KR101369701B1 - Disease-resistant transgenic plants using capsicum annuum osmotin-like protein 1 caosm1 - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to: a transgenic plant transformed by a recombinant vector which has a resistance against bacterial blight or downy mildew, and contains a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) related to cell death; and a production method of the transgenic plant. According to the present invention, the disease resistant mechanism of the CaOSM1 gene can be revealed and the transgenic plant resistant to bacterial blight or downy mildew can be effectively produced.

Description

고추의 오스모틴 CaOSM1 유전자를 이용한 병저항성 형질전환 식물체{Disease-Resistant Transgenic plants using Capsicum annuum Osmotin-like protein 1 CaOSM1}Disease-Resistant Transgenic Plants Using Capsicum annuum Osmotin-like Protein 1 CaOSM1}

본 발명은 고추의 식물병 방어 및 세포 사멸 관련 단백질 오스모틴 유전자 (CaOSM1)를 이용한 병저항성 형질전환 식물체에 대한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 고추의 오스모틴 유전자의 병저항성 기작을 밝혀내고, 이 유전자를 포함하는 세균성 마름병 또는 노균병에 대한 저항성을 갖는 형질전환 식물체 및 이 유전자가 코딩하는 단백질에 대한 항체를 이용한 면역반응으로 CaOSM1 단백질 수준의 발현 여부를 탐색하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a pathogenic transgenic plant using the plant disease defense and cell death related protein osmotin gene ( CaOSM1 ) of red pepper. More specifically, the present invention reveals the mechanism of pathogenic resistance of the osmotin gene of red pepper, and includes a transgenic plant having resistance to bacterial blight or fungal disease comprising the gene and an antibody against a protein encoded by the gene. It relates to a method for detecting the expression of CaOSM1 protein level by the immune response.

식물은 침입하는 미생물 병원균에 맞서기 위하여, 구조적인 혹은 유도되는 방어 기작을 이용한다. 그 중 하나는 병원균의 특이적 분자물질인 pathogen-associated molecular pattern (PAMP)을 수용체(pattern recognition receptor, PRR)가 인식하여 선천적 면역 (innate immunity)을 활성화하는 것이다. 병원균은 병원성 인자로서 이펙터(effector) 단백질을 식물 세포로 주입하여 수용체의 병원균 인식을 억제함으로써 면역반응을 무력화시킨다. 병원균의 침입을 억제하는 식물의 보다 강력한 방어반응은 병원균 침입지역에서의 과민성반응 (Hypersensitive response, HR)으로 나타나는 급속한 세포사멸이다. 과민성 세포사멸 반응 동안에 급격한 이온 흐름의 변화, 활성 산소 (reactivie oxigen species, ROS)의 생성, 방어관련 유전자의 활성화 등을 수반한다. 과민성 세포사멸은 병원균의 이펙터 단백질을 비병원성 인자로 인식하는 기주식물의 저항성 단백질 조합에 의해 일어난다. 이들에 대한 연구는 식물의 방어 생리 기작을 밝히는 데 있어 중요한 가치가 있으며 여기에서 얻어지는 병저항성 유전자는 해당 작물의 병저항성을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 다른 식물 종의 분자육종 또한 가능하게 할 수 있다. Plants use structural or induced defense mechanisms to combat invading microbial pathogens. One of them is to recognize the pathogen-associated molecular pattern (PAMP), a specific molecular substance of pathogens, by activating innate immunity by the pattern recognition receptor (PRR). Pathogens inactivate the immune response by injecting effector proteins as plant pathogens into plant cells to inhibit pathogen recognition of the receptor. A stronger defense response of plants that inhibit pathogen invasion is rapid cell death, which is manifested as hypersensitive response (HR) in the pathogen invasion zone. It involves rapid ionic flow changes, generation of reactive oxygen species (ROS), activation of defense-related genes, and the like during hypersensitivity apoptosis. Hypersensitivity apoptosis is caused by combinations of resistant proteins of host plants that recognize the effector proteins of the pathogen as non-pathogenic factors. These studies are of great value in elucidating the defense physiology of plants, and the pathogenic genes obtained can not only maximize disease resistance of the crop, but also enable molecular breeding of other plant species.

고추의 병저항성 및 세포사멸 유도와 관련하여 알려진 종래의 기술에는 E3유비퀴틴라이게이즈 유전자 씨에이링1, 칼모듈린 유전자 씨에이씨에이엠1, 만노스바인당렉틴1, 리폭시제나제1, 엡시스산 반응 유전자 씨에이에이비알1 등을 이용하여 병원균 침입에 보다 높은 저항성을 발현하는 형질전환 식물체를 제작하고 이를 이용해 병저항성을 탐색하는 기술이 최근에 보고가 되었다.Conventional techniques known in connection with the induction of disease resistance and apoptosis in pepper include E3 ubiquitin ligase gene CAI ring1, calmodulin gene CMA1, mannosevine sugar lectin 1, lipoxygenase 1, epsis acid reaction. Recently, a technology for producing a transgenic plant expressing higher resistance to invading pathogens using genes of ABI1 and the like has been recently reported.

한편, 오스모틴(osmotin)은 병생성관련단백질 5 (pathogenesis-related protein 5) 그룹에 속하는 단백질로 삼투성 스트레스(osmotic stress)에 대해 유도되는 것이 특징이다. 이 오스모틴들은 또한 생물적, 무생물적 자극에 의해 발현이 되는 것으로 보고되었으며 일부 병원균에 대한 항균 활성을 가지고 있다는 것이 밝혀지기도 하였다. 고추의 오스모틴(Capsicum annuum osmotin-like protein1, CaOSM1)은 세균성 점무늬 병원균(Xanthomonas campestris pv. vesocatoira) 감염 동안에 유도되는 단백질로 코딩하는 유전자의 염기 및 단백질 아미노산 서열이 밝혀졌으며 생물적, 무생물적 자극에 의해 유도된다는 연구 결과를 기초로 특허가 출원(대한민국 공개특허번호 10-2005-0031687)이 되었고 국제 저널(Physiol. Mol. Plant Pathol. 64: 301-310)에 보고가 되었었다. 이러한 연구결과와는 달리 오스모틴이 병저항성 기작에서 어떠한 역할을 하는 지는 아직 불분명하다. 따라서, 고추의 오스모틴을 이용하여 형질전환 식물체의 제작하고 세포 사멸에서의 기능 분석 등을 통하여 저항성 검정 평가를 할 수 한다면, 식물의 병저항성 기작에 대한 지식적 정보를 축적할 뿐만 아니라 이를 이용하여 저항성 식물 육종, 개발에 이바지하여 식물보호 및 식량 자원 확보에 있어 실용적 대안을 제시하여 줄 것이다. Osmotin, on the other hand, is a protein belonging to the pathogenesis-related protein 5 group and is characterized by being induced against osmotic stress. Osmotins have also been reported to be expressed by biological and abiotic stimuli and have been shown to have antimicrobial activity against some pathogens. Osmotin of Capsicum annuum osmotin-like protein1, CaOSM1) is a bacterial pathogen spots (Xanthomonas campestris pv. vesocatoira ) The patent application (Republic of Korea Patent Publication No. 10-2005-0031687) is based on the results of research showing that the base and protein amino acid sequence of the gene encoding the protein induced during infection is known and is induced by biological and abiotic stimulation And reported in the international journal (Physiol. Mol. Plant Pathol. 64: 301-310). Contrary to these findings, it is still unclear what role osmotin plays in pathogenesis. Therefore, if the resistance assay can be evaluated through the production of transgenic plants using red pepper osmotin and functional analysis in apoptosis, it not only accumulates the knowledge information about the pathogenic mechanism of the plant but also uses the same. By contributing to the development and development of resistant plants, they will offer practical alternatives for plant protection and food resources.

