KR101390835B1 - Disease resistance-related phenylalanine ammonia-lyase gene CaPAL1, and transgenic plants using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식물병 저항성 관련 유전자로서 고추 유래 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈를 코딩하는 분리된 유전자(CaPAL1) 및 이를 이용한 형질전환체에 관한 것이다. 상기한 본 발명에 의하면 CaPAL1은 병 저항성 식물체의 육종을 위한 재료로서 제공되어 질 수 있어 저항성 품종 개발을 촉진할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an isolated gene ( CaPAL1 ) encoding phenylalanine ammonia- lyase from pepper as a gene related to plant disease resistance and a transformant using the same. According to the present invention, CaPAL1 can be provided as a material for breeding a disease-resistant plant, thereby promoting the development of resistant cultivars.

Figure R1020120108871
Figure R1020120108871

Description

병저항성 관련 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 유전자 씨에이피에이엘1 및 이를 이용한 형질전환 식물체{Disease resistance-related phenylalanine ammonia-lyase gene CaPAL1, and transgenic plants using the same}Disease resistance-related phenylalanine ammonia-lyase gene CaPAL1, and transgenic plants using the same. The phenylalanine ammonia-

본 발명은 병저항성 관련 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 유전자 씨에이피에이엘1 및 이를 이용한 형질전환 식물체에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 고추 (Capsicum annuum L.) 식물로부터 분리된 신규 식물병 저항성 관련 유전자인 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 유전자 (CaPAL1: C apsicum a nnuum P henylalanine A mmonia - L yase 1) 및 이를 이용한 병저항성 탐색방법과 병 저항성 형질전환 식물체 제작에 관한 것이다.
The present invention relates to a disease resistance-related phenylalanine ammonia-lyase gene CYP1A1 and a transgenic plant using the same. More particularly, the present invention relates to a process for the preparation of capsicum annuum L.), a novel plant disease resistance-related gene ( CaPAL1 : C apsicum a nnuum P henylalanine A mmonia - L yase 1 ), a disease resistance search method using the same, and the production of a disease resistant transgenic plant.

식물의 병 저항성반응에 대한 연구는 생체 내 신호전달 기작을 규명하는 과학적 가치를 지닌다. 또한 식물병 방어관련 유전자의 정보는 작물의 병저항성 증대를 위한 분자적 유전육종의 직접적 재료로서 제공될 수 있다. Studies on the disease resistance response of plants have scientific value to identify in vivo signaling mechanisms. Information on plant defense deficiency genes can also be provided as a direct source of molecular genetic breeding for increased disease resistance in crops.

환경친화적 식량생산을 증산하기 위하여 병방어 관련 다양한 유전자를 이용한 작물 육종은 경제적으로 중요한 병원체, 잡초, 그리고 환경적 스트레스에 의한 손실을 최소화함으로써 식량생산비용을 줄일 수 있으며, 고품질의 식량을 제공하여 농산물의 경쟁력회복에 기여함과 동시에 신품종의 개발과 연관된 다양한 산업의 활성화에 기여한다.In order to increase environmentally friendly food production, crop breeding using various genes related to disease defenses can reduce food production costs by minimizing losses caused by economically important pathogens, weeds, and environmental stresses, and by providing high quality food, And contributes to the revitalization of various industries associated with the development of new varieties.

