLO2, 이를 이용한 식물병 저항성 탐색 및 형질전환 식물체{Disease resistance-related Mildew resistance Locus O 2 protein gene CaMLO2, plant resistance screening, and transgenic plants using the same}Disease resistance-related Mildew resistance Locus O 2 protein gene CaMLO2, plant resistance screening, and transgenic plants using the same}

본 발명은 식물병 저항성에 관련된 신규 유전자인 CaMLO2 유전자 (CaMLO2 : C apsicum a nnuum M ildew resistance L ocus O 2), 이를 이용한 식물병 저항성 탐색 및 형질전환 식물체에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 고추식물의 세균병인 고추 세균성 점무늬병(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 감염될 때 특이적으로 발현이 유도되는 식물병 저항성 관련 신규 유전자인 고추 유래의 CaMLO2 유전자의 염기서열 및 그에 따른 아미노산 서열을 제공하며, 이를 이용하여 생물적(biotic) 또는 비생물적 (abiotic) 처리시 저항성 관련 유전자 CaMLO2의 차별적인 발현 여부를 확인하는 식물체의 저항성 탐색방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 고추 식물에서 바이러스 유도 유전자 억제(VIGS, Virus-Induced Gene Silencing) 기술을 이용하여 상기 CaMLO2 유전자의 발현을 억제시키거나, 애기장대 (Arabidopsis thaliana) 식물에 이 유전자를 도입, 과발현 (overexpression)하여 CaMLO2 유전자의 식물체 병저항성 효과를 제공하는 것에 관한 것이다.
The present invention relates to CaMLO2 , a novel gene related to plant disease resistance. Gene ( CaMLO2 : C apsicum a nnuum M ildew resistance L ocus O 2 ), the present invention relates to a plant disease resistance screening and transformed plants using the same. Specifically, the present invention is a bacterial disease of red pepper bacterial spot pattern ( Xanthomonas campestris pv. When infected with vesicatoria) specific expression is induced CaMLO2 of pepper-derived plant disease resistance genes that are associated with new It provides a base sequence of the gene and an amino acid sequence according to the gene, and relates to a method for detecting the resistance of plants to determine whether the expression of the resistance-related gene CaMLO2 during biotic or abiotic processing using the same . The present invention also inhibit virus induced gene from the pepper plant (VIGS, V irus- I nduced G ene S ilencing) the CaMLO2 using techniques Inhibits gene expression or Arabidopsis thaliana ) The present invention relates to the introduction and overexpression of this gene in plants to provide plant pathogenic effects of the CaMLO2 gene.

식물은 세균, 곰팡이, 바이러스와 같은 식물병원체의 침입으로부터 자신을 보호하기 위하여 빠르고, 효과적인 병 저항성(방어)기작을 가지고 진화해왔다. 이 저항성반응은 병원균 침입에 대한 인식(recognition)과 침입한 병원균을 식물이 가지고 있는 방어(defense) 기작을 이용하여 더 이상의 진전을 억제하는 것으로 볼 수 있다. Plants have evolved with fast, effective disease resistance mechanisms to protect themselves from invasion of phytopathogens such as bacteria, fungi and viruses. This resistance reaction can be seen as suppressing further progress by using the recognition of pathogen invasion and the defense mechanism of the invading pathogen.

식물이 가지고 있는 선천적 면역성(innate immunity)에 대한 연구는 식물의 병방어반응과 신호전달경로를 구명하기 위한 흥미로운 주제이며 진핵생물 전반의 저항성반응을 이해하는데 크게 기여하게 될 것이다. 또한, 이 병저항성 유전자 기능연구는 응용적 측면에서도 중요한 의미를 가지게 되어, 고질적 식물병을 효율적으로 방제하기 위하여 이들 병저항성 유전자를 분자육종(molecular breeding)을 통하여 형질전환된 병저항성 식물 (transgenic resistant plants)을 개발할 수 있다. Research into the innate immunity of plants is an interesting topic for identifying disease defenses and signaling pathways in plants and will contribute greatly to understanding resistance responses across eukaryotes. In addition, this disease-resistant gene function research has an important meaning in terms of application, so that the disease-resistant genes transformed by molecular breeding in order to effectively control the disease of endemic plant disease (transgenic resistant) plants can be developed.

우리나라에서 집약적으로 재배되고 있고 경제적으로 중요한 고추 (Capsicum annuum L.)는 식물병에 대한 저항성의 신호전달경로를 연구하기 위한 훌륭한 실험시스템을 제공해 주고 있다. 또한, 고추 병원 세균, 바이러스, 진균과 고추와의 상호작용은 널리 알려진 병태계(pathosystem)로 병저항성 반응 연구에 좋은 재료가 되어왔다. 따라서 고추식물에서 저항성에 관여하는 주요 유전자들을 분자적으로 클로닝하고 기능 분석 (functional analysis)하는 것은 이들 유전자의 발현을 조절하는 다양한 식물방어신호전달경로 (signal transduction pathway)를 규명할 수 있고 이들 병저항성 유전자는 고추식물이나 다른 작물에 발현시켜 병저항성 형질전환식물을 개발하여 이들 저항성 식물이 실제 재배에 상용화될 경우 고추 등의 환경친화적 작물재배에 크게 기여할 수 있어 중요한 유전자원이 될 수 있다. Pepper intensively grown and economically important in Korea, Capsicum annuum L., provides an excellent experimental system for studying the signaling pathways resistant to plant diseases. In addition, the interaction of pepper hospital bacteria, viruses, fungi and pepper is a well-known pathosystem and has been a good material for the study of pathogenic reactions. Therefore, the molecular cloning and functional analysis of the major genes involved in resistance in pepper plants can identify various signal transduction pathways that regulate the expression of these genes. Genes can be expressed in pepper plants and other crops to develop disease-resistant transformed plants, and when these resistant plants are commercialized for actual cultivation, they can contribute to environmentally friendly crop cultivation such as pepper, which can be an important gene source.

식물은 다양한 미생물 병원체에 대항하기 위하여 복잡한 방어 기작을 개발하여 왔다. 강하고, 넓은 범위(broad-spectrum)의 저항성은 기주식물의 단일 유전자의 돌연변이에 의해 부여될 수 있다. 특히, 대부분 레이스의 보리 흰가루병원균 (powdery mildew fungus, Blumeria framinis f.sp. hordei)에 대한 넓은 범위의 저항성은 보리의 m ildew resistance l ocus O (MLO) 유전자의 돌연변이에 의한 것이다. 동물에는 존재하지 않고, 대부분의 식물종에만 특이적으로 존재하는 MLO 유전자들은 7-트랜스멤브레인을 갖는 칼모듈린 (calmodulin)을 결합하는 프로테인을 코딩한다. MLO 유전자의 돌연변이는 보리 흰가루병원균에 대항하여 오랜 기간 세포벽에서 침입전 (pre-invasive) 저항성을 제공한다고 알려져 있다. 병원체의 침입에 유도발현되는 MLO 유전자에 의한 세포사멸 신호전달이 식물의 세포 사멸을 조절하는 것으로 예상되고, 일시적으로 발현되는 MLO에 의해 계속적으로 이루어지는 병원체 공격에 대한 세포수준의 반응이 조절되는 것으로 알려져 있다. MLO 단백질은 7-트랜스멤브레인 도메인(7-transmembrane domains)에 의해 세포막 (plasma membrane)에 위치하며 Ca2 +에 의존적인 방법으로 칼모듈린과 상호작용한다. 칼모듈린과 칼슘 이온의 상호작용이 식물의 방어와 세포사멸에 영향을 미치기 때문에 MLO의 칼모듈린 결합 기능은 중요한 역할을 한다. 칼슘 이온이 부착된 칼모듈린이 MLO의 칼모듈린 바인딩 도메인과 상호작용하는 것은 MLO 단백질들의 일반적인 특징이다. MLO의 돌연변이에 의한 광범위하고 강한 식물 병저항성은 널리 보고되어 있으나, Ca2 +-loaded 칼모듈린을 조절하는 MLO의 기능은 아직 확실하게 밝혀지지 않다. 그러므로 MLO 단백질의 생리적이고 생화학적인 역할을 연구하는 것은 식물방어와 세포사멸을 조절하는 MLO의 기능을 완전하게 밝히기 위하여 필수적이다. Plants have developed complex defense mechanisms to combat a variety of microbial pathogens. Strong, broad-spectrum resistance can be conferred by mutation of a single gene in the host plant. In particular, most lace of barley powdery mildew (powdery mildew fungus, Blumeria framinis f.sp. hordei ) wide range resistance to barley m ildew resistance l ocus By mutation of the O ( MLO ) gene. MLO , not present in animals, specific to most plant species The genes encode a protein that binds calmodulin with a 7-transmembrane. Mutations in the MLO gene are known to provide long-term pre-invasive resistance against barley powdery mildew. MLO induced by pathogen invasion Genetic apoptosis signaling is expected to regulate plant cell death and is known to regulate cell-level responses to ongoing pathogen attack by transiently expressed MLO . MLO proteins located in the cell membrane (plasma membrane) by a seven-transmembrane domain (7-transmembrane domains) and interacts with calmodulin-dependent manner with the Ca + 2. The calmodulin binding function of MLO plays an important role because the interaction between calmodulin and calcium ions affects plant defense and apoptosis. The interaction of calmodulin with calcium ions attached to the calmodulin binding domain of MLO is a common feature of MLO proteins. Broad and strong plant disease resistance due to mutations in the MLO has been widely reported but, Ca + 2 -loaded function of MLO to control the calmodulin is not yet clearly understood. Therefore, studying the physiological and biochemical roles of MLO proteins is essential to fully elucidate MLO's ability to control plant defense and apoptosis.