본 발명의 배경이 되는 기술로서 미국 특허등록공보 US 7,141,723 B2 (2006.11.26)에 담배, 콩, 당근, 목화, 감자 또는 콩의 오스모틴 유전자를 이용한 토마토 균핵병 및 흑갈병에 저항성인 형질전환 식물체에 대해 기재되어 있으나, 세포사멸과 관련된 고추 유래 OSM 유전자를 이용한 세균성 마름병 또는 노균병에 대해 저항성을 갖는 형질전환 식물체에 대해서는 개시되어 있지 않다.
As a background technology of the present invention, US Pat. No. 7,141,723 B2 (Nov. 26, 2006) to a transgenic plant resistant to tomato fungal disease and black scab using the osmotin gene of tobacco, soybean, carrot, cotton, potato or soybean. Although it is described, transgenic plants having resistance to bacterial blight or Downy mildew using the pepper-derived OSM gene associated with apoptosis are not disclosed.

대한민국 공개특허번호 10-2005-0031687 (2005.04.06)Republic of Korea Patent Application Publication No. 10-2005-0031687 (2005.04.06) 미국 특허등록공보 US 7,141,723 B2 (2006.11.26)US patent registration US 7,141,723 B2 (2006.11.26)

Physiol. Mol. Plant Pathol. 2004, 64: 301-310Physiol. Mol. Plant Pathol. 2004, 64: 301-310 GenBank Accession No. AY262059.1 : Capsicum annuum osmotin-like protein (OSM1) mRNA (2005.07.06.)GenBank Accession No. AY262059.1: Capsicum annuum osmotin-like protein (OSM1) mRNA (2005.07.06.)

비록 몇몇 방어관련 유전자들이 밝혀졌지만 복잡한 상호작용에 의해 생리활성이 조절된다는 생물학적 성질을 고려할 때 본 발명은 상술한 종래 기술상의 과제를 해결하기 위한 것이다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, in view of the biological properties that although several defense-related genes have been found, biological activity is controlled by complex interactions.

본 발명의 목적은 고추 세균성 점무늬병(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 감염된 식물에서의 방어반응 동안에 일어나는 저항성 및 세포 사멸에 관련하는 오스모틴 유전자 (CaOSM1)를 식물체에 도입하여 식물병에 저항성을 가지는 형질전환 식물체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for treating red pepper bacterial spotty disease ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) is to provide a transgenic plant having a resistance to plant diseases by introducing an osmotin gene ( CaOSM1 ) related to resistance and cell death occurring during a defense reaction in plants infected with vesicatoria ) and a method of producing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 유전자가 코딩하는 오스모틴 단백질에 대한 항체를 이용한 면역반응으로 오스모틴을 단백질 수준에서 발현 여부를 탐색하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for detecting the expression of osmotin at the protein level by an immune response using an antibody against the osmotin protein encoded by the gene.

본 발명의 다른 목적과 장점은 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 일 양태에 의하면, 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059) 또는 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터가 도입된, 세균성 마름병 또는 노균병에 대해 저항성을 갖는 형질전환 식물체를 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention provides a transgenic plant resistant to bacterial blight or downy mildew, into which a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) or a recombinant vector comprising the gene is introduced.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; 및 상기 발현 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 세균성 마름병 또는 노균병에 대해 저항성을 갖는 형질전환 식물체를 제조하는 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention comprises the steps of preparing an expression vector comprising a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059); And introducing the expression vector into plant cells. It provides a method for producing a transformed plant having resistance to bacterial blight or fungal disease.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 TRV2 벡터에 삽입하여 재조합 벡터 TRV:CaOSM1를 제조하는 단계; 및 상기 재조합 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 세균성 마름병 또는 노균병에 대해 감수성을 갖는 형질전환 식물체를 제조하는 방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of inserting the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) into the TRV2 vector to produce a recombinant vector TRV: CaOSM1 ; And introducing the recombinant vector into plant cells. The method provides a method for producing a transformed plant having susceptibility to bacterial blight or fungal disease.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; 및 상기 발현 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 병원균 침입시 식물체의 세포 사멸반응을 유도하는 방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of preparing an expression vector comprising a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059); And introducing the expression vector into plant cells.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 TRV2 벡터에 삽입하여 재조합 벡터 TRV:CaOSM1를 제조하는 단계; 및 상기 재조합 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 병원균 침입시 식물체의 세포 사멸반응을 억제하는 방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of inserting the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) into the TRV2 vector to produce a recombinant vector TRV: CaOSM1 ; And introducing the recombinant vector into a plant cell. The method provides a method for inhibiting a cell death reaction of a plant when invading a pathogen comprising the plant.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 본 발명은 CaOSM1 단백질(NCBI Accession No. AAP86781.1)의 아미노산 서열 중 198 ~ 214번째 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드(198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; 서열번호 1)를 동물에 주사하여 얻어진 CaOSM1 단백질에 대한 항체를 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, the present invention provides a peptide (198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; SEQ ID NO: 1) consisting of the amino acid sequence 198 to 214 of the amino acid sequence of CaOSM1 protein (NCBI Accession No. AAP86781.1) An antibody against CaOSM1 protein obtained by injection in is provided.

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.

본 발명은 분리된 고추 병관련 유전자 CaOSM1의 병저항성에서의 기능을 세포화학적 및 분자생물학적 분석을 통하여 밝혀내고 고추, Nicotiana benthamiana , 애기장대 (Arabidopsis thaliana) 식물 등에서 아그로박테리움 (Agrobacterium)을 이용한 과발현을 통하여 식물병 저항성 유도를 확인하여 달성하였다. The present invention is put to function in disease resistance of disease-related genes isolated pepper CaOSM1 revealed through the chemical cell and molecular biological analysis of chilli, Nicotiana benthamiana , Arabidopsis thaliana ) was achieved by confirming the induction of plant disease resistance through overexpression with Agrobacterium in plants.

따라서 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059) 또는 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터가 도입된, 세균성 마름병 또는 노균병에 대해 저항성을 갖는 형질전환 식물체를 제공한다. Accordingly, the present invention provides a transgenic plant resistant to bacterial blight or Downy mildew, into which a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) or a recombinant vector containing the gene is introduced.

상기 재조합 벡터는 바람직하게는 재조합 식물 발현 벡터이다. 상기 재조합 벡터는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 pBIN35S:CaOSM1, pBIN35S:CaOSM1:GFP 또는 pTRV2:CaOSM1이다. 상기 재조합 벡터 pBIN35S:CaOSM1:GFP를 이용하여 CaOSM1이 세포막에서 발현되는 것을 확인하였다(도 1 참조). 상기 재조합 벡터 pBIN35S:CaOSM1를 이용하여 일시적 과발현에 의한 세포사멸을 확인하였다(도 2 ~ 5 참조). 상기 재조합벡터 pTRV2:CaOSM1는 상기 유전자(CaOSM1)를 바이러스-유도 유전자 사일런싱(virus-induced gene silencing, VIGS)을 위한 벡터인 TRV2(Tobacco Rattle Virus 2) 벡터에 삽입시켜 제조하여 그 효과를 확인하였다(도 7 ~ 도 10 참조).
The recombinant vector is preferably a recombinant plant expression vector. The recombinant vector is, but is not limited to, for example, pBIN35S: CaOSM1 , pBIN35S: CaOSM1 : GFP or pTRV2: CaOSM1 . Using the recombinant vector pBIN35S: CaOSM1 : GFP, it was confirmed that CaOSM1 is expressed in the cell membrane (see FIG. 1). Apoptosis was confirmed by transient overexpression using the recombinant vector pBIN35S: CaOSM1 (see FIGS. 2 to 5). The recombinant vector pTRV2: CaOSM1 was prepared by inserting the gene ( CaOSM1 ) into TRV2 (Tobacco Rattle Virus 2) vector, a vector for virus-induced gene silencing (VIGS), and confirmed its effect. (See FIGS. 7-10).