우리나라에서 집약적으로 재배되고 주요 경제 작물로써 고추 (Capsicum annuum L.)의 식물병 방제는 그 중요성이 지대하고, 또한 식물병에 대한 방어의 신호전달경로를 연구하기 위한 훌륭한 실험시스템을 제공해 주고 있다. 고추 세균성점무늬병원균과 고추와의 상호작용에서 방어반응에 관여하는 유전자의 분리와 기능 분석은 고추의 병방어 반응 경로뿐 아니라 모델 식물인 애기장대에서의 과발현을 통해 식물 병방어 반응에 대한 과학적 이해를 증진시키고, 저항성관련 유전자를 고추식물에서 발현시킨 병저항성 형질전환식물의 개발을 위한 유전자원의 토대가 된다.Plant disease control of pepper (Capsicum annuum L.), which is intensively cultivated in Korea and as a major economic crop, is of great importance and provides a good experimental system for studying the signaling pathway of defense against plant diseases. The isolation and function analysis of the genes involved in the defense reaction in the interaction of pepper with the bacterial spotty pathogen of pepper resulted in a scientific understanding of the plant defense response through overexpression in the model plant, Arabidopsis, And is the basis for genetic resources for the development of disease resistant transgenic plants expressing resistance-related genes in pepper plants.

식물이 병원균에 감염되면, 기주식물은 이에 대항하기 위한 다양한 세포내 대사 시스템을 작동시켜 방어기작을 활성화한다. 이러한 방어기작은 병원체에 대한 기주세포의 인식을 시작으로, 세포내 Ca2+, 활성산소의 증가, 칼로스 집적 (Callose deposition), 페놀 관련 항균성 물질인 2차 대사산물의 생성, 국부적 세포 사멸과 같은 과민성 반응, 그리고 다양한 병방어 관련 단백질을 생성하는 것으로 알려져 있다. When a plant is infected with a pathogen, the host plant activates a defense mechanism by activating various intracellular metabolic systems to counteract it. In addition to the recognition of host cells for these pathogenic small pathogens, it has been shown that intracellular Ca2 +, increase of active oxygen, callose deposition, production of secondary metabolites such as phenol-related antimicrobials, hypersensitivity reactions such as local cell death, And is known to produce a variety of defense-related proteins.

이러한 일련의 저항성 반응을 나타내기 위한 신호전달의 과정 중 특히 2차 대사산물의 생성은 페닐프로파노이드 경로 (Phenylpropanoid pathway)에 의해 이루어진다. 페닐프로파노이드 경로는 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 (Phenylalanine ammonia-lyase) 효소에 의해 페닐알라닌 (Phenylalanine)이 시나메이트 (Cinnamate)로 변환되는 촉매작용을 통해 시작되며, 일련의 하위 과정을 거쳐 안토시아닌 (Anthocyanin) 등의 2차 대사산물이 생성된다. The production of secondary metabolites, especially in the course of signal transduction to express this series of resistive responses, is mediated by the phenylpropanoid pathway. The phenylpropanoid pathway is initiated by the catalytic action of the phenylalanine ammonia-lyase enzyme to convert phenylalanine to cinnamate, which undergoes a series of sub-processes to form anthocyanin, And the like.

본 발명의 배경 기술로, 대한민국 등록특허공보 10-0982824 (2010.09.16)에는 송이버섯의 페닐알라닌 암모니아리아제 유전자 및 신나모일-코에이 리덕타제 유전자에 관한 것으로, 상기의 유전자는 송이버섯 (Tricholoma matsutake)의 향기의 주성분으로 알려진 신남산메틸 (methylcinnamate) 생성에 관여하는 것이라고 기재되어 있다. 또한, NCBI Accession no. M83314.1(2010.05.27)에는 토마토 페닐알라닌 암모니아 라이에이즈 유전자, 및 프로모터 부분 등에 대해 개시되어 있다. As a background of the present invention, Korean Patent Registration No. 10-0982824 (Sep. 16, 2010) discloses a phenylalanine ammonia lyase gene and a cinnamoyl-coaillidicase gene of pine mushroom. The gene is called Tricholoma matsutake, Is known to be involved in the production of methyl cinnamate, which is known to be the main component of the fragrance. Also, NCBI Accession no. M83314.1 (May 28, 2010) discloses a tomato phenylalanine ammonia lyase gene, a promoter portion and the like.