특히 보리 흰가루병의 저항성에 MLO가 관여한다는 것은 많이 연구되어 왔지만, 식물세균병원균에 대한 MLO의 기능은 아직 보고된 바가 없다. 고추 식물에서 세균 병원균에 대한 MLO의 기능을 밝히는 것은 고추식물의 병저항성 기작을 이해하는데 필요하고, 나아가 병저항성 형질전환 식물체 제작을 위한 주요한 유전자원으로 이용될 수 있을 것이다.In particular, MLO's involvement in resistance to barley powdery mildew has been studied, but the function of MLO against phytobacterial pathogens has not been reported yet. Identifying MLO's function against bacterial pathogens in pepper plants is necessary to understand the pathogenic mechanisms of pepper plants and may be used as a major gene source for the production of pathogenic transgenic plants.

본 발명의 배경이 되는 기술로서 대한민국 공개특허공보 10-2001-0041943 (2001.05.25)에 MLO 단백질을 암호화하며 식물에 진균 내성을 부여하는 유전자에 대해 기재되어 있으나, 식물세균병원균에 대한 저항성을 가진 고추 유래 MLO 유전자에 대해서는 개시되어 있지 않다. 또한, 김민철의 경상대학교 대학원 생화학과 2002 박사 학위 논문에는 쌀에서 분리된 OsMlo 유전자 등을 이용하여 식물 생체 방어 기작에 있어서의 CaM과 Mlo 단백질간의 상호작용에 대해 기재되어 있으나, 식물세균병원균에 대한 저항성을 가진 고추 유래 MLO 유전자에 대해서는 개시되어 있지 않다. 고추 유래 MLO 유전자에 관련해서는 NCBI GenBank Accession No. AY934528(CaMLO1) 및 Ralph Panstruga, Plant Molecular Biology (2005) 59:485-500에 공개되어 있는 정도이다.
As a background technology of the present invention, Korean Patent Publication No. 10-2001-0041943 (2001.05.25) describes a gene encoding MLO protein and confers fungal resistance to plants, but has resistance to phytobacterial pathogens. There is no disclosure of pepper derived MLO gene. In addition, Kim's 2002 Ph.D. dissertation, Department of Biochemistry, Graduate School of Gyeongsang National University, describes the interaction between CaM and Mlo proteins in plant bioprotective mechanisms using OsMlo genes isolated from rice, but their resistance to plant bacterial pathogens. There is no disclosure of the pepper-derived MLO gene. NCBI GenBank Accession No. AY934528 (CaMLO1) and Ralph Panstruga, Plant Molecular Biology (2005) 59: 485-500.

대한민국 공개특허공보 10-2001-0041943 (2001.05.25)Republic of Korea Patent Publication 10-2001-0041943 (2001.05.25)

김민철, 경상대학교 대학원 생화학과 2002 박사 학위 논문Kim Min-cheol, 2002 Ph.D. Thesis, Department of Biochemistry, Graduate School, Gyeongsang National University NCBI GenBank Accession No. AY934528 (2005)NCBI GenBank Accession No. AY934528 (2005) Ralph Panstruga, Plant Molecular Biology (2005) 59:485-500Ralph Panstruga, Plant Molecular Biology (2005) 59: 485-500

본 발명은 이와 같은 종래기술상의 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은, 고추 세균성 점무늬병(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 대한 방어반응에 관여하는 것으로서 식물병 저항성 관련 유전자의 하나인 MLO (CaMLO2 : C apsicum a nnuum m ildew resistance l ocus O 2 ) 유전자를 분리하여 해독함으로써 그 염기서열 정보 및 그에 따른 아미노산 서열 정보를 제공하는 것이다.The present invention is to solve such a problem in the prior art, the purpose of which is pepper bacterial spot pattern disease ( Xanthomonas campestris pv. as involved in the defense response to vesicatoria) Plant disease resistance associated one of the MLO (CaMLO2 of the gene: C apsicum a nnuum m ildew resistance l ocus O 2 ) By separating and deciphering a gene, the nucleotide sequence information and the amino acid sequence information thereof are provided.

또한, 본 발명의 목적은 상기 CaMLO2 유전자를 이용하여 식물병 또는 화학물질에 대한 저항성 존재 여부를 탐색하는 식물체의 병저항성 탐색방법을 제공하고자 하는 것이다. In addition, the object of the present invention is the CaMLO2 It is to provide a method for detecting disease resistance of plants that detects the presence or absence of resistance to plant diseases or chemicals using genes.

더 나아가, 본 발명은 상기 CaMLO2 유전자를 식물체에 도입하여 식물병에 저항성을 가지는 형질전환 식물체를 제작하는데 그 목적이 있다.Furthermore, the present invention provides the CaMLO2 The purpose is to produce a transgenic plant having resistance to plant diseases by introducing the gene into the plant.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 상기 목적은, 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria strain Bv5-4a)을 접종한 후, 과민성 세포사멸을 일으킨 녹광 고추 품종(Capsicum annuum cv. Nockwang)으로부터 분리한 신규 저항성 관련 유전자 CaMLO2을 확인하여 그 염기서열을 결정하고, 이를 이용하여 생물적/화학적 처리를 통하여 CaMLO2의 발현 여부를 조사하고, VIGS를 통한 CaMLO2의 유전자가 억제된 고추식물과 이 유전자를 과발현하는 형질전환 애기장대(Arabidopsis thaliana)에서 CaMLO2 유전자의 식물병 저항성 관련 기능을 확인하여 달성하였다.The above object of the present invention, red pepper bacterial spot disease ( Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria strain Bv5-4a) after inoculation, nokgwang pepper varieties caused the overactive cell death (Capsicum annuum cv. Nom Kwang)) identified a new resistance-related gene CaMLO2 isolated from the Nockwang to determine the nucleotide sequence, and to investigate whether the expression of CaMLO2 through biological / chemical treatment, and CaMLO2 gene suppressed via VIGS This was achieved by identifying the plant disease resistance-related function of the CaMLO2 gene in the transgenic Arabidopsis thaliana overexpressing this gene.

따라서 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 코딩하는 분리된 유전자(CaMLO2)를 제공한다.Thus, the present invention provides an isolated gene ( CaMLO2 ) encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

또한 본 발명은 서열번호 1의 염기서열을 갖는 분리된 유전자(CaMLO2)를 제공한다.The present invention also provides an isolated gene ( CaMLO2 ) having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

나아가 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 분리된 단백질(CaMLO2)을 제공한다.The present invention further provides an isolated protein (CaMLO2) having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

또한, 본 발명은 상기 유전자(CaMLO2)를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. 상기 재조합 벡터는 바람직하게는 재조합 식물 발현 벡터이다. 상기 재조합 벡터는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 pBIN35S:CaMLO2, pBIN35S:CaMLO2:GFP 또는 pTRV2:CaMLO2이다. 바람직하게는 상기 재조합벡터는 상기 유전자(CaMLO2)를 바이러스-유도 유전자 사일런싱(virus-induced gene silencing, VIGS)을 위한 벡터인 TRV2(Tobacco Rattle Virus 2) 벡터에 삽입시켜 제조한 재조합벡터 TRV2:CaMLO2이다.In addition, the present invention provides a recombinant vector comprising the gene ( CaMLO2 ). The recombinant vector is preferably a recombinant plant expression vector. The recombinant vector is, but is not limited to, for example, pBIN35S: CaMLO2 , pBIN35S: CaMLO2: GFP or pTRV2: CaMLO2 . Preferably, the recombinant vector is a gene (CaMLO2) Virus-induced gene silencing (virus-induced gene silencing, VIGS ) the vector of TRV2 (Tobacco Rattle Virus 2) was inserted into a vector a recombinant vector TRV2 prepared for: CaMLO2 to be.

나아가, 본 발명은 상기 유전자 또는 상기 재조합 벡터를 이용하여 제조한 형질전환된 식물체를 제공한다. 식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 임의의 형질전환 방법은 본 발명에 따른 잡종 DNA를 적당한 식물세포로 도입시키는데 이용될 수 있다. 방법은 원형질체에 대한 칼슘/폴리에틸렌 글리콜 방법(Krens, F.A. et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373), 원형질체의 전기천공법 (Shillito R.D. et al., 1985 Bio/Technol. 3, 1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법(Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185), 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법(Klein T.M. et al., 1987, Nature 327, 70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 튜메파시엔스 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.Furthermore, the present invention provides a transformed plant produced using the gene or the recombinant vector. Transformation of a plant means any method of transferring DNA to a plant. Any transformation method can be used to introduce the hybrid DNA according to the present invention into suitable plant cells. The method is based on the calcium / polyethylene glycol method for protoplasts (Krens, FA et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373) (Shillito RD et al., 1985 Bio / Technol. 3, 1099-1102), microinjection into plant elements (Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202,179-185 (Klein et al., 1987, Nature 327, 70), the infiltration of plants or the transformation of Agrobacterium tumefaciens Infection by viruses (non-integrative) in virus-mediated gene transfer (EP 0 301 316), and the like. A preferred method according to the present invention comprises Agrobacterium mediated DNA delivery.