나아가, 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, 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.

바람직하게 본 발명에서 상기 세균성 마름병의 병원균은 Pseudomonas syringae이다.Preferably the pathogen of the bacterial blight in the present invention is Pseudomonas syringae .

바람직하게 본 발명에서 상기 노균병의 병원균은 Hyaloperonospora arabidopsidis이다.Preferably the pathogen of the Bacillus disease is Hyaloperonospora arabidopsidis .

본 발명에서 상기 식물체는 특별히 제한이 있는 것은 아니나, 바람직하게 애기장대, 고추, 담배 등 일 수 있다.
In the present invention, the plant is not particularly limited, but may preferably be Arabidopsis, pepper, tobacco, and the like.

본 발명은 상기 CaOSM1 유전자 발현을 유도하는 또는 억제하는 재조합 벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 단계를 포함하는 병 저항성 또는 병 감수성 형질전환 식물체를 제조하는 방법도 제공한다.The present invention CaOSM1 Also provided is a method of making a disease resistant or disease sensitive transgenic plant comprising the step of transforming the plant using a recombinant vector that induces or inhibits gene expression.

바람직하게 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; 및 상기 발현 벡터를 식물세포에 도입하는 단계; 를 포함하는 세균성 마름병 또는 노균병에 대해 저항성을 갖는 형질전환 식물체를 제조하는 방법을 제공한다. Preferably the present invention comprises the steps of preparing an expression vector comprising a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059); And introducing the expression vector into plant cells; It provides a method for producing a transformed plant having resistance to bacterial blight or Bacillus disease.

또한, 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 TRV2 벡터에 삽입하여 재조합 벡터 TRV2:CaOSM1를 제조하는 단계; 및 상기 재조합 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 세균성 마름병 또는 노균병에 대해 감수성을 갖는 형질전환 식물체를 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises inserting the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) into the TRV2 vector to produce a recombinant vector TRV2: CaOSM1 ; And introducing the recombinant vector into plant cells. The method provides a method for producing a transformed plant having susceptibility to bacterial blight or fungal disease.

나아가 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; 및 상기 발현 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 병원균 침입시 식물체의 세포 사멸반응을 유도하는 방법을 제공한다.Furthermore, the present invention comprises the steps of preparing an expression vector comprising the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059); And introducing the expression vector into plant cells.

또한, 본 발명은 CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 TRV2 벡터에 삽입하여 재조합 벡터 TRV2:CaOSM1를 제조하는 단계; 및 상기 재조합 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 병원균 침입시 식물체의 세포 사멸반응을 억제하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises inserting the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) into the TRV2 vector to produce a recombinant vector TRV2: CaOSM1 ; And introducing the recombinant vector into a plant cell. The method provides a method for inhibiting a cell death reaction of a plant when invading a pathogen comprising the plant.

상기 발현 벡터를 제조 및 상기 발현 벡터를 식물세포에 도입은 상술한 바와 같이, 당업자에게 공지의 형질전환 방법을 이용할 수 있고, 본 발명의 실시예에서는 pBIN35S 벡터 (또는 TRV2 벡터)에 CaOSM1 유전자를 삽입하여 만든 pBIN35S:CaOMS1 (또는 TRV2:CaOSM1)를 아그로박테리움에 형질전환시킨 후, 플로랄 딥핑 방법으로 통하여 식물체에 도입하였다. 상기 형질전환 식물체 방법은 상기 발현벡터가 도입된 형질전환체를 역전사 중합효소연쇄 반응 등 공지의 방법에 의해 선별하는 단계를 더 포함할 수 있다. As described above, preparation of the expression vector and introduction of the expression vector into plant cells can use transformation methods known to those skilled in the art. In an embodiment of the present invention, a CaOSM1 gene is inserted into a pBIN35S vector (or TRV2 vector). PBIN35S: CaOMS1 (or TRV2: CaOSM1 ) produced by the Agrobacterium was transformed and then introduced into the plant through the floral dipping method. The transformed plant method may further comprise the step of selecting a transformant to which the expression vector is introduced by a known method such as reverse transcription polymerase chain reaction.

보다 구체적으로 본 발명은 바이러스 유도 유전자 억제 기술 (virus-induced gene silencing (VIGS))에 이용되는 TRV (Tobacco Rattle Virus)를 이용하여 CaOSM1 유전자를 TRV2 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 TRV2:CaOSM1를 제작하였다. 상기 재조합 벡터를 식물체에 도입하여 CaOSM1의 발현이 억제된 VIGS 식물체를 제조하여 세포사멸 반응이 감소하고 병저항성이 감소하는 것을 확인하고 형질전환 식물체를 제공할 수 있었다 (도 7 ~ 도 10 참조). More specifically, the present invention relates to CaOSM1 gene using TRV2 vector (Bulcombe DC (1999) Fast forward genetics using Tobacco Rattle Virus (TRV), which is used for virus-induced gene silencing (VIGS)). based on virus-induced gene silencing.Curr. Opin.Plant Biol. 2: 109-113) to produce a recombinant vector TRV2: CaOSM1 . The recombinant vector was introduced into a plant to prepare a VIGS plant in which CaOSM1 expression was suppressed, thereby confirming that apoptosis was decreased and pathogenic resistance was reduced, thereby providing a transformed plant (see FIGS. 7 to 10).

나아가 본 발명에 의한 CaOSM1 유전자를 포함하는 재조합 벡터(pBIN35S:CaOSM1)와 아그로박테리움 튜메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens strain GV3101) 균주를 이용하여, 애기장대 식물에서의 형질전환 발현(transgenic expression)을 통해 세포사멸 반응 증가 및 CaOSM1 유전자의 식물체 병저항성 증가 기능을 확인하였다(도 11 ~ 도 16 참조).
Furthermore, CaOSM1 according to the present invention Recombinant vector containing gene (pBIN35S: CaOSM1 ) and Agrobacterium tumefaciens ( Agrobacterium) tumefaciens strain GV3101) strain, the transgenic expression in Arabidopsis plants was confirmed to increase the apoptosis response and CaOSM1 gene plant disease resistance (see Fig. 11 to 16).