그러나 현재 고추 식물에서 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈에 대한 기능 연구와 병 저항성에서의 역할에 대해서는 규명된 바가 없다. 세포내에서 2차 대사산물 생성 과정에서 중요한 역할을 통해 식물 생장뿐 아니라 외부 스트레스에 대한 식물 면역반응에 관여하는 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈에 관한 연구는 그 중요성이 크기 때문에, 이에 대한 연구와 이 기능을 밝혀내는 것은 고추식물의 병저항성 기작을 이해하는데 필요하고, 나아가 병저항성 형질전환 식물체 제작을 위한 주요한 유전자원으로 이용될 수 있을 것이다.
However, the role of phenylalanine ammonia-lyase in pepper plants in function studies and disease resistance has not been elucidated. Studies on phenylalanine ammonia-lyase, which is involved in the plant immune response to external stress as well as plant growth, play an important role in the production of secondary metabolites within the cell. Therefore, Identification is needed to understand the pathogen - resistance mechanism of pepper plants and may be used as a major genetic resource for the production of disease - resistant transgenic plants.

대한민국 등록특허공보 10-0982824(2010.09.16)Korean Patent Registration No. 10-0982824 (September 16, 2010)

NCBI Accession no. M83314.1(2010.05.27)NCBI Accession no. M83314.1 (2010.05.27)

본 발명은 이와 같은 종래기술상의 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 고추 세균성 점무늬병 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 대한 방어반응에 관여하는 것으로 식물병 저항성 관련 유전자의 하나인 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 (CaPAL1: C apsicum a nnuum P henylalanine A mmonia - L yase 1) 유전자를 분리하여 해독함으로써 그 염기서열 정보 및 그에 따른 아미노산 서열 정보를 제공하는 것이다.The present invention for solving the problems of this prior art the same, and its object is pepper bacterial jeommunuibyeong (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ), which is one of the plant disease resistance genes, phenylalanine ammonia- lyase ( CaPAL1 : C apsicum a nnuum P henylalanine A mmonia - L yase 1 ) gene by sequencing and sequencing.

또한 본 발명은 상기 CaPAL1 유전자를 이용하여 식물병에 대한 저항성 존재 여부를 탐색하는 식물체의 저항성 탐색방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention also provides a method for searching for resistance to plant disease using the CaPAL1 gene.

더 나아가, 본 발명은 이 유전자를 식물체에 도입하여 식물병에 저항성을 가지는 형질전환 식물체를 제작하는데 그 목적이 있다.Furthermore, the present invention aims at producing transgenic plants resistant to plant diseases by introducing the genes into plants.

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 일 양태에 따르면, 본 발명은 식물병 저항성 관련 유전자로서 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈를 코딩하는 (a) 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 코딩하는 유전자 CaPAL1 또는 (b) 서열번호 1의 염기서열을 갖는 유전자 CaPAL1를 제공한다.According to one aspect of the invention there is phenylalanine ammonia as the resistance genes plant disease-of the gene CaPAL1 or (b) SEQ ID NO: 1 encoding a protein having (a) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoding a license AIDS The gene CaPAL1 having the nucleotide sequence is provided.

나아가, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 분리된 단백질 CaPAL1을 제공한다.Further, in accordance with another aspect of the present invention, the present invention provides a isolated protein CaPAL1 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

또한 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a recombinant vector comprising the gene.

또한 본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 본 발명은 상기 유전자 또는 상기 재조합 벡터에 의해 형질전환된 형질전환 식물체를 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a transgenic plant transformed with said gene or said recombinant vector.

또한, 본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 본 발명은 병원균 접종 후 식물체로부터 mRNA를 분리하여 상기 CaPAL1 유전자의 차별적 발현을 확인하는 단계를 포함하는 식물체의 병 저항성 탐색방법을 제공한다.
According to still another aspect of the present invention, there is provided a method for searching for disease resistance of a plant, comprising the step of isolating mRNA from a plant after inoculation with a pathogen and identifying the differential expression of the CaPAL1 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.