또한, 본 발명은 식물체로부터 mRNA 분리하여 CaMLO2 유전자의 차별적 발현을 확인하는 단계를 포함하는 식물체의 병 또는 화학물질 저항성을 탐색하는 방법을 제공한다.
In addition, the present invention is isolated from the plant mRNA and CaMLO2 It provides a method for detecting disease or chemical resistance of a plant comprising the step of identifying differential expression of a gene.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명은 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)의 비병원성균주 Bv5-4a 접종에 대해 과민성 저항성 반응을 나타내는 녹광 고추 품종으로부터 mRNA를 분리하여 cDNA 라이브러리를 제작하고, 비병원성 균주를 접종한 고추식물의 잎과 접종하지 않은 건전한 고추식물에서 얻은 총 mRNA를 디옥시제닌(digoxygenin)으로 표지하여 프로브(Probe)를 만들고, 이 cDNA와 프로브를 이용한 디퍼런셜 하이브리다이제이션(differential hybridization) 과정을 수행하여 병저항성과 관련이 있을 것으로 예상되는 클론을 선발하여, 유전자의 염기서열을 해독하여, CaMLO2 로 명명된 고추 녹광 품종의 MLO 코딩 유전자 염기서열(서열번호 1) 및 그에 따른 아미노산 서열(서열번호 2)을 제공한다(도 1 및 도 2 참조).First, the present invention is pepper bacterium bacillus bacterium ( Xanthomonas campestris pv. mRNA was isolated from green pepper varieties that showed hypersensitivity resistance to the non-pathogenic strain Bv5-4a inoculation of vesicatoria ), and the cDNA library was prepared. Total mRNA obtained from the leaves of pepper plants inoculated with the non-pathogenic strains and healthy pepper plants not inoculated. Is labeled with digoxygenin to make a probe, and a differential hybridization process using the cDNA and the probe is used to select clones that are expected to be associated with pathogenic resistance. Decoding the nucleotide sequence of, provides the MLO coding gene base sequence (SEQ ID NO: 1) and the corresponding amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of the pepper green mine variety named CaMLO2 (see Fig. 1 and 2).

본 발명의 CaMLO2 단백질의 아미노산 서열을 분석한 결과 CaMLO2의 단백질에서 식물의 MLO 단백질에서 전형적으로 나타나는 MLO 관련 단백질 (MLO-related proetin) 도메인을 갖고 있고 (도 1), 세부적으로 7개의 트랜스멤브레인 도메인 (transmembrane domain; TMD 1 - TMD7) 과 아미노산 서열의 C-말단에 칼모듈린 바인딩 도메인 (calmodulin binding domain; CaMBD)을 가지고 있었다. Analysis of the amino acid sequence of the CaMLO2 protein of the present invention shows that the protein of CaMLO2 has an MLO-related proetin domain, which is typical of plant MLO proteins (FIG. 1), in detail seven transmembrane domains ( t rans m embrane d omain; - ; had a CaMBD) TMD7 TMD 1) and lean binding domain knife module to the C- terminus of the amino acid sequence (ca l m odulin b inding d omain.

CaMLO2 cDNA의 코딩 리전(coding region, ORF)은 528 개의 아미노산을 암호화하는 1587 개의 염기서열로 이루어져 있고, CaMLO2 단백질의 칼모듈린 바인딩 도메인에는 보존된 라이신 (L), 트립토판 (W), 알라닌 (A) 그리고 히스티딘 (H)이 존재하는 것이 확인되었다. 확인된 CaMLO2의 유전자 염기서열과 상기 염기서열에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 도 1 및 도 2에 나타내고, 기존에 보고된 다른 식물의 MLO 단백질들과의 관계를 계통도 제작을 통한 비교와 보존된 모티프와 기존에 보고된 다른 식물의 비교를 도 3에 나타내었다.The coding region (ORF) of the CaMLO2 cDNA consists of 1587 sequences encoding 528 amino acids, and the calmodulin binding domain of the CaMLO2 protein is conserved lysine (L), tryptophan (W), and alanine (A). And histidine (H) was confirmed. The gene sequences of the identified CaMLO2 and the amino acid sequences encoded by the sequences are shown in FIGS. 1 and 2, and the relationship between the previously reported MLO proteins of other plants is compared with the structure of constructing and preserved motifs. A comparison of other plants previously reported is shown in FIG. 3.

다음에, 본 발명은 CaMLO2 단백질의 칼슘이온 의존적인(Ca2 +-dependent) 칼모듈린 바인딩을 확인하여 도 4에 나타내었다. CaMLO2 단백질의 C-말단에 존재하는 칼모듈린바인딩 도메인(CaMBD)을 코딩하는 염기서열부분만을 클로닝하여 GST 재조합 대장균 발현 시스템을 통하여 재조합 단백질을 발현시킨 후, 바이오틴이 부착된 칼모듈린(Biotin-CaM)을 이용하여 칼슘 이온 (Ca2 +)의 유무상황에서 GST-CaMBD 재조합 단백질과 Biotin-CaM의 상호작용을 확인한 결과 칼슘 이온 (Ca2 +)이 존재할 때만 CaMBD와 CaM이 상호작용함을 확인하였다. 칼슘 이론의 제거제인 EGTA를 처리하였을 때에는 CaMBD와 CaM은 상호작용하지 않았다. Next, the present invention is shown in Figure 4 to determine the calcium-dependent (Ca 2 + -dependent) calmodulin binding protein CaMLO2. Only the nucleotide sequence encoding the calmodulin binding domain (CaMBD) present at the C-terminus of the CaMLO2 protein was cloned to express the recombinant protein through the GST recombinant E. coli expression system, and then biotin-attached calmodin (Biotin-). confirmed that the CaM), calcium ion (Ca 2 +) is CaMBD and CaM interaction in the presence or absence status GST-CaMBD recombinant protein and Biotin-CaM result confirming the interaction of only the calcium ions (Ca 2 +) is present in using the It was. CaMBD and CaM did not interact with EGTA, a calcium theory remover.

다음에, 본 발명은 CaMLO2 단백질의 형광단백질인 GFP (green flourescent protein)을 CaMLO2의 C-말단에 부착하여 식물발현용 벡터인 pBIN35S 벡터에 삽입한 재조합벡터를 제작하여 양파의 표피세포와 Nicotinan benthamiana의 표피세포를 이용하여 CaMLO2 단백질의 식물 세포 내 위치를 확인한 결과를 도 5a ~ 도 5d에 나타내었다. Next, the present invention is a plant expression vector by attaching GFP (green flourescent protein), a fluorescent protein of CaMLO2 protein, to the C-terminus of CaMLO2. Epidermal Cells and Nicotinan of Onion by Recombinant Vector Inserted into pBIN35S Vector Results of confirming the position of the CaMLO2 protein in the plant cells using the epidermal cells of benthamiana are shown in Figures 5a to 5d.

다음에, 본 발명은 생물적/화학적 처리를 한 식물체로부터 mRNA를 분리하여 CaMLO2 유전자의 차별적 발현을 확인하는 단계를 포함하는 식물체의 병 또는 화학물질 저항성을 탐색하는 방법을 제공한다. 보다 구체적으로는 상기 생물적 처리는 고추 세균성 점무늬병의 병원성, 비병원성 세균 그리고 고추 역병의 난균 등의 병원균을 예로 들 수 있다. 상기 화학적 처리는 식물 호르몬인 살리실산(salicylic acid)을 예로 들 수 있다. 상기 CaMLO2 유전자 발현 여부 확인은 노던 블럿, 실시간 RT-PCR, 마이크로어레이법 외에도 mRNA의 발현을 측정할 수 있는 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자가 식물 병원균 또는 식물 호르몬 처리에 의해 차별적으로 유도 발현되는 것을 실험을 통해 확인하였다(도 6a 내지 도 6b 참조). 따라서 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자는 식물체의 병 또는 화학물질 저항성 탐색방법에 유용하게 이용될 수 있다.Next, the present invention provides a method for detecting disease or chemical resistance of a plant comprising the step of separating mRNA from a plant subjected to biological / chemical treatment to confirm differential expression of the CaMLO2 gene. More specifically, the biological treatment is exemplified by a pathogenic bacterium such as a pathogenic bacterium of hot pepper, a non-pathogenic bacterium, For example, the chemical treatment may include plant hormone salicylic acid. CaMLO2 In addition to northern blot, real-time RT-PCR and microarray methods, various methods for measuring mRNA expression can be used to confirm gene expression. CaMLO2 according to the present invention Experiments confirmed that genes were differentially induced and expressed by plant pathogens or plant hormone treatment (see FIGS. 6A-6B). Therefore, CaMLO2 according to the present invention Genes can be usefully used for disease detection or chemical resistance of plants.