본 발명은 본 발명의 단백질에 대한 항체를 제공한다. 본 발명의 항체는CaOSM1 코딩 유전자를 통상적인 방법에 따라 발현벡터에 클로닝하여 상기 유전자에 의해 코딩되는 단백질을 얻고, 얻어진 단백질로부터 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 여기에는 상기 단백질에서 만들어질 수 있는 부분 펩타이드도 포함되며, 본 발명의 부분 펩타이드로는, 최소한 7개 아미노산, 바람직하게는 9개 아미노산, 더욱 바람직하게는 12개 이상의 아미노산을 포함한다. 본 발명의 항체의 형태는 특별히 제한되지 않으며 폴리클로날 항체, 모노클로날 항체 또는 항원 결합성을 갖는 것이면 그것의 일부도 본 발명의 항체에 포함되고 모든 면역 글로불린 항체가 포함된다. 이에 한정되는 것은 아니나, 바람직하게 본 발명은 CaOSM1 단백질(NCBI Accession No. AAP86781.1)의 아미노산 서열 중 198 ~ 214번째 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드(198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; 서열번호 1)를 동물에 주사하여 얻어진 CaOSM1 단백질에 대한 항체를 제공한다. 상기 펩타이드는 친수성이면서 서열 특이적인 부위이기 때문에 항체 형성에 유리하며 다른 단백질의 인식 확률을 감소시킨다. The present invention provides antibodies to the proteins of the invention. The antibody of the present invention can be prepared by cloning a CaOSM1 coding gene into an expression vector according to a conventional method to obtain a protein encoded by the gene, and from the obtained protein by a conventional method. Also included are partial peptides that can be made from the protein, and the partial peptides of the invention include at least 7 amino acids, preferably 9 amino acids, more preferably 12 amino acids. The form of the antibody of the present invention is not particularly limited and a part thereof is included in the antibody of the present invention and all immunoglobulin antibodies are included as long as they are polyclonal antibody, monoclonal antibody or antigen-binding. Although not limited thereto, the present invention preferably provides a peptide (198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; SEQ ID NO: 1) consisting of amino acid sequences 198 to 214 of the amino acid sequence of the CaOSM1 protein (NCBI Accession No. AAP86781.1). Antibodies to CaOSM1 protein obtained by injection are provided. The peptide is hydrophilic and sequence specific, which is advantageous for antibody formation and reduces the probability of recognition of other proteins.

또한, 본 발명은 생물적, 화학적 또는 환경 스트레스를 처리한 식물체 단백질을 추출하여 CaOSM1 단백질의 항체를 탐침자(Probe)로 이용하여 CaOSM1 단백질의 발현 여부를 확인하는 단계를 포함하는 식물체의 병저항성을 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 에틸렌 또는 살리실산(salicylic acid)을 예로 들 수 있다. 상기 환경스트레스 처리는 건조 또는 염을 예로 들 수 있다. 바람직하게 상기 항체는 CaOSM1 단백질(NCBI Accession No. AAP86781.1)의 아미노산 서열 중 198 ~ 214번째 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드(198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; 서열번호 1)를 동물에 주사하여 얻어진 CaOSM1 단백질에 대한 항체이다(도 2 참조).
In addition, the present invention is to extract the plant protein treated with biological, chemical or environmental stress using the antibody of the CaOSM1 protein as a probe (Probe) to determine whether the plant disease resistance comprising the step of confirming the expression of CaOSM1 protein Provide a way to navigate. More specifically, the biological treatment is exemplified by a pathogenic bacterium such as a pathogenic bacterium of hot pepper, a non-pathogenic bacterium, The chemical treatment is exemplified by ethylene or salicylic acid which is a plant hormone. The environmental stress treatment is exemplified by drying or salt. Preferably, the antibody is a CaOSM1 protein obtained by injecting a peptide (198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; SEQ ID NO: 1) consisting of amino acids sequence 198 to 214 of the amino acid sequence of CaOSM1 protein (NCBI Accession No. AAP86781.1) Is an antibody to the antibody (see FIG. 2).

상술한 바와 같이 본 발명에서 CaOSM1가 세균성 마름병 또는 노균병에 대한 병저항성 조절에 중추적 역할을 한다는 것을 확인하고 CaOSM1의 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.
As described above, the present invention confirms that CaOSM1 plays a pivotal role in regulating disease resistance to bacterial blight or fungal disease, and can accumulate genetic information of CaOSM1 's response to disease and its associated pathogenic protein (PR protein). It can provide interesting models of plant signaling, 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 식물의 세균성 점무늬 병원균 (Xanthomonas camperstris pv. vesicatoria)의 비병원성균주 (Bv5-4a)에 감염될 때 특이적으로 유도되는 유전자인 오스모틴 단백질의 항체를 이용하여 식물체의 저항성 탐색방법을 제공함으로써 저항성 식물 품종 개발 및 형질전환식물체 제작에 기여하는 효과를 기대할 수 있게 된다. As described above, by the completion of the present invention, the bacterial spotty pathogen of pepper plants ( Xanthomonas camperstris pv. Effect of contributing to the development of resistant plant varieties and the production of transgenic plants by providing a method for detecting resistance of plants using the antibody of osmotin protein, a gene specifically induced when infected with non-pathogenic strain (Bv5-4a) of vesicatoria) You can expect.

따라서 본 발명은 고추 오스모틴 유전자원을 이용하여 저항성 품종을 개발할 수 있어 식물육종 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Therefore, the present invention is a very useful invention for the plant breeding industry because it can develop resistant varieties using pepper osmotin gene source.