본 발명의 목적은, 고추 녹광 품종 (Capsicum annuum cv. Nockwang)에 과민성 세포사멸을 수반하는 비병원성 고추 세균성 점무늬병균 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria strain Bv5-4a)을 접종한 후, 과민성 세포사멸을 일으킨 고추 잎으로부터 분리한 신규 저항성 관련 유전자 CaPAL1을 확인하여 그 염기서열을 결정하고, 이를 이용하여 고추식물의 조직별 CaPAL1의 발현을 탐색하고, 병원균 처리를 통한 CaPAL1의 발현 여부를 조사하고, VIGS를 통한 CaPAL1의 유전자가 억제된 고추식물과 이 유전자를 과발현하는 형질전환 애기장대 (Arabidopsis thaliana)에서 CaPAL1 유전자의 식물병 저항성 유도 기능을 확인하여 달성하였다.The object of the present invention is to provide a process for producing annuum cv. Nockwang) was inoculated with a non-pathogenic bacterium ( Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria strain Bv5-4a) accompanied by hypersensitive cell death, and a novel resistance-related gene CaPAL1 isolated from pepper leaves that caused hypersensitive cell death was identified, transformed to determine the sequence and search for them in each of the pepper plant tissue CaPAL1 expressed by the irradiation, and the pepper plant genes CaPAL1 is suppressed through VIGS and overexpression of this gene expression if the CaPAL1 with pathogens treatment The Arabidopsis thaliana transgenic Arabidopsis thaliana was identified by confirming the plant resistance resistance induction function of the CaPAL1 gene.

먼저, 본 발명은 고추 세균성 점무늬병균의 비병원성균주 접종에 대해 과민성 저항성 반응을 나타내는 녹광 고추 품종으로부터 mRNA를 분리하여 이로부터 cDNA 라이브러리를 제작하고, 비병원성 균주를 접종한 고추식물의 잎과 접종하지 않은 건전한 고추식물에서 얻은 mRNA를 디옥시제닌 (Digoxygenin)으로 표지하여 프로브를 만들고, 이 cDNA와 프로브를 이용 디퍼런셜 하이브리다이제이션 (Differential hybridization)을 수행하여 병저항성에 관련될 것으로 추정되는 클론을 선발하여, 유전자의 염기서열을 해독한 이후, CaPAL1 로 명명된 고추 녹광 품종의 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 코딩 유전자 염기서열 (서열번호 1) 및 그에 따른 아미노산 서열 (서열번호 2)을 제공한다 (도 1 참조).First, the present invention provides a method for isolating mRNA from a green pepper cultivar which exhibits an irritable resistance to a non-pathogenic strain of a bacterium belonging to the genus Pseudomonas aeruginosa, and preparing a cDNA library from the mRNA. The leaves of a pepper plant inoculated with a non- The mRNA obtained from the red pepper plants was labeled with digoxigenin to make a probe. Differential hybridization was performed using the cDNA and probe to select clones presumed to be related to disease resistance, (SEQ ID NO: 1) and amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of the phenylalanine ammonia- lyase coding gene of the pepper green color varieties designated as CaPAL1 (see FIG. 1).

CaPAL1 cDNA의 코딩 리전 (Coding region, ORF)은 717개의 아미노산을 암호화하는 2318개의 염기서열로 이루어져 있고, CaPAL1 단백질 서열의 중앙 (아미노산 서열 199-215번)에 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 도메인을 갖는 것이 확인되었다. 확인된 CaPAL1의 유전자 염기서열과 상기 염기서열에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 도 1에 나타내고, 다른 작물 (토마토, 포테이토, 타바코, 이포모에아) 과 CaPAL1 과의 아미노산 서열 상동성을 도 2에 나타냈다. The coding region (ORF) of the CaPAL1 cDNA consists of 2318 nucleotide sequences encoding 717 amino acids and has a phenylalanine ammonia-lyase domain at the center of the CaPAL1 protein sequence (amino acid sequence numbers 199-215) . The confirmed gene sequence of CaPAL1 and the amino acid sequence encoded by the above base sequence are shown in Fig. 1, and the amino acid sequence homology of other crops (tomato, potato, tobacco, and ipomoea) with CaPAL1 is shown in Fig.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터 및 상기 유전자 또는 상기 재조합 벡터가 도입된 형질전환 식물체를 제공한다. The present invention also provides a recombinant vector comprising the gene and the transgenic plant into which the gene or the recombinant vector has been introduced.