또한, 본 발명은 상기의 CaMLO2 유전자 발현을 억제하는 재조합 벡터를 이용하여 고추식물에서 특이적으로 CaMLO2 유전자가 억제된 식물체를 제작하고 병 저항성이 증대되는 것을 확인하고, CaMLO2 유전자가 과발현된 형질전환 애기장대 식물의 식물병 저항성 감소를 확인함으로써 새로운 병저항성 형질전환 식물체 및 저항성 분자 육종의 재료를 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 CaMLO2 유전자 발현을 억제하는 재조합 벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 단계를 포함하는 식물체에 병 저항성을 부여하는 방법도 제공한다.In addition, the present invention is the above CaMLO2 CaMLO2 Specific to Pepper Plants Using Recombinant Vectors That Inhibit Gene Expression Genetically inhibited plant production and disease resistance increased, CaMLO2 By identifying the reduced plant disease resistance of transgenic Arabidopsis plants overexpressed genes can provide new pathogenic transgenic plants and materials for resistant molecular breeding. Therefore, the present invention provides the CaMLO2 Also provided is a method of imparting disease resistance to a plant comprising transforming the plant using a recombinant vector that inhibits gene expression.

보다 구체적으로 본 발명은 바이러스 유도 유전자 억제 기술(virus-induced gene silencing (VIGS))에 이용되어지는 TRV(Tobacco Rattle Virus)를 이용하여 CaMLO2 유전자를 TRV 벡터(참고문헌: Baulcombe D. C. (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing. Curr. Opin. Plant Biol. 2:109-113)에 도입시켜 재조합 벡터인 TRV:CaMLO2를 제작하였다. 상기 재조합 벡터를 식물체에 도입하여 CaMLO2의 발현이 억제된 VIGS 식물체를 제조하여 저항성이 증대되는 것을 확인하고 병저항성 형질전환 식물체를 제공할 수 있었다 (도 7a 내지 도 8d 참조). More specifically, the present invention provides CaMLO2 by using Tobacco Rattle Virus (TRV), which is used in virus-induced gene silencing (VIGS). The gene was introduced into a TRV vector (Baulcombe DC (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing.Curr. Opin. Plant Biol. 2: 109-113) to produce a recombinant vector TRV: CaMLO2 . The recombinant vector was introduced into a plant to prepare a VIGS plant in which CaMLO2 expression was suppressed, thereby increasing resistance and providing a disease-resistant transformed plant (see FIGS. 7A to 8D).

나아가 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 포함하는 재조합 벡터(pBIN35S:CaMLO2)와 아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens strain GV3101) 균주를 이용하여, 애기장대 식물에서의 형질전환 발현(transgenic expression)을 통한 CaMLO2 유전자의 식물체 병저항성 감소 기능을 확인하였다(도 9a 내지 도 12d 참조).
Furthermore, the recombinant vector (pBIN35S: CaMLO2 ) and Agrobacterium tumefaciens ( Agrobacterium ) containing the CaMLO2 gene according to the present invention. tumefaciens strain GV3101) was used to confirm the plant disease resistance reduction function of the CaMLO2 gene through transgenic expression in Arabidopsis plants (see Figures 9a to 12d).

상술한 바와 같이 본 발명에서 CaMLO2가 고추 식물의 병저항성 조절에 중추적 역할을 한다는 것을 확인하고 CaMLO2의 병에 대한 반응 및 이와 관련된 병생성 관련 단백질 (PR protein)의 유전자 정보를 축적할 수 있게 되어 식물의 병에 대한 신호전달에 대한 흥미로운 모형을 제공해 줄 수 있으며, 저항성을 일으키는 생화학적 변화를 이해함으로써, 병저항성이 증진되는 생명공학적 식물을 개발하는 데에 실용적으로 이용될 수 있다.
It confirmed that a central role in disease resistance adjustment of CaMLO2 a pepper plant in the present invention as described above, and the resulting reaction and the associated bottle to bottle of CaMLO2 related protein (PR protein) plants are able to accumulate genetic information It can provide an interesting model of signaling for disease, and can be used to develop biotechnological plants that increase disease resistance by understanding the biochemical changes that cause resistance.

상술한 바와 같이, 본 발명이 완성됨으로써, 고추 식물 세균병인 고추 세균성 점무늬병(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 대한 방어반응에 관여하는 것으로서 식물병 저항성 관련 유전자인 CaMLO2 유전자를 분리하여 해독함으로써 그 서열 정보 및 그에 따른 아미노산 서열 정보를 제공함과 동시에, 이 유전자를 이용하여 식물병 저항성 탐색방법을 제공할 수 있게 되었다. As it described above, whereby the invention is completed, pepper plant bacterial etiology pepper bacterial jeommunuibyeong (Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria) of plant disease resistance genes as involved in the defense response to CaMLO2 By separating and deciphering the gene, the sequence information and the corresponding amino acid sequence information are provided, and at the same time, it is possible to provide a plant disease resistance search method using the gene.

아울러 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자 억제를 통한 저항성 증가를 확인하고, 유전자를 애기장대에 과발현시켜 식물병 저항성의 차이를 확인함으로써 본 발명에 의한 CaMLO2는 병 저항성 식물체의 육종을 위한 재료로서 제공되어 질 수 있다. 이러한 본 발명은 저항성 품종 개발을 촉진할 수 있는 효과가 있으므로 식물육종 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
In addition, according to the present inventionCaMLO2 Increasing resistance through gene suppression and overexpressing the gene in Arabidopsis to confirm the difference in plant disease resistance according to the present inventionCaMLO2Can be provided as a material for the breeding of disease resistant plants. Since the present invention has the effect of promoting the development of resistant varieties is a very useful invention in the plant breeding industry.