도 1은 본 발명에 의하여 고추 오스모틴(CaOSM1)의 세포내 발현 위치를 Nicotiana benthamiana 잎에서 GFP(green fluorescence protein)를 이용하여 확인한 결과를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에서 발현한 CaOSM1-GFP를 CaOSM1 항체를 이용하여 단백질 겔 블로팅으로 발현 여부를 확인한 결과를 나타낸 도면이고,
도 3은 CaOSM1을 고추 녹광 품종의 잎에 일시적 과발현을 시킨 후 세포사멸이 일어난 표현형, 자외선 노출 확인, 에탄올탈색을 나타낸 도면이고,
도 4는 CaOSM1을 고추 녹광 품종의 잎에 일시적 과발현을 시킨 후 세포사멸을 관찰하기 위해 실시한 트리판블루 염색 도면과 이온전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 5는 CaOSM1을 고추 녹광 품종의 잎에 일시적 과발현을 시킨 후 댑 염색을 통해 활성산소의 생성을 관찰한 도면과 과산화산소의 발생량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 6은 CaOSM1을 고추 녹광 품종의 잎에 일시적 과발현을 시킨 후 CaOSM1 특이적인 항체를 이용하여 단백질 수준의 발현 여부를 확인한 결과를 나타낸 도면이고,
도 7은 재조합벡터 TRV:CaOSM1을 제작하고 이를 Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 균주에 도입한 후 이것을 고추 식물이 떡잎 시기일 때 접종하여 제작한 CaOSM1 유전자 사일런싱 식물에 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 CaOSM1 유전자의 발현 여부를 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR)으로 확인한 결과를 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7에서 제조한 CaOSM1 유전자가 사일런싱이 된 고추 식물에서 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 세균 생장을 검정한 결과를 나타낸 도면이고,
도 9는 도 7에서 제조한 CaOSM1 유전자가 사일런싱이 된 고추 식물에서 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 트리판 블루 염색을 통해 세포 사멸을 관찰한 그림과 이온전도도를 측정한 결과를 나타낸 도면이고,
도 10은 도 7에서 제조한 CaOSM1 유전자가 사일런싱이 된 고추 식물에서 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 댑 염색을 통해 활성산소의 생성을 관찰한 그림과 과산화산소의 발생량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 11은 재조합벡터(pBIN35S:CaOSM1)를 통해 애기장대(Arabidopsis thaliana) 식물체에서 CaOSM1 유전자를 과발현시킨 형질전환 애기장대 식물에서 CaOSM1의 발현을 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR)으로 확인한 결과를 나타낸 도면이고,
도 12는 도 11에서 제조한 형질전환식물에 세균성 마름병 병원균 Pseudomonas syringae pv. tomato의 병원성 균주 DC3000과 비병원성 균주 DC3000 (avrRpm1)을 접종한 후 세균 생장 수를 검정한 결과를 나타낸 도면이고,
도 13은 도 11에서 제조한 형질전환식물에 세균성 마름병 병원균 Pseudomonas syringae pv. tomato의 병원성 균주 DC3000과 비병원성 균주 DC3000 (avrRpm1)을 접종한 후 트리판 블루 염색을 통해 세포 사멸을 관찰한 그림과 이온전도도를 측정한 결과를 나타낸 도면이고,
도 14는 도 11에서 제조한 형질전환식물에 세균성 마름병 병원균 Pseudomonas syringae pv. tomato의 병원성 균주 DC3000과 비병원성 균주 DC3000 (avrRpm1)을 접종한 후 댑 염색을 통해 활성산소의 생성을 관찰한 그림과 과산화산소의 발생량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 15는 도 11에서 제조한 형질전환식물에 노균병균 Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2를 접종한 후 떡잎(cotyledon)에 형성된 포자경(sporangiophore)의 수를 검정한 결과를 나타낸 도면이고,
도 16은 도 11에서 제조한 형질전환식물에 노균병균 Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2를 접종한 후 떡잎(cotyledon)에 형성된 포자수를 검정한 결과를 나타낸 도면이다.
Figure 1 shows the intracellular expression location of red pepper osmotin (CaOSM1) according to the present invention Nicotiana benthamiana A diagram showing the results confirmed using the green fluorescence protein (GFP) in the leaves,
2 is a view showing the results of confirming the expression of CaOSM1-GFP expressed in Figure 1 by protein gel blotting using the CaOSM1 antibody,
3 is a diagram showing the phenotype of apoptosis after the overexpression of CaOSM1 on the leaves of red pepper cultivation varieties, UV exposure confirmation, ethanol discoloration,
Figure 4 is a graph showing the results of measuring trypan blue staining and ion conductivity performed to observe apoptosis after CaOSM1 transient overexpression on the leaves of the red pepper cultivation varieties,
5 is a graph showing the results of measuring the amount of oxygen peroxide generated after CaOSM1 was temporarily overexpressed on the leaves of the red pepper cultivation varieties through dip dyeing.
6 is a diagram showing the results of confirming the expression of protein levels using CaOSM1 specific antibodies after transient overexpression of CaOSM1 on the leaves of the red pepper cultivation varieties,
7 shows recombinant vector TRV: CaOSM1 and Agrobacterium. After introducing a tumefaciens strain GV3101 strain it when pepper plants to the cotyledon time CaOSM1 gene silencing plants produced by inoculating bacterial pathogens spots (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) is a diagram showing the results of confirming the expression of CaOSM1 gene by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) after inoculation,
8 is CaOSM1 prepared in FIG. In a pepper plant in which the gene was silenced, bacterial spotty bacilli ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) after inoculation, and FIG.
9 is CaOSM1 prepared in FIG. In a pepper plant in which the gene was silenced, bacterial spotty bacilli ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) is a diagram showing the cell death through trypan blue staining and the result of measuring the ion conductivity after inoculation,
10 is CaOSM1 prepared in FIG. In a pepper plant in which the gene was silenced, bacterial spotty bacilli ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) and the graph showing the result of measuring the amount of oxygen peroxide generated by the dip dye staining and the generation of free radicals,
Figure 11 shows the results confirmed by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) expression of CaOSM1 in transgenic Arabidopsis plants overexpressing the CaOSM1 gene in Arabidopsis thaliana plants through recombinant vectors (pBIN35S: CaOSM1 ). Drawing,
12 is a bacterial blight pathogen Pseudomonas syringae in the transformed plant prepared in FIG. pv. tomato of the pathogenic strain DC3000 and the non-pathogenic strain DC3000 ( avrRpm1 ).
13 is a bacterial blight pathogen Pseudomonas syringae in the transformed plant prepared in FIG. pv. After inoculation of the pathogenic strain DC3000 and non-pathogenic strain DC3000 ( avrRpm1 ) of tomato and try to try to kill the cells by trypan blue staining and the figure showing the results of measuring the ion conductivity,
14 is a bacterial blight pathogen in the transformed plant prepared in FIG. Pseudomonas syringae pv. After inoculating DC3000 and tomato non-pathogenic strains DC3000 ( avrRpm1 ), a diagram showing the production of free radicals through dip dye staining and a graph showing the results of measurement of the amount of oxygen peroxide,
FIG. 15 is a diagram showing the results of assaying the number of sporeangiophores formed on cotyledon after inoculating Bacillus hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2 to the transformed plant prepared in FIG. 11.
FIG. 16 is a diagram showing the results of assaying spores formed on cotyledon after inoculating Bacillus hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2 into the transformed plant prepared in FIG. 11.

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] CaOSM1CaOSM1 단백질의 Protein 세포내Intracellular 발현 위치 결정 Expression Positioning

[단계 1][Step 1]

고추 세균성 점무늬병에 대한 병저항성 관련 단백질 중 하나인 고추 오스모틴(CaOSM1 : Capsicum annum Osmotin - like protein1)의 세포내 발현 위치를 확인하기 위하여 하기와 같은 시험을 수행하였다. CausM1 : Capsicum , one of the pathogen-related proteins for pepper bacterial spot disease annum Osmotin - like In order to confirm the intracellular expression position of protein1 ), the following test was performed.

CaOSM1 유전자를 pBIN35S 벡터에 green fluorscence protein (GFP)과 함께 도입시켜 pBIN35S:CaOSM1 - GFP 재조합벡터를 제조한 후 이것을 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens strain GV3101)에 전기천공법(electroporation)으로 형질전환시키고 Nicotiana benthamiana 잎에 접종하여 CaOSM1을 일시적으로 과발현시킨후, 공초점 레이저 현미경을 통하여 GFP의 표지를 관찰하여 CaOSM1의 세포내 발현 위치를 확인하였다. 그 결과 CaOSM1은 세포막을 따라 관찰되었으며 함께 과발현시킨 세포막 발현 표지 단백질인 PIP2A와 비교하여 CaOSM1이 세포막에서 발현되는 것을 확인하였다 (도 1 참조)
CaOSM1 The gene was introduced into the pBIN35S vector along with the green fluorscence protein (GFP) to express pBIN35S: CaOSM1 - GFP. A recombinant vector was prepared and then Agrobacterium tumefaciens strain GV3101) by electroporation and Nicotiana benthamiana CaOSM1 was temporarily overexpressed by inoculating the leaves, and then the labeling of GFP was observed through confocal laser microscopy to confirm the intracellular expression of CaOSM1. As a result, CaOSM1 was observed along the cell membrane, and it was confirmed that CaOSM1 was expressed in the cell membrane compared to PIP2A, a cell membrane expression marker protein overexpressed together (see FIG. 1).

[단계 2][Step 2]

아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens strain GV3101)을 이용한 CaOSM1-GFP의 일시적 발현을 단백질 수준에서 확인하기 위해, 접종식물의 잎을 접종 후 24시간 후에 수거한 후 단백질을 추출하고 전기영동한 후 나이론 막(Hybond P+)에 전이시켰다. 이전에 CaOSM1 아미노산 염기서열(GenBank Accession No. AAP86781.1) 중에서 특정 펩타이드(198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; 서열번호 1)를 합성하여 이것을 토끼에 주사하여 항체를 얻었다. 이 항체를 이용하여 면역반응 (immunobloting)을 수행하여 CaOSM1 단백질의 발현을 확인하였다 (도 2 참조).
Agrobacterium tumefaciens In order to confirm the transient expression of CaOSM1-GFP at the protein level using strain GV3101), the leaves of the inoculated plants were harvested 24 hours after inoculation, the proteins were extracted, electrophoresed and transferred to a nylon membrane (Hybond P + ). . Previously, a specific peptide (198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; SEQ ID NO: 1) was synthesized among CaOSM1 amino acid sequence (GenBank Accession No. AAP86781.1) to obtain an antibody by injection into a rabbit. Immunobloting was performed using this antibody to confirm the expression of CaOSM1 protein (see FIG. 2).