상기 재조합 벡터는 바람직하게는 재조합 식물 발현 벡터이다. 상기 재조합 벡터는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 pBIN35S:CaPAL1, 또는 pTRV2:CaPAL1이다. 상기 재조합벡터 pTRV2:CaPAL1은 상기 유전자(CaPAL1)를 바이러스-유도 유전자 사일런싱(virus-induced gene silencing, VIGS)을 위한 벡터인 TRV2(Tobacco Rattle Virus 2) 벡터(참고문헌: Baulcombe D. C. (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing. Curr. Opin. Plant Biol. 2:109-113)에 삽입시켜 제조하여 그 효과를 확인하였다(도 4 ~ 도 6 참조). 상기 재조합 벡터 pBIN35S:CaPAL1를 이용하여 형질전환 식물을 제작하고 유전자가 발현되는 것을 확인하였다(도 7 참조). The recombinant vector is preferably a recombinant plant expression vector. Such recombinant vectors include, but are not limited to, for example, pBIN35S: CaPAL1 , or pTRV2: CaPAL1 . The recombinant vector pTRV2: CaPAL1 was constructed by replacing the gene ( CaPAL1 ) with a Tobacco Rattle Virus 2 vector (Baulcombe DC (1999) Fast) which is a vector for virus-induced gene silencing (VIGS) (see FIGS. 4 to 6) by inserting the plasmid into the genome of the genome based on virus-induced gene silencing. Curr. Opin. Plant Biol. A transgenic plant was constructed using the recombinant vector pBIN35S: CaPAL1 and the gene was expressed (see Fig. 7).

또한, 본 발명은 상기의 CaPAL1 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 이용하여 고추식물에서 특이적으로 CaPAL1 유전자가 억제된 식물체의 제작, CaPAL1 유전자가 과발현된 형질전환 애기장대 식물의 식물병 저항성 생성여부를 확인함으로써 새로운 병저항성 형질전환 식물체의 제작방법 및 저항성 분자 육종의 재료를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명은 CaPAL1 유전자의 발현을 억제하는 VIGS 식물체 제작 (도 4 - 도 6 참조), CaPAL1 유전자를 포함하는 재조합 벡터 (pBIN35S:CaPAL1)와 아그로박테리움 튜메파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens strain GV3101) 균주를 이용하여, 애기장대 (Arabidopsis thaliana) 식물에서의 형질전환 발현을 통한 CaPAL1 유전자의 식물체 병저항성 활성화 기능을 확인하고(도 7 - 도 10 참조) 이를 통한 병 저항성 형질전환 식물체를 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing a plant in which a CaPAL1 gene is specifically inhibited in a red pepper plant by using the recombinant vector containing the CaPAL1 gene, and a method for confirming whether a plant transformed with the CaPAL1 gene is over- Thereby providing a method for producing a new disease resistant transformant plant and a material for resistant molecular breeding. More specifically, the present invention relates to a method for producing a VIGS plant which inhibits the expression of CaPAL1 gene (see FIGS. 4 to 6), a recombinant vector containing CaPAL1 gene (pBIN35S: CaPAL1 ) and Agrobacterium using tumefaciens strain GV3101) strain, Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) Check the plant disease resistance gene activation function of CaPAL1 through transgenic expression in plants (Fig. 7 - Fig. 10) to provide disease resistant transgenic plants with it.

본 발명에 있어서, 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.
In the present invention, 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.