도 1은 본 발명에 의하여 고추 녹광 품종 (Capsicum annnuum L. cv. Nockwang)으로부터 클로닝한 고추 CaMLO2 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 의한 CaMLO2와 다른 식물의 MLO 아미노산 서열을 비교한 결과를 나타내고,
도 3은 본 발명에 의한 고추 CaMLO2의 아미노산 서열과 모델식물인 애기장대와 기존에 보고된 다른 작물의 MLO 단백질들의 관계를 나타낸 계통도와 칼모듈린 바인딩 도메인을 비교한 것이고,
도 4는 칼슘이온에 의존적인 칼모듈린 바인딩 도메인과 칼모듈린의 상호작용을 확인한 것이고,
도 5a ~ 도 5d는 CaMLO2와 형광단백질을 암호화하는 재조합 벡터의 제작을 통해, CaMLO2 단백질의 세포 내 위치를 확인한 것이고,
도 6a는 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)의 병원성 및 비병원성 균주를 접종하였을 때, 접종된 잎과 접종되지 않은 잎에서의 CaMLO2 유전자의 발현차이를 나타낸 도면이고,
도 6b는 살리실산(Salicylic acid; SA)과 메칠자스모네이트(Methyl jasmonate; MJ) 을 처리한 후 시간별로 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자의 발현 유도 결과를 나타낸 도면이고,
도 7a는 바이러스 유도 유전자 억제(virus-induced gene silencing; VIGS)의 방법을 사용하여 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자의 발현이 억제된 것을 확인한 도면이고,
도 7b는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자의 발현이 억제된 식물 내 세균생장이 감소됨을 나타낸 도면이고,
도 7c는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자의 발현이 억제된 고추 녹광 품종의 식물에 병원성 균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 고추 세균성 점무늬병균 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하였을 때, 병징을 비교한 것을 나타낸 도면이고,
도 7d 및 도 7e는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자의 발현이 억제된 고추 녹광 품종의 식물에 각각 병원성 균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하였을 때, CaMLO2 의 발현 억제와 저항성 관련 유전자의 발현 차이를 나타낸 결과를 보인 도면이고,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자의 발현이 억제된 고추 녹광 품종의 식물에 병원성 균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하였을 때, 감염 고추 잎 조직에서의 H2O2의 변화를 각각 댑(DAB) 염색(3,3'-diaminobenzidine staining)과 정량을 통해 나타낸 도면이고,
도 8c 및 도 8d는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자의 발현이 억제된 고추 녹광 품종의 식물에 병원성 균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하였을 때, 감염 고추 잎 조직에서의 세포사멸을 각각 트리판(Trypan) 염색과 이온전도도의 측정을 통해 정량화한 도면이고,
도 9a는 재조합벡터 pBIN35S:CaMLO2을 아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens strain GV3101) 균주를 이용하여 CaMLO2 유전자를 과발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 CaMLO2 유전자가 과발현 되는 것을 관찰한 결과를 나타낸 도면이고,
도 9b 및 도 9c는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 과다발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 세균성 흑반병 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 균주 (DC3000)와 비병원성 균주(DC3000 avrRpm1)를 접종하였을 때, 각각 병징의 차이와 세균생장의 차이를 확인한 결과이고,
도 10a는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 과다발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 병원성 균주 DC3000 과 비병원성 균주 DC 3000 avrRpm1의 세균성 흑반병 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 균주 (DC3000)와 비병원성 균주(DC3000 avrRpm1)를 접종하였을 때, 감염 잎 조직에서의 H2O2의 변화를 정량을 통해 나타낸 도면이고,
도 10b는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 과다발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 병원성 균주 DC3000 과 비병원성 균주 DC 3000 avrRpm1의 세균성 흑반병 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 균주 (DC3000)와 비병원성 균주(DC3000 avrRpm1)를 접종하였을 때, 감염 조직에서의 세포사멸을 이온전도도의 측정을 통해 정량화한 도면이고,
도 11은 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 과다발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 병원성 균주 DC3000 과 비병원성 균주 DC 3000 avrRpm1의 세균성 흑반병 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 균주 (DC3000)와 비병원성 균주(DC3000 avrRpm1)를 접종하였을 때, 병방어 관련 유전자의 변화를 리얼타임 알티 피시알 (Real time-RT PCR)을 통해 나타낸 결과이고,
도 12a는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 과다발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 노균병 (Hyaloperonospora parasitica)에 대한 병저항성이 감소된 것이 나타난 사진이고,
도 12b는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 과다발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 노균병 (Hyaloperonospora parasitica) 접종 후 균사의 생장을 트리판 블루 염색(trypan blue staining)을 통해 살펴본 결과를 나타낸 도면이고,
도 12c 및 도 12d는 본 발명에 의한 CaMLO2 유전자를 과다발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 노균병 (Hyaloperonospora parasitica)에 대한 병저항성이 붕괴된 것을 포자경수 및 포자수를 측정함으로써 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
1 is nokgwang pepper cultivars by the present invention (Capsicum annnuum L. cv. Pepper CaMLO2 cloned from Nockwang) A diagram showing the nucleotide sequence and amino acid sequence of the gene,
Figure 2 shows the result of comparing the MLO amino acid sequence of CaMLO2 and other plants according to the present invention,
Figure 3 is a comparison between the amino acid sequence of the CaMLO2 pepper according to the present invention and the Arabidopsis, which is a model plant and MLO proteins of other crops reported previously and the calmodulin binding domain,
4 confirms the interaction between calmodulin binding domain and calmodulin dependent on calcium ions,
5A to 5D show the intracellular location of CaMLO2 protein through the construction of a recombinant vector encoding CaMLO2 and a fluorescent protein,
Figure 6a is red pepper bacterial spot disease ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) is a diagram showing the difference in expression of CaMLO2 gene in inoculated and non-inoculated leaves when inoculated with pathogenic and non-pathogenic strains of,
Figure 6b shows the CaMLO2 according to the present invention over time after treatment with salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MJ) A diagram showing a result of gene expression induction,
Figure 7a is a diagram confirming that the expression of the CaMLO2 gene according to the present invention is suppressed using the method of virus-induced gene silencing (VIGS),
Figure 7b is a view showing a reduction in bacterial growth in plants in which the expression of the CaMLO2 gene according to the present invention is suppressed,
When Figure 7c hayeoteul inoculated with the virulent strain Ds1 and pepper jeommunuibyeong bacterial strains of non-pathogenic strains Bv5-4a (Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria) in the plant of pepper varieties nokgwang expression is inhibition of gene CaMLO2 according to the present invention, a comparison of the symptoms It is a diagram showing that,
7D and 7E are pepper bacterial bacterial pathogens of pathogenic strain Ds1 and non-pathogenic strain Bv5-4a, respectively, in plants of the red pepper greenery varieties whose expression of the CaMLO2 gene was suppressed according to the present invention ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) is a diagram showing the results of expression inhibition of CaMLO2 expression and resistance-related genes when inoculated,
8a and 8b are pepper bacterium spotty bacteria of pathogenic strain Ds1 and non-pathogenic strain Bv5-4a in plants of red pepper green mine varieties in which the expression of CaMLO2 gene according to the present invention is suppressed ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) is a diagram showing the change of H 2 O 2 in infected pepper leaf tissues through DAB staining (3,3'-diaminobenzidine staining) and quantification, respectively.
8C and 8D are pepper bacterial bacterial pathogens of the pathogenic strain Ds1 and the non-pathogenic strain Bv5-4a in the plant of the red pepper green mine variety in which the expression of the CaMLO2 gene according to the present invention is suppressed ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) is a diagram quantifying the apoptosis in infected pepper leaf tissues by trypan staining and measurement of ion conductivity, respectively.
9A shows the recombinant vector pBIN35S: CaMLO2 as Agrobacterium tumefaciens ( Agrobacterium). tumefaciens in transgenic Arabidopsis thaliana plants that overexpressed the gene CaMLO2 using a strain GV3101) strains, showing a result of observing the CaMLO2 which gene is overexpressed,
9b and 9c show bacterial erythema in transgenic Arabidopsis plants overexpressing the CaMLO2 gene according to the present invention ( Pseudomonas syringae pv. tomato When inoculated with pathogenic strain (DC3000) and non-pathogenic strain (DC3000 avrRpm1) of DC3000, the difference in symptoms and bacterial growth, respectively,
Figure 10a is a bacterial erythema ( Pseudomonas syringae pv. Tomato of pathogenic strain DC3000 and non-pathogenic strain DC 3000 avrRpm1 in transgenic Arabidopsis plants overexpressing the CaMLO2 gene according to the present invention. When inoculated with pathogenic strain (DC3000) and non-pathogenic strain (DC3000 avrRpm1) of DC3000, it is a diagram showing the quantitative change in H 2 O 2 in infected leaf tissue,
Figure 10b is a bacterial erythema ( Pseudomonas syringae pv. Tomato of pathogenic strain DC3000 and non-pathogenic strain DC 3000 avrRpm1 in transgenic Arabidopsis plants overexpressing the CaMLO2 gene according to the present invention. When inoculated with the pathogenic strain (DC3000) and non-pathogenic strain (DC3000 avrRpm1) of DC3000, the cell death in the infected tissue was quantified by measuring the ion conductivity,
Figure 11 is bacterial pathophysiology of pathogenic strain DC3000 and non-pathogenic strain DC 3000 avrRpm1 in transgenic Arabidopsis plants overexpressing CaMLO2 gene according to the present invention ( Pseudomonas syringae pv. Tomato When the pathogenic strain (DC3000) and the non-pathogenic strain (DC3000 avrRpm1) were inoculated, changes in defense-related genes were shown through real time-RT PCR.
Figure 12a is a fungal disease in transgenic Arabidopsis plants overexpressing the CaMLO2 gene according to the present invention ( Hyaloperonospora parasitica ) is a picture showing reduced disease resistance to,
Figure 12b is a fungal disease in transgenic Arabidopsis plants overexpressing the CaMLO2 gene according to the present invention ( Hyaloperonospora parasitica ) is a view showing the results of the examination of mycelial growth after trypan blue staining (trypan blue staining),
Figure 12c and Figure 12d is a fungal pathogen ( Haloperonospora) in transgenic Arabidopsis plants overexpressing the CaMLO2 gene according to the present invention parasitica ) shows the result of confirming the collapse of the disease resistance to spore diameter and spore counting.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

[[ 실시예Example 1]  One] CaMLO2CaMLO2 유전자의 염기/아미노산 서열 결정Determination of base / amino acid sequence of gene

고추 세균성 점무늬병에 대한 병저항성 관련 단백질 중 하나인 MLO(CaMLO2: C apsicum a nnuum m ildew resistance l ocus O 2 ) 단백질 코딩 유전자 염기서열 및 그로부터 추론되는 아미노산 서열을 제공하기 위하여 하기와 같은 시험을 수행하였다.MLO ( CaMLO2 : C apsicum a nnuum) , one of the pathogenic proteins associated with red pepper bacterial spot disease m ildew resistance l ocus O 2 ) The following tests were performed to provide protein coding gene sequences and amino acid sequences inferred therefrom.

고추 녹광 품종(Capsicum annuum cv. Nockwang)에 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하고 18시간 동안 습실 처리한 후 저항성 병반인 과민성세포사멸반응이 나타난 식물체를 습실에서 꺼내어 잎을 수거하였다. Capsicum pepper varieties ( Capsicum annuum cv. Nockwang) were sprayed with red pepper bacillus fungi ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) were inoculated and treated for 18 hours, and then the plants showing the hypersensitive apoptosis, which were resistant lesions, were taken out of the chamber and leaves were collected.

다음에, 이 잎 표본으로부터 mRNA를 추출하여 역전사한 후 이를 이용하여 cDNA 라이브러리를 제작하였다. 이렇게 제작된 cDNA 라이브러리로부터 개개의 cDNA 클론을 제조하여 나이론막(Hybond N+)에 일정하게 흡착시킨 후, 각각 고추세균성점무늬병균의 비병원성 균주를 접종한 고추식물의 잎과 접종하지 않은 건전한 고추식물의 잎에서 추출한 총 mRNA를 디옥시제닌(digoxygenin)으로 표지하여 프로브를 만든 다음, 디퍼런셜 하이브리다이제이션(differential hybridization)을 수행하였다.Next, mRNA was extracted from the leaf sample and reverse transcribed to prepare a cDNA library. Individual cDNA clones were prepared from the cDNA library thus prepared and adsorbed to the nylon membrane (Hybond N +) uniformly. The total mRNA extracted at was labeled with dioxygenin (digoxygenin) to make a probe, and then differential hybridization was performed.

하이브리다이제이션 결과 비병원성 균주 접종된 식물체의 mRNA 프로브에 대해서만 집중적으로 증폭되어 나타난 유전자를 병저항성에 관련된 유전자로 추정하고 클론을 수득하였다.As a result of the hybridization, the gene showing intensively amplified only for the mRNA probe of the non-pathogenic strain inoculated plant was estimated as a gene related to disease resistance and a clone was obtained.