[[ 실시예Example 2] 아그로박테리움( 2] Agrobacterium ( AgrobacteriumAgrobacterium tumefacienstumefaciens strainstrain GV3101GV3101 )을 매개로 한 ) CaOSM1CaOSM1 유전자 일시적 발현 ( Gene transient expression ( AgrobacteriumAgrobacterium -- mediatedmediated transienttransient expression)이 식물에 미치는 영향 expression) on plants

[단계 1][Step 1]

고추 식물에서 과민성 세포 사멸이 일어나는 동안에 CaOSM1 유전자의 발현이 강하게 일어났기 때문에 이러한 생리적 반응에서의 이 유전자의 관련성을 알아보기 위하여, CaOSM1 유전자를 pBIN35S 벡터에 도입시켜 pBIN35S:CaOSM1 재조합벡터를 제조한 후 이것을 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens strain GV3101)에 전기천공법(electroporation)으로 형질전환시키고 고추 식물에서 CaOSM1 유전자를 일시적으로 과발현시켰다. 접종 후 3일 후에 관찰한 결과 CaOSM1을 과발현시킨 부위에서 뚜렷한 세포사멸이 관찰이 되었고 (도 3의 첫 번째 도면), 이는 자외선 노출과 에탄올 탈색을 통해 분명히 되었다 (도 3의 두 번째, 세 번째 도면).
CaOSM1 During Hypersensitivity Cell Death in Pepper Plants Because of the strong expression of the gene, CaOSM1 was used to determine its relevance in this physiological response. Introducing the gene into the pBIN35S vector allows pBIN35S: CaOSM1 A recombinant vector was prepared and then Agrobacterium tumefaciens strain GV3101) by electroporation and CaOSM1 in pepper plants The gene was temporarily overexpressed. Three days after inoculation, a pronounced apoptosis was observed at the site of overexpression of CaOSM1 (first diagram in FIG. 3), which was evident through UV exposure and ethanol decolorization (second, third diagram in FIG. 3). ).

[단계 2][Step 2]

상기 실시예 2의 단계 1에서의 세포 사멸의 정도를 시각화 및 정량화하기 위하여 트리판 블루 (trypan blue)염색을 하고, 이온전도도를 측정하여 세포 사멸을 정량화한 결과 CaOSM1 유전자가 과발현되어 세포 사멸이 많이 일어나는 잎에서 이온 누출이 많아 전도도가 대조구보다 높은 것을 관찰할 수 있었다 (도 4 참조). 또한 이 유전자의 과발현으로 인한 활성산소의 변화를 댑(DAB)염색을 통한 확인하고 정량한 결과 CaOSM1의 발현된 잎에서 과산화산소의 생성이 증가되는 것을 확인하였다 (도 5 참조).
In order to visualize and quantify the degree of cell death in Step 1 of Example 2, trypan blue staining and ionic conductivity were measured to quantify cell death, resulting in overexpression of the CaOSM1 gene, resulting in much cell death. It was observed that the conductivity was higher than that of the control due to the large amount of ion leakage in the leaves (see FIG. 4). In addition, the change of free radicals due to overexpression of this gene was confirmed and quantified through Dab (DAB) staining, and it was confirmed that the production of oxygen peroxide was increased in CaOSM1 expressed leaves (see FIG. 5).

[단계 3][Step 3]

상기 실시예 2의 단계 1과 2에서의 시험에서 CaOSM1 단백질의 발현 여부를 확인하기 위하여 아그로박테리움 접종 후 24, 48시간에 잎을 수거하여 단백질을 추출한 후 실시예 1에서 제조된 CaOSM1 특이적인 항체를 이용하여 단백질 겔 블로팅을 실시하여 CaOSM1 유전자가 과발현된 식물에서만 CaOSM1 단백질이 코딩이 되는 것을 확인하였으며 단백질양이 동일하게 로딩이 되었는지도 확인하였다 (도 6 참조).
CaOSM1-specific antibodies prepared in Example 1 after extracting the protein by harvesting leaves at 24 and 48 hours after Agrobacterium inoculation to confirm the expression of CaOSM1 protein in the test in Step 1 and 2 of Example 2 Protein gel blotting was performed to confirm that the CaOSM1 protein was encoded only in plants overexpressing the CaOSM1 gene, and that the amount of protein was equally loaded (see FIG. 6).

[[ 실시예Example 3] 바이러스 유래 벡터를 이용한  3] using virus-derived vector CaOSM1CaOSM1 유전자 발현의 억제와 그에 따른 병 감수성 증가 Increased inhibition of gene expression and subsequent disease susceptibility

[단계 1][Step 1]

고추 식물에서 CaOSM1 유전자의 발현이 억제되었을 때 병저항성 변화를 알아보기 위하여, 이 유전자를 바이러스 유래 Tobacco rattle virus (TRV) 벡터에 도입하여 TRV2:CaOSM1 재조합 벡터를 제조하여 바이러스 유도 유전자 침묵 (virus-induced gene silencing, VIGS)을 수행하였다. To investigate the pathogenic changes when CaOSM1 gene expression was inhibited in pepper plants, the gene was introduced into the virus-derived Tobacco rattle virus (TRV) vector and TRV2: CaOSM1 A recombinant vector was prepared and subjected to virus-induced gene silencing (VIGS).

보다 구체적으로 TRV2 vector는 제한효소 EcoRI로 자른 후 에탄올 침전 (ethanol precipitation)을 수행하고 살균수에 녹여 다시 DNA를 회수한 후에 alkaline phosphatase로 탈인산화시켰다. CaOSM1의 염기서열 중 21개 뉴클레오타이드 (GGTCACTTGACAACTTGTTTAG; 서열번호 2) 부위 양쪽에 제한효소 EcoRI (GAATTC) 서열을 붙여 중합효소연쇄반응 (PCR)를 통해 증폭시키고 Invitrogen에서 제공하는 pCR2.1-TOPO vector에 삽입시켰다. 이 TOPO vector를 제한효소 EcoRI로 자른 후 나온 절편을 ligase를 이용하여 TRV2 vector에 삽입하여 TRV2:CaOSM1 재조합 벡터를 생성하였다. 유전자가 삽입되지 않은 공벡터인 TRV2는 대조구로 이용하였다.(참고문헌 : Baulcombe D. C. (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing. Curr. Opin. Plant Biol. 2: 109-113). More specifically, the TRV2 vector was cut with the restriction enzyme Eco RI, followed by ethanol precipitation, dissolved in sterile water, and recovered to DNA, followed by dephosphorylation with alkaline phosphatase. The pCR2.1-TOPO vector for amplifying; (SEQ ID NO: 2 GGTCACTTGACAACTTGTTTAG) attached to the restriction enzyme Eco RI (GAATTC) sites in both sequences with the polymerase chain reaction (PCR) was provided by Invitrogen 21 nucleotides of the nucleotide sequence of CaOSM1 Inserted. The TOPO vector was cut with the restriction enzyme Eco RI, and the fragment was inserted into the TRV2 vector using a ligase to generate a TRV2: CaOSM1 recombinant vector. TRV2, an empty gene, was used as a control (Baulcombe DC (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing.Curr. Opin. Plant Biol. 2: 109-113).