다음에, 본 발명은 식물체의 각 기관 (잎, 줄기, 뿌리, 꽃, 파랑 열매, 빨강 열매)으로부터 RNA를 분리하고, 식물의 엽면에 병원균 처리이후 RNA를 분리하여, CaPAL1 유전자의 차별적 발현을 확인하는 단계를 포함하는 식물체의 저항성을 탐색하는 방법을 제공한다. 보다 구체적으로는 상기 생물적 처리는 고추 세균성 점무늬병원균의 병원성 또는 비병원성 세균 등 병원균을 예로 들 수 있다. 상기 CaPAL1 유전자의 발현 여부 확인은 노던 블럿, 실시간 RT-PCR 외에도 mRNA의 발현을 측정할 수 있는 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 바람직하게 본 발명은 식물체의 병저항성 탐색 방법에 있어서, 병원균을 접종한 식물 잎에서 RNA를 분리하여 전기영동시키고 나이론막(Hybond N+)으로 전이시키고, 32P-dCTP로 처리한 본 발명의 유전자의 차별적 발현을 확인하는 단계를 포함하는 식물체의 병저항성 탐색방법을 제공한다. 본 발명에 의한 CaPAL1 유전자가 식물병원균에 의해 차별적으로 유도 발현되는 것을 실험을 통해 확인하였다 (도 3 참조). 따라서 본 발명에 의한 CaPAL1 유전자는 식물체의 저항성 탐색방법에 유용하게 이용될 수 있다.
Next, the present invention separates RNA from organs (leaves, stems, roots, flowers, blue fruits, red fruits) of plants and separates RNA after treating the pathogens on the leaf surface of the plants to discriminate the expression of CaPAL1 gene The method comprising the steps of: More specifically, the biological treatment may be exemplified by pathogenic bacteria such as pathogenic or non-pathogenic bacteria of the bacterium of the red pepper. In order to confirm the expression of CaPAL1 gene, various methods for measuring mRNA expression in addition to northern blotting and real-time RT-PCR can be used. Preferably, the present invention relates to a method for searching for disease resistance of a plant, wherein the RNA is isolated from plant leaves inoculated with pathogens, electrophoresed, transferred to a nylon membrane (Hybond N +), and treated with 32 P-dCTP And identifying the differential expression of the plant. It was experimentally confirmed that the CaPAL1 gene according to the present invention was differentially induced and expressed by a plant pathogen (see FIG. 3). Therefore, the CaPAL1 gene according to the present invention can be usefully used for searching resistance of plants.

본 발명이 완성됨으로써, 고추 식물 세균병인 고추 세균성 점무늬병 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 대한 방어반응에 관여하는 것으로서 식물병 저항성 관련 유전자인 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 CaPAL1 유전자를 분리하여 해독함으로써 그 서열 정보 및 그에 따른 아미노산 서열 정보를 제공함과 동시에, 이 유전자를 이용하여 식물병 저항성 탐색방법을 제공할 뿐 아니라 저항성 식물 육종 및 형질전환 식물체 제작에 기여하는 효과를 도모할 수 있게 되었다. By the completion of the present invention, the phenylalanine ammonia- lyase CaPAL1 gene, which is a gene related to the plant disease resistance, which is involved in the defense reaction against the bacterium of the red pepper plant bacterium ( Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria ) The present invention provides a method for searching for resistance to plant diseases by using the gene and contributing to the production of resistant plant breeding and transgenic plants.

아울러 본 발명에 의한 CaPAL1 유전자 억제를 통한 저항성 감소를 확인하고, 상기 유전자를 애기장대에 과발현시켜 식물병 저항성을 확인함으로써 본 발명에 의한 CaPAL1은 병 저항성 식물체의 육종을 위한 재료로서 제공되어 질 수 있다. Further, by confirming the reduction of resistance through inhibition of CaPAL1 gene according to the present invention and overexpressing the gene in Arabidopsis thaliana to confirm the resistance of the plant disease, CaPAL1 according to the present invention can be provided as a material for breeding of disease resistant plants .