수득된 클론들을 해독(Sequencing)한 후, 블라스트 프로그램을 이용하여 그 서열을 GenBank에 등록된 유전자 데이터베이스와 비교함으로써 CaMLO2 단백질 코딩 유전자를 확인하고 고추 MLO (CaMLO2) 유전자로 명명하였다. CaMLO2 단백질의 아미노산 서열을 분석한 결과 식물의 MLO 그룹에 속함을 알 수 있었다(도 1 내지 도 3 참조). 확인된 CaMLO2의 유전자 염기서열(서열번호 1)과 상기 염기서열에 의해 코딩되는 아미노산 서열(서열번호 2)을 도 1 및 도 2에 나타내었다.
After sequencing the obtained clones, the CaMLO2 protein coding gene was identified and named as the pepper MLO ( CaMLO2 ) gene by comparing the sequence with a gene database registered in GenBank using a blast program. Analysis of the amino acid sequence of the CaMLO2 protein was found to belong to the MLO group of plants (see Figures 1 to 3). Gene base sequence (SEQ ID NO: 1) and the amino acid sequence encoded by the base sequence (SEQ ID NO: 2) of the identified CaMLO2 are shown in FIGS. 1 and 2.

[[ 실시예Example 2]  2] CaMLO2 의Of CaMLO2 칼모듈린Calmodulin 바인딩 활성 확인 Binding activity check

상기 실시예 1에서 수득한 CaMLO2 유전자가 코딩하는 CaMLO2 단백질의 칼모듈린 바인딩의 활성을 검정하기 위해 다음과 같이 시험하였다.In order to assay the calmodulin binding activity of the CaMLO2 protein encoded by the CaMLO2 gene obtained in Example 1 was tested as follows.

[단계 1][Step 1]

대장균의 재조합 단백질 발현 시스템을 이용하였다. CaMLO2의 C-말단에 위치한 칼모듈린 바인딩 도메인 (Calmodulin binding domain; CaMBD)을 암호화하는 염기서열을 재조합 GST 벡터에 삽입하고, 대장균 BL21 균주에 형질전환하여 재조합 단백질을 발현시켰다. E. coli recombinant protein expression system was used. A nucleotide sequence encoding a Calmodulin binding domain (CaMBD) located at the C-terminus of CaMLO2 was inserted into a recombinant GST vector and transformed into E. coli BL21 strain to express a recombinant protein.

[단계 2][Step 2]

대장균 단백질 발현 시스템을 이용하여 순화된 단백질의 칼모듈린 바인딩 능력 (Camodulin binding ability)은 어피니티 씨비피 퓨전 프로테인 디텍션 키트 (Stratagene 판매, La Jolla, CA)를 이용하여 검정되었다. 바이오틴이 부착된 칼모듈린이 1차 탐지자 (primary probe)로 사용되고, 바이오틴을 탐지하기 위한 2차 탐지로 스트렙타비딘 알칼라인 포스파테이즈 (Streptavidin alkaline phosphatase)가 이용되었고, 상호작용의 결과 부착되어진 바이오틴은 화학발광기질은 씨디피-스타 (Sigma-Aldrich 판매, St. Louis, MO)에 의해 발광되어 X-ray 필름을 통해 확인 할 수 있었다. 이를 통해 확인된 결과가 도 4에 나타내어져 있다.
The calodulin binding ability of the purified protein using the E. coli protein expression system was assayed using the Affinity CB Fusion Protein Detection Kit (Stratagene, La Jolla, Calif.). Biotin-attached calmodulin was used as a primary probe, streptavidin alkaline phosphatase was used as a secondary detection to detect biotin, and biotin attached as a result of the interaction. Silver chemiluminescence substrates were emitted by CD-Star (Sigma-Aldrich, St. Louis, Mo.) and identified by X-ray film. The result confirmed through this is shown in FIG.

[[ 실시예Example 3]  3] CaMLO2 의Of CaMLO2 형광단백질 부착을 통한  Through fluorescent protein attachment 세포내Intracellular 위치 확인 Location verification

CaMLO2 유전자를 녹색형광 단백질(green fluorescent protein, GFP)이 표지되어 있는 재조합 벡터를 이용하여 식물 내에서 CaMLO2 의 발현위치를 탐색하기 위하여 CaMBL1 유전자를 326GFP 벡터에 도입시켜 재조합 벡터인 smGFP:CaMLO2을 제조하였다(도 5a). The recombinant vector smGFP: CaMLO2 was prepared by introducing the CaMBL1 gene into the 326GFP vector to detect the expression location of CaMLO2 in plants using a recombinant vector labeled with a green fluorescent protein (GFP). (FIG. 5A).

[단계 1][Step 1]

CaMLO2가 식물에서 발현되는 위치를 알아보기 위하여 입자탄이용 DNA 전이술을 이용하여 양파식물에 녹색형광 단백질이 표지되어 있는 CaMLO2를 도입시켜서 공초점현미경을 이용하여 관찰하였다. 도 5b는 그 결과를 나타내고 있다. In order to determine the position where CaMLO2 is expressed in the plant, CaMLO2 labeled with green fluorescence protein was introduced into onion plants by using particle charcoal DNA transfer and observed using confocal microscope. 5B shows the result.

[단계 2][Step 2]

상기 제조된 재조합벡터를 아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumafeciens) GV3101 스트레인을 이용하여 Nicotiana benthamiana 에 일시적으로 발현 시켜 역시 공초점레이져현미경을 이용하여 관찰하였다. 발현된 식물조직에서 단백질을 추출하고 울트라 원심분리를 통해 식물세포의 원형질부분과 멤브레인 층을 분리한 이후 GFP 안티바디를 이용한 웨스턴 블라팅을 통해 CaMLO2의 식물세포 내 위치를 재확인할 수 있었다. 도 5c와 5d가 이 결과를 보여주고 있다.
The recombinant vector thus prepared was Nicotiana using Agrobacterium tumafeciens GV3101 strain. Transient expression in benthamiana was also observed using confocal laser microscope. Proteins were extracted from the expressed plant tissues, and the cytoplasmic portion and membrane layer of the plant cells were separated by ultra centrifugation, and then the location of CaMLO2 could be reconfirmed by western blotting using GFP antibody. 5C and 5D show this result.

[[ 실시예Example 4] 병원균 접종에 의한 고추식물에서의  4] In red pepper plants by pathogen inoculation CaMLO2CaMLO2 유전자의 발현 탐색Exploration of gene expression

상기 실시예 1에서 수득한 CaMLO2 유전자의 저항성 탐색에의 이용방법을 확인하기 위해 다음과 같이 시험하였다. CaMLO2 obtained in Example 1 The following tests were conducted to confirm the use of genes in the search for resistance.

[단계 1][Step 1]

먼저 저항성 탐색 방법을 구체적으로 제시하기 위하여, 식물체와 친화적 반응을 나타내는 고추 세균성 점무늬병원균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)의 병원성균주 Ds1과 불친화적 반응을 나타내는 비병원성 균주 Bv5-4a를 YN(Yeast- Nutrient) 배지에서 배양한 후, 108 cfu/㎖의 농도로 6엽기의 고추 녹광 품종(Capsicum annuum cv. Nockwang)의 5, 6엽의 뒷면에 주사기를 이용하여 침투시켜 접종하고, 접종 후에는 28℃, 100% 상대습도 조건에서 18시간 동안 습실 처리 하였다. 접종 후 시간대별로 잎을 샘플링하여 RNA를 분리하고, 포름알데하이드 겔 상에서 전기영동한 후 나이론막 (Hybond N)으로 전이시켰다.First, in order to specifically suggested as the method of searching for resistance, pepper bacterial spot patterns pathogen (Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria) pathogenic strains Ds1 and the incompatible reaction YN (Yeast- Nutrient) a non-pathogenic strain Bv5-4a representing representing the plant and friendly reaction After incubation in the medium, Capsicum 6-leaf red pepper varieties ( Capsicum) at a concentration of 10 8 cfu / mL annuum cv. Nockwang) was inoculated by injecting the back of the 5 and 6 leaves using a syringe, and after the inoculation was treated with wet conditions at 28 ° C. and 100% relative humidity for 18 hours. After the inoculation, the leaves were sampled at each time point to isolate the RNA, electrophoresed on formaldehyde gel, and transferred to a nylon membrane (Hybond N).

다음으로 실시예 1에서 수득된 CaMLO2 유전자에 클레나우 효소(Klenow enzyme)를 이용하여 동위원소가 붙은 α-32P[dCTP] 을 표지한 후 이를 반응액[0.25 M 인산완충액, 7% SDS, 1 mM EDTA, 5% 덱스트란 황산염(Dextran Sulfate)]에서 65℃로 24 시간 동안 배양하여 하이브리다이제이션 (hybridization)을 실시하였다. 이렇게 동위원소가 표지된 상기의 DNA 프로브는 나이론막(Hybond N+)에 붙어있는 mRNA에 붙게 되며 이 나이론막 (Hybond N+) 위에 X-ray 필름을 얹게 되면 동위원소가 표지된 DNA가 X-ray 필름을 감광시키므로, 발현 유무와 정도를 알아볼 수 있게 하였다. Next, CaMLO2 obtained in Example 1 The gene was labeled with an isotopic α- 32 P [dCTP] using Klenow enzyme, and then the reaction solution [0.25 M phosphate buffer, 7% SDS, 1 mM EDTA, 5% dextran sulfate ( Dextran Sulfate)] was incubated at 65 ° C. for 24 hours to perform hybridization. The isotopically labeled DNA probe is attached to the mRNA attached to the nylon membrane (Hybond N +). When the X-ray film is placed on the nylon membrane (Hybond N +), the isotopically labeled DNA is X-ray film. As a result, the expression and degree of expression were recognized.