이 벡터를 상기 실시예 1, 2에서 적용한 것처럼 아그로박테리움에 형질전환시키고 이 균주를 고추 떡잎 생육기에 떡잎에 접종하여 새로 생성되는 잎에서의 이들 유전자의 발현 억제를 유도하였다.
This vector was transformed into Agrobacterium as applied in Examples 1 and 2 above, and the strain was inoculated into the cotyledon at the pepper cotyledon growing period to induce the inhibition of expression of these genes in newly generated leaves.

[단계 2][Step 2]

CaOSM1의 발현이 억제된 고추식물에서 효과적으로 해당 유전자의 침묵을 확인하기 위하여, CaOSM1 유전자 사일런싱 식물에 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 18시간에 잎을 수거하여 RNA를 추출하고 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR)으로 CaOSM1 유전자의 발현 여부를 확인할 결과 대조구 식물에서는 CaOSM1 유전자의 발현이 확인되었지만 CaOSM1 유전자 사일런싱 식물에서는 발현이 검출되지 않았다 (도 7 참조).
In order to confirm the silencing of the genes in the pepper plants which inhibited the expression of CaOSM1 , RNA was extracted by harvesting the leaves at 18 hours after inoculating CaOSM1 gene silencing plants with bacterial stalk germ ( Xanthomonas campestris pv.vesicatoria ). As a result of confirming the expression of CaOSM1 gene by reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), the expression of CaOSM1 gene was confirmed in control plants, but no expression was detected in CaOSM1 gene silencing plants (see FIG. 7).

[단계 3][Step 3]

CaOSM1의 발현이 억제된 고추식물에서 세균성 점무늬병에 대해 저항성이 감소되는지 알아보기 위하여, 상기 제조된 고추 식물에 세균성 점무늬병균 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria) 병원성 균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a를 접종한 후 각각의 식물에서 0일과 3일에 세균 증식을 살펴보았다. CaOSM1의 발현이 억제된 고추식물에서 병원성, 비병원성 두 균주에 감염되었을 때에 모두 세균 증식이 대조구 식물에서보다 증가하였다 (도 8 참조). 그러므로 CaOSM1 유전자가 세균성 점무늬 병균에 대한 병저항성에 관여함을 알 수 있었다.
In order to determine whether the resistance to bacterial spot disease is reduced in pepper plants inhibited by the expression of CaOSM1 , bacterial spot disease bacteria ( Xanthomonas campestris) on the prepared pepper plants pv. vesicatoria ) After inoculation of the pathogenic strain Ds1 and the non-pathogenic strain Bv5-4a, bacterial growth was observed on days 0 and 3 in each plant. Bacterial proliferation was increased in both peppery plants that inhibited CaOSM1 expression when infected with both pathogenic and non-pathogenic strains than in control plants (see FIG. 8). Therefore, CaOSM1 gene was found to be involved in pathogenic resistance to bacterial spot pattern germs.

[단계 4][Step 4]

상기 실시예 2에서 CaOSM1이 세포 사멸과 활성 산소 생성에 역할을 하고 있기 때문에 CaOSM1 유전자 발현 억제 동안에 세포 사멸 및 활성 산소의 변화를 관찰하였다. 트리판 블루 (trypan blue) 염색을 통해 죽은 세포를 관찰하여 보니 대조구 식물과 식물에서는 비병원성 균주에 감염되었을 때 과민성 세포 사멸 반응이 일어나고 있었지만 CaOSM1 유전자 발현이 억제된 식물에서는 세포사멸 반응이 감소하였다 (도 9 참조). 또한 이온전도도 분석을 통하여 세포 사멸을 정량하여 CaOSM1 유전자 발현 억제가 세포 사멸 감소에 영향이 있음을 확인하였다 (도 9 참조).Since the CaOSM1 in Example 2 and it plays a role in apoptosis and free radicals generated CaOSM1 Changes in cell death and free radicals were observed during gene expression inhibition. Observation of dead cells through trypan blue staining showed that hypersensitivity cell death occurred in non-pathogenic strains in control plants and plants, but apoptosis was decreased in plants inhibited in CaOSM1 gene expression (FIG. 9). In addition, it was confirmed that the inhibition of CaOSM1 gene expression has an effect on reducing cell death by quantifying cell death through ion conductivity analysis (see FIG. 9).

또한, 상기 식물에 세균성 점무늬 병균을 접종한 후 댑(DAB) 염색을 통하여 활성산소를 확인한 결과 세포 사멸 결과와 일치하게 대조구 식물에서는 비병원성 균주에 감염되었을 때 강한 활성산소가 검출되었지만 CaOSM1 유전자 발현이 억제된 식물에서는 검출이 되지 않았다 (도 10 참조). 과산화수소의 양적 정량 결과는 댑(DAB) 염색 시험을 지지하여 주었다 (도 10 참조).
In addition, after inoculating the bacterial spot pattern germ to the plant and confirming the active oxygen by Dab (DAB) staining, in accordance with the result of cell death, the control plants were detected strong free radicals when infected with non-pathogenic strains, but inhibited CaOSM1 gene expression No detection was made in the plants (see FIG. 10). Quantitative quantitative results of hydrogen peroxide supported the Dab (DAB) staining test (see FIG. 10).

[[ 실시예Example 4]  4] CaOSM1CaOSM1 유전자를 이용한 형질전환 식물체의 제조 및 Production of transgenic plants using genes 병저항성Disease resistance 탐색 quest

[단계 1][Step 1]

상기 실시예 2에서 이용된 pBIN35S 벡터에 CaOSM1 유전자를 삽입하여 만든 재조합벡터 pBIN35S:CaOSM1를 아그로박테리움에 형질전환시킨 후 플로랄 딥핑(floral dipping) 방법을 통하여 애기장대 식물체에 CaOSM1 유전자를 도입하여 형질전환시켰다. 형질전환 애기장대 식물체에서의 CaOSM1 유전자가 구조적으로 과발현되는지 확인하기 위해 역전사 중합효소연쇄반응 실험을 하여 세 개의 형질전환식물체 계통을 선발하였다 (도 11 참조).
The pBIN35S vector used in Example 2 CaOSM1 PBIN35S recombinant vector was created by inserting a gene: After transforming CaOSM1 the Agrobacterium floral dipping (floral dipping) CaOSM1 in Arabidopsis thaliana plants by the method The gene was introduced and transformed. CaOSM1 in Transgenic Arabidopsis Plants In order to confirm whether the gene is structurally overexpressed, three transgenic plant lines were selected by reverse transcription polymerase chain reaction experiment (see FIG. 11).

[단계 2][Step 2]

상기와 같이 CaOSM1이 과발현된 형질전환식물에 세균성 마름병 병원균 Pseudomonas syringae pv. tomato와 이 병원균의 비병원성 균주 Pseudomonas syringae pv. tomato ( avrRpm1) 균주를 5 x 104 cfu/mL 농도로 접종하고 0, 3일에 잎을 수거하여 잎의 세균 증식을 측정한 결과 CaOSM1 유전자가 과발현한 식물들에서 병원성 균주와 비병원성 균주의 증식이 모두 야생형 식물(Col-0)에서 보다 억제되었다 (도 12 참조).
As mentioned above, bacterial blight pathogen Pseudomonas syringae in a transgenic plant overexpressing CaOSM1. pv. tomato and a non-pathogenic strain of this pathogen Pseudomonas syringae pv. After inoculating tomato ( avrRpm1 ) at 5 x 10 4 cfu / mL and harvesting the leaves on days 0 and 3, the bacterial growth of the leaves was measured. As a result, the growth of pathogenic and non-pathogenic strains was observed in plants overexpressing the CaOSM1 gene. All were more suppressed in wild type plants (Col-0) (see FIG. 12).