이러한 본 발명은 저항성 품종 개발을 촉진할 수 있는 효과가 있으므로 식물육종 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
The present invention is an extremely useful invention in the plant breeding industry because it has the effect of promoting the development of resistant cultivars.

도 1은 본 발명에 의하여 고추 녹광 품종 (Capsicum accuum L. cm. Nockwang)으로부터 클로닝한 고추 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 유전자 (CaPAL1: Capsicum annuum Phenylalanine Ammonia - Lyase 1)의 염기서열 및 상기 염기서열에 의해 코딩되는 아미노산 서열을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 의한 고추 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈의 아미노산 서열 및 다른 식물의 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈의 아미노산 염기서열을 비교한 도면이고,
도 3은 고추 식물의 조직별 CaPAL1 유전자의 발현을 확인한 결과(상부 도면)와, 고추녹광품종에 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)의 병원성 및 비병원성 균주를 접종하였을 때, 접종된 잎과 접종되지 않은 잎에서의 CaPAL1 유전자의 발현 결과(하부 도면)를 나타낸 도면이고,
도 4는 재조합벡터 pTRV:CaPAL1을 제작하고 이를 Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 균주에 도입한 후 이것을 고추 식물이 떡잎 시기일 때 접종하여 제작한 CaPAL1 유전자 사일런싱 식물에, 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 접종 잎의 병징을 관찰하고(도 4 상단 좌측 도면), 감염 식물조직에서의 세균 생장을 측정하고 (도 4 상단 우측 도면), 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 활성 (PAL actvity)을 측정한 (도 4의 하단 도면) 결과를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 4에서 제조한 CaPAL1 유전자 사일런싱 식물에 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 방어 표지 유전자인 CaPR1의 상대적인 발현 양상을 검정한 결과를 나타낸 도면이고,
도 6은 도 4에서 제조한 CaPAL1 유전자 사일런싱 식물에 세균성 점무늬 병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종한 후 H2O2의 축적과 이온전도도를 측정한 결과를 나타낸 도면이고,
도 7은 재조합벡터(pBIN35S:CaPAL1)를 통해 CaPAL1 유전자를 과발현시킨 애기장대(Arabidopsis thaliana) 식물체에서 CaPAL1의 발현, 및 세균성 흑반병 병원균 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 및 비병원성 균주 접종으로 확인한 병저항성 변화를 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7에서 제조한 CaPAL1이 과다 발현된 식물에 세균성 흑반병 병원균 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 및 비병원성 균주를 5 x 104 cfu ml-1 농도로 접종하고 식물체의 변화를 H2O2의 축적과 이온전도도로 관찰한 결과를 나타낸 도면이고,
도 9는 도 7에서 제조한 CaPAL1이 과다 발현된 식물에 세균성 흑반병 병원균 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 및 비병원성 균주를 접종하고 병저항성 관련 유전자의 발현 차이를 관찰한 결과를 나타낸 도면이고,
도 10은 도 7에서 제조한 형질전환식물에 노균병균 하이알로페로노스포라 파라시티카 Noco2 (Hyaloperonospora parasitica Noco 2)를 접종한 후 병저항성의 변화를 관찰한 결과를 나타낸 도면이다.
1 is nokgwang pepper cultivars by the present invention (Capsicum accuum L. cm. Nockwang) and the pepper phenylalanine ammonia- lyase gene ( CaPAL1 : Capsicum annuum Phenylalanine Ammonia - Lyase 1 ) and an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence, wherein
FIG. 2 is a diagram comparing the amino acid sequence of the pepper phenylalanine ammonia-lyase according to the present invention and the amino acid sequence of phenylalanine ammonia-lyase in other plants,
FIG. 3 is a graph showing the distribution of CaPAL1 As a result of confirming the expression of the gene (upper drawing) and the bacterial coloring fungus ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ), and the results of the expression of