이상의 실험결과를 도 6a에 나타내었으며 실험의 결과 CaMLO2 유전자는 병원성 고추 세균성 점무늬병 접종 후 20시간 이후에, 비병원성 고추 세균성 점무늬병 접종 10시간 후 강하게 발현하였다(도 6a).
Figure 6a were given in the above experiment results of the experimental results CaMLO2 Genes were strongly expressed 20 hours after inoculation of pathogenic pepper bacterial spot disease and 10 hours after inoculation of non-pathogenic pepper bacterial spot disease (FIG. 6A).

[[ 실시예Example 5] 식물 호르몬에 의한  5] caused by plant hormones CaMLO2CaMLO2 유전자의 유도 발현Induced Expression of Genes

본 발명의 CaMLO2 유전자가 통상 세균성 병원균에 대해 저항성 유도에 사용되는 식물 호르몬인 살리실산과 메칠자스모네이트에 의해 유도될 수 있는지를 알아보고 그 구체적 유도방법을 제공하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다. CaMLO2 of the invention In order to find out whether the gene can be induced by salicylic acid and methylzamonate, which are plant hormones commonly used to induce resistance to bacterial pathogens, the following experiments were performed.

[단계 1][Step 1]

먼저, CaMLO2 유전자의 발현 유도에 유용한 유도체를 탐색하기 위하여, 식물병 저항성 발현의 유도에 관여한다고 알려진 화학물질들 중 살리실산(salicylic acid)과 메칠자스모네이트(methyl jasmonate)를 사용하여 저항성 유도 시험을 실시하였다. 모든 실험에 6엽기의 고추 잎이 이용되었다. First, CaMLO2 In order to search for derivatives useful for inducing gene expression, resistance induction tests were conducted using salicylic acid and methyl jasmonate among chemicals known to be involved in the induction of plant disease resistance expression. Six-leaved pepper leaves were used in all experiments.

살리실산은 5 mM의 농도로 고추 잎에 스프레이 하는 방법으로 처리하였으며, 메칠자스모네이트는 100 μM의 농도로 처리하였다. 각각의 식물들은 처리 1, 5, 10, 15, 20, 25시간 후에 잎을 수거하였고 각각의 샘플에서 RNA를 추출하였고 추출된 RNA를 포름알데히드를 함유하는 겔 상에서 전기영동한 후 나이론막 (Hybond N+)으로 전이시킨 후 다음과 같이 노던블러팅을 수행하였다. 시험방법은 실시예 2에 기술한 것과 동일하다.Salicylic acid was treated by spraying pepper leaves at a concentration of 5 mM, and methylzasmonate was treated at a concentration of 100 μM. The plants were harvested after 1, 5, 10, 15, 20 and 25 hours of treatment, RNA was extracted from each sample and the extracted RNA was electrophoresed on a gel containing formaldehyde followed by a nylon membrane (Hybond N +). ) And then Northern blotting was performed as follows. The test method is the same as described in Example 2.

실험의 결과 CaMLO2 유전자는 도 6b에서 보이는 것과 같이 살리실산을 처리한 후 발현이 5시간부터 유도되어 25시간까지 발현이 강하게 유지되는 것을 관찰할 수 있었고, 메칠자스모네이트를 처리시 살리실산에 비해 약하게 발현이 유도되면 유지되는 것을 관찰할 수 있었다 (도 6b).
As a result of the experiment, the CaMLO2 gene was observed to be expressed from 5 hours after salicylic acid treatment as shown in FIG. 6b, and the expression was maintained strongly until 25 hours, and weakly expressed compared to salicylic acid when methylzamonate was treated. It can be observed that it is maintained when induced (FIG. 6B).

[[ 실시예Example 6]  6] CaMLO2CaMLO2 유전자 발현의 억제에 의한 병 저항성의 변화 Changes in disease resistance due to inhibition of gene expression

고추식물에서 CaMLO2 유전자의 발현이 특이적으로 억제되었을 때 병 발생과 관련 다른 유전자들의 유도 여부 및 병에 대한 저항성의 붕괴 여부를 알아보기 위하여, 실시예 1에서 수득한 CaMLO2 유전자를 바이러스 유도 유전자 억제(VIGS, virus-induced gene silencing)에서 이용되어지는 TRV (Tobacco Rattle Virus)를 이용하여 CaMLO2 유전자를 TRV 벡터에 도입시켜 재조합 벡터인 TRV:CaMLO2를 제조하였다 (참고문헌 : Baulcombe D. C. (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing. Curr. Opin. Plant Biol. 2: 109-113). When in the pepper plant is suppressed to a specific expression of the CaMLO2 genetic disease occurrence and other related genes induced and whether to evaluate the collapse if the resistance to the disease, in Example 1 inhibit virus induced gene a CaMLO2 gene obtained from of ( The recombinant vector TRV: CaMLO2 was prepared by introducing CaMLO2 gene into TRV vector using TRV (Tobacco Rattle Virus), which is used in VIGS, virus-induced gene silencing (Baulcombe DC (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing.Curr. Opin.Plant Biol. 2: 109-113).

이렇게 제조한 재조합벡터 TRV:CaMLO2를 아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumefaciense strain GV 3101)에 전기천공법 (electrophoration)을 통하여 도입하고 다시 재조합벡터가 들어가 있는 GV3101 균주를 고추 유묘 (seedling)의 떡잎에 주사기를 이용, 엽육주사 (infiltration) 방법으로 접종하여 고추식물에 도입함으로써 CaMLO2 유전자의 발현의 억제를 유도시켰고, 유전자 발현 억제의 효과는 역전사효소 피씨알 (RT-PCR) 및 실시간 RT-PCR (real-time RT-PCR)을 통하여 확인하였다 (도 7a 참조).
Thus prepared recombinant vector TRV: CaMLO2 to Agrobacterium tumefaciens ( Agrobacterium Tumefaciense strain GV 3101) was introduced through electrophoresis, and the GV3101 strain containing the recombinant vector was inoculated in pepper seedlings by infiltration using a syringe on the cotyledons of pepper seedlings. Thereby inducing the inhibition of the expression of the CaMLO2 gene, and the effect of gene expression inhibition was confirmed through reverse transcriptase PCR (RT-PCR) and real-time RT-PCR (see FIG. 7A).

[단계 1][Step 1]

CaMLO2의 발현이 억제된 식물체에서 세균성 병에 대한 저항성의 변화를 알아보기 위하여, 상기의 CaMLO2의 유전자의 발현이 억제된 고추 식물과 대조구로서 TRV2:00 벡터를 접종한 고추 녹광 품종에 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)의 병원성균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a를 107 과 10 8cfu ml- 1 의 농도로 접종한 후 접종 잎의 병징을 관찰하였고, 5 x 104 cfu ml- 1 로 접종하여 접종 후 0, 3일에 감염 식물조직에서의 세균 생장을 측정하였다(도 7b 및 도 7c). In order to investigate the change in the resistance to bacterial diseases in plants inhibited by the expression of CaMLO2 , the pepper bacterium in the pepper green mine varieties inoculated with TRV2: 00 vector as a control and the pepper plants suppressed by the expression of CaMLO2 gene ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) were inoculated with the pathogenic strain Ds1 and the non-pathogenic strain Bv5-4a at concentrations of 10 7 and 10 8 cfu ml - 1 , and then the leaves were inoculated with 5 x 10 4 cfu ml - 1 . On day 3, bacterial growth in infected plant tissues was measured (FIGS. 7B and 7C).

또한, 병원균 107 cfu ml-1 농도로 접종 후 18, 36시간 후에 실험구와 대조구의 감염 잎에서 RNA를 추출하여 실시간 알티-피시알 (real-time RT-PCR)을 통해 CaMLO2 의 특이적인 유전자 억제 효과와 함께 병 접종 시 대조구 식물과 비교하여 병저항성 관련 유전자의 발현 차이를 관찰하였다 (도 7d 및 도 7e).In addition, RNA was extracted from infected leaves of experimental and control groups 18 and 36 hours after inoculation with 10 7 cfu ml -1 concentration of pathogens to inhibit specific genes of CaMLO2 through real-time RT-PCR. With the effect, the expression difference of the disease resistance related genes were observed in comparison with the control plants at the time of inoculation (Figs. 7D and 7E).

그 결과, 도 7b에서와 같이 감염조직에서 병원성 균과 비병원성 균의 세균 생장을 측정한 결과 대조구에 비교하여 병원성 균을 접종한 식물에서만 CaMLO2의 발현이 억제된 식물에서 더 적은 세균생장을 나타냈다. As a result, as shown in FIG. 7B, bacterial growth of pathogenic bacteria and non-pathogenic bacteria in infected tissues was measured. As a result, less bacterial growth was observed in plants in which CaMLO2 expression was suppressed only in plants inoculated with pathogenic bacteria.

그리고 도 7c에 나타난 바와 같이 실험결과 VIGS로 CaMLO2의 발현이 억제된 식물에서 병원성균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 접종 후 병징을 관찰한 결과, 병원성 균주 접종시 대조구에 비하여 접종 후 6일 이후에도 황화와 괴저 현상이 지연되는 것이 관찰되었고, 비병원성 균주 접종시 대조구 식물과 별다른 차이가 없었다. As shown in FIG. 7C, after the inoculation of the pathogenic strain Ds1 and the non-pathogenic strain Bv5-4a in the plants inhibited by the expression of CaMLO2 by VIGS, the yellowing was observed even after 6 days after the inoculation of the pathogenic strain. Delayed and necrotic phenomena were observed, and there was no difference between control plants and inoculated non-pathogenic strains.