[단계 3][Step 3]

상기와 같이 CaOSM1이 과발현된 형질전환식물에 세균성 마름병 병원균 Pseudomonas syringae pv. tomato와 이 병원균의 비병원성 균주 Pseudomonas syringae pv. tomato ( avrRpm1) 균주를 107 cfu/mL 농도로 접종하고 24시간 후에 트리판 블루염색을 하여 세포사멸을 관찰하고 이온전도도를 측정할 결과 CaOSM1 유전자가 과발현한 식물들에서 병원성 균주와 비병원성 균주 감염에서 모두 야생형 식물(Col-0)에서 보다 세포사멸이 증가한 것을 확인하였다 (도 13 참조).
As mentioned above, bacterial blight pathogen Pseudomonas syringae in a transgenic plant overexpressing CaOSM1. pv. tomato and non-pathogenic strains of this pathogen Pseudomonas syringae pv. Inoculated tomato ( avrRpm1 ) at a concentration of 10 7 cfu / mL and trypan blue staining after 24 hours to observe apoptosis and to measure the ionic conductivity of the caOSM1 gene overexpressed plants in pathogenic and non-pathogenic strain infection All confirmed that the apoptosis was increased than in wild-type plants (Col-0) (see Fig. 13).

[단계 4][Step 4]

상기와 같이 CaOSM1이 과발현된 형질전환식물에 세균성 마름병 병원균 Pseudomonas syringae pv. tomato와 이 병원균의 비병원성 균주 Pseudomonas syringae pv. tomato ( avrRpm1) 균주를 107 cfu/mL 농도로 접종하고 24시간 후에 댑 염색을 하여 활성산소의 생성을 관찰하고 정량한 결과 CaOSM1 유전자가 과발현한 식물들에서 병원성 균주와 비병원성 균주 감염에서 모두 야생형 식물(Col-0)에서 보다 과산화산소의 생성이 증가한 것을 확인하였다 (도 14 참조).
As mentioned above, bacterial blight pathogen Pseudomonas syringae in a transgenic plant overexpressing CaOSM1. pv. tomato and non-pathogenic strains of this pathogen Pseudomonas syringae pv. Inoculated with tomato ( avrRpm1 ) at a concentration of 10 7 cfu / mL, and after 24 hours, Dap staining was used to observe and quantify the production of free radicals. Wild plants in both pathogenic and non-pathogenic strains were infected with CaOSM1 genes. It was confirmed that the production of oxygen peroxide was increased than in (Col-0) (see FIG. 14).

[단계 5] [Step 5]

상기와 같이 CaOSM1이 과발현된 형질전환식물에 노균병균 Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2를 5 x 104 spores/mL 농도로 접종하고 7일에 50여 개의 떡잎을 수거하여 각각의 포자경 형성을 검정한 결과 CaOSM1 유전자가 과발현한 식물들에서 포자경 형성이 감소하였으며 (도 15 참조), 떡잎당 포자 생성수를 검정한 결과 마찬가지로 CaOSM1 유전자가 과발현한 식물들에서 포자 형성이 감소하였다 (도 16 참조). 그러므로 CaOSM1의 과발현이 애기장대 식물에 세균성 마름병 병원균 및 노균병에 대한 저항성을 부여한다는 것을 알 수 있었다.
Downy mildew in the CaOSM1 a transgenic plant, such as the bacteria Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2 to 5 x 10 4 inoculated with spores / mL concentration, and results of testing the individual spores light formed by collecting 50 of cotyledons 7 days CaOSM1 gene Spore diameter formation was reduced in the overexpressed plants (see FIG. 15), and spore formation was decreased in plants overexpressing the CaOSM1 gene (see FIG. 16). Therefore, it was found that overexpression of CaOSM1 confers resistance to bacterial blight and fungal disease on Arabidopsis plants.

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)

CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059) 또는 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터가 도입된, 슈도모나스 시링게 pv. 토마토(Pseudomonas syringae pv. tomato)에 의한 세균성 마름병 또는 하이알로페로노스포라 아라비돕시디스 아이솔레이트 Noco2(Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2)에 의한 노균병에 대해 저항성을 갖는 형질전환 고추 또는 애기장대 식물체. Pseudomonas syringe pv, into which the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) or a recombinant vector containing the gene was introduced. Tomato (Pseudomonas syringae pv. Tomato) caused by bacterial blight or A transgenic red pepper or Arabidopsis plant resistant to Downy mildew caused by Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2. CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; 및
상기 발현 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 슈도모나스 시링게 pv. 토마토(Pseudomonas syringae pv. tomato)에 의한 세균성 마름병 또는 하이알로페로노스포라 아라비돕시디스 아이솔레이트 Noco2(Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2)에 의한 노균병에 대해 저항성을 갖는 형질전환 고추 또는 애기장대 식물체를 제조하는 방법.
Preparing an expression vector comprising a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059); And
Introducing the expression vector into plant cells; comprising Pseudomonas syringe pv. Tomato (Pseudomonas syringae pv. Tomato) caused by bacterial blight or A method for producing a transgenic pepper or Arabidopsis plant that is resistant to Downy mildew disease by Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2.
CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 TRV2 벡터에 삽입하여 재조합 벡터 TRV2:CaOSM1를 제조하는 단계; 및
상기 재조합 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 슈도모나스 시링게 pv. 토마토(Pseudomonas syringae pv. tomato)에 의한 세균성 마름병 또는 하이알로페로노스포라 아라비돕시디스 아이솔레이트 Noco2(Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2)에 의한 노균병에 대해 감수성을 갖는 형질전환 고추 또는 애기장대 식물체를 제조하는 방법.
Inserting the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) into the TRV2 vector to produce recombinant vector TRV2: CaOSM1 ; And
Introducing the recombinant vector into plant cells; comprising Pseudomonas syringe pv. Tomato (Pseudomonas syringae pv. Tomato) caused by bacterial blight or A method of producing a transgenic pepper or Arabidopsis plants susceptible to Downy mildew disease by Hyaloperonospora arabidopsidis isolate Noco2.
CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; 및
상기 발현 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 병원균 침입시 고추 또는 애기장대 식물체의 세포 사멸반응을 유도하는 방법.
Preparing an expression vector comprising a CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059); And
Introducing the expression vector into a plant cell; a method of inducing a cell death reaction of a pepper or Arabidopsis plant when invading a pathogen comprising a.
CaOSM1 유전자(NCBI Accession No. AY262059)를 TRV2 벡터에 삽입하여 재조합 벡터 TRV2:CaOSM1를 제조하는 단계; 및
상기 재조합 벡터를 식물세포에 도입하는 단계;를 포함하는 병원균 침입시 고추 또는 애기장대 식물체의 세포 사멸반응을 억제하는 방법.
Inserting the CaOSM1 gene (NCBI Accession No. AY262059) into the TRV2 vector to produce recombinant vector TRV2: CaOSM1 ; And
Introducing the recombinant vector into a plant cell; a method for inhibiting apoptosis of pepper or Arabidopsis plant when invading a pathogen comprising a.
CaOSM1 단백질(NCBI Accession No. AAP86781.1)의 아미노산 서열 중 198 ~ 214번째 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드(198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; 서열번호 1)를 동물에 주사하여 얻어진 CaOSM1 단백질에 대한 항체.An antibody against a CaOSM1 protein obtained by injecting a peptide (198-PDAYSYPQDDPTSTFTC-214; SEQ ID NO: 1) consisting of amino acid sequences 198 to 214 of the amino acid sequence of a CaOSM1 protein (NCBI Accession No. AAP86781.1) into an animal.
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