또한 실시간 알티-피시알 시험 결과 도 7d 및 도 7e와 같이, CaMLO2가 억제된 식물에서 효과적으로 CaMLO2 유전자의 억제가 나타나는 것이 관찰되었고, 병원성 균주 접종시 살리실산에 의존적인 대표적 저항성 관련 유전자인 CaPR1 유전자(Choi et al. (2007) Hydrogen peroxide generation by the pepper extracellular peroxidase CaPO2 activates local and systemic cell death and defense response to bacterial pathogens)의 발현이 증가한 것을 확인하였다. In addition, real-time Alti-fish egg test results Figure 7d, and as shown in Figure 7e, has been effectively observed that inhibition of CaMLO2 gene found in the plant a CaMLO2 is suppressed, pathogenic strain-dependent typical resistance-related gene CaPR1 gene inoculation when salicylic acid (Choi et al. (2007) Hydrogen peroxide generation by the pepper extracellular peroxidase CaPO2 activates local and systemic cell death and defense response to bacterial pathogens.

그리고 병원균 107 cfu ml-1로 접종하여 접종 이후 시간대 별로 식물저항성 신호전달 관련 물질인 H2O2를 정량하고, 저항성 반응의 표현인 식물조직의 세포사멸을 이온전도도 측정을 통해 정량화하였다 (도 8a ~ 도 8d). After inoculation with pathogen 10 7 cfu ml -1 , H 2 O 2 , a plant-resistance signaling-related substance, was quantified for each time period after inoculation, and cell death of plant tissue, which is an expression of the resistance response, was quantified by measuring ion conductivity (FIG. 8a-8d).

도 8a ~ 도 8d에 나타난 바와 같이 대조구 식물에 비해 CaMLO2가 억제된 식물에서 H2O2의 축적과 이온전도도가 병원성 식물을 접종하였을 때에만 증가함을 알 수 있었다.
As shown in FIGS. 8a to 8d, H 2 O 2 accumulation and ion conductivity were increased only when inoculated with pathogenic plants in plants inhibited by CaMLO2 compared to control plants.

[[ 실시예Example 7]  7] CaMLO2CaMLO2 유전자를 이용한 형질전환 식물체의 제조 및  Production of transgenic plants using genes CaMLO2CaMLO2 유전자의 과다발현에 의한 애기장대 식물의 병 저항성 변화 Variation of disease resistance of Arabidopsis plants by overexpression of genes

모델식물로 사용되는 애기장대 식물체에서 CaMLO2 유전자의 과다발현시 다른 병 발생과 관련된 유전자들의 유도여부 및 병에 대한 저항성의 증가 여부에 대하여 알아보기 위하여, 실시예 1에서 수득한 CaMLO2 유전자를 pBIN35S 벡터에 도입시켜 pBIN35S:CaMLO2를 제조한 후 이렇게 제조된 재조합 벡터인 pBIN35S:CaMLO2를 아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumefaciense strain GV 3101)에 전기천공법 (electroporation)을 통하여 도입하고 다시 재조합벡터가 들어가 있는 GV3101 균주를 꽃침지(floral dipping) 방법을 통하여 애기장대 식물에 도입함으로써 CaMLO2 유전자의 과다발현을 유도시킨 형질전환 애기장대를 제작하고 아래와 같은 시험을 수행하였다.
Model to investigate with respect to increased if the resistance to the induced and whether the bottle of genes associated with different disease occurs when over expression of CaMLO2 gene in Arabidopsis thaliana plants used in the plant, the CaMLO2 gene obtained in Example 1 in pBIN35S vector PBIN35S: CaMLO2 was prepared by introduction, and the recombinant vector pBIN35S: CaMLO2 thus prepared was introduced into Agrobacterium tumefaciense strain GV 3101 through electroporation and GV3101 containing the recombinant vector. By introducing the strain into Arabidopsis plants through floral dipping method, a transgenic Arabidopsis induced the overexpression of CaMLO2 gene was prepared and the following test was performed.

[단계 1] [Step 1]

상기와 같이 CaMLO2 과다 발현된 식물에 슈도모나스 시링게 패소바 토마토 DC3000 병원성 및 비병원성 균주를 5 x 104 cfu / ml 농도로 접종하고 식물체의 변화를 관찰하였다. 도 9b에 나타난 바와 같이, CaMLO2가 과다 발현된 식물체에서 야생형에 비하여 병원성의 세균성 병에 대하여 감수성을 나타내고 있음이 관찰되었고, 도 9c에 나타난 바와 같이, 감염조직에서 세균생장을 관찰한 결과 CaMLO2 유전자가 과다발현된 식물에서 병원성 세균 생장이 야생형 식물 감염조직에서의 세균생장보다 높은 것을 알 수 있었다. 도 10a 및 도 10b에 나타난 바와 같이, H2O2의 축적은 병원성 세균 접종 초기에 대조구에 비해 낮고, 이온전도도는 병원성 세균 접종후 후기 시간대에 더 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 병원성 세균 접종시 초기시간에 방어 반응이 대조구에 비해 붕괴되었으나, 후기시간 병원균 생장에 의한 괴저반응의 증가로 이온 전도도가 증가함을 시사한다. 비병원성 세균 접종시에는 대조구와 비교하여 별다른 변화가 없었다. As described above, the plants overexpressed CaMLO2 were inoculated with Pseudomonas syringe-Pasova tomato DC3000 pathogenic and non-pathogenic strains at a concentration of 5 x 10 4 cfu / ml, and the change of the plants was observed. As shown in Figure 9b, as compared to wild-type plants in the CaMLO2 the over-expression has been shown that the sensitivity observed for the bottle of pathogenic bacterial, as shown in Figure 9c, the observed results of the bacterial growth in the infected tissue CaMLO2 Pathogenic bacterial growth in overexpressed genes was higher than that in wild-type plant tissues. As shown in Figure 10a and 10b, the accumulation of H 2 O 2 was lower than the control at the beginning of pathogenic bacterial inoculation, the ion conductivity was confirmed to be higher in the late time zone after the pathogenic bacterial inoculation. This suggests that the defensive response of the pathogenic bacteria at the initial time was more disintegrated than the control, but the ionic conductivity was increased due to the increase of necrotic reaction caused by the growth of the late pathogens. There was no change in non-pathogenic bacterial inoculation compared to the control.

[단계 2][Step 2]

병원성 및 비병원성 세균 107 cfu ml-1 농도로 접종 후 24, 48시간 후에 실험구와 대조구의 감염 잎에서 RNA를 추출하여 실시간 알티-피시알 (real-time RT-PCR)을 통해 병 접종 시 대조구 식물과 비교하여 병저항성 관련 유전자의 발현 차이를 관찰하였고, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 24 and 48 hours after inoculation with pathogenic and non-pathogenic bacteria at 10 7 cfu ml -1 concentration, RNA was extracted from infected leaves of experimental and control groups, and control plants were inoculated via real-time RT-PCR. Compared with the expression difference of the genes related to disease resistance was observed, the results are shown in FIG.

[단계 3][Step 3]

CaMLO2가 과다 발현된 식물에, 애기장대에서 노균병을 일으키는 순활물 기생체인 하이알로페로노스포라 파라시티카 Noco2 (Hyaloperonospora parasitica Noco 2)를 접종한 후 병저항성의 변화를 관찰하였다. CaMLO2가 과발현된 식물과 과발현하지 않는 야생형 대조구 식물의 떡잎시기에 하이알로페로노스포라 파라시티카 Noco2를 5x104 포자 ml-1의 농도로 스프레이접종 하였다. 접종 후 17℃의 온도에서 습실 처리하였다. Hylooperonospora parasitica Noco2 ( hyaloperonospora) parasitica Noco 2) was inoculated and the change of disease resistance was observed. Hyeloferonospora parasitica Noco2 was sprayed at a concentration of 5 × 10 4 spores ml −1 at the cotyledon stage of CaMLO2 and non-overexpressed wild type control plants. After inoculation, the cells were subjected to wet treatment at a temperature of 17 캜.

그 결과 CaMLO2를 과발현하는 형질전환 애기장대 식물에서 감수성이 증가되어 노균병원균의 균사생장이 증가되는 것을 관찰할 수 있었고 그 결과를 도 12a ~ 도 12d에 나타내었다.
As a result, in the transgenic Arabidopsis plants overexpressing CaMLO2 , the mycelial growth of the Bacillus pathogens was increased, and the results are shown in FIGS. 12A to 12D.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였으나, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현의 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 균등물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Although specific portions of the present invention have been described in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely examples of preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto. It is therefore intended that the scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

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Claims (6)

서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 코딩하는 분리된 유전자(CaMLO2 ). An isolated gene ( CaMLO2 ) encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 . 서열번호 1의 염기서열을 갖는 분리된 유전자(CaMLO2 ). An isolated gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 ( CaMLO2 ). 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 분리된 단백질(CaMLO2).An isolated protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (CaMLO2). 제2항 기재의 유전자(CaMLO2)를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector comprising the gene of claim 2 ( CaMLO2 ). 제4항 기재의 재조합 벡터에 의해 형질전환된 애기장대 또는 고추 식물체.Arabidopsis or pepper plants transformed with the recombinant vector according to claim 4. 삭제delete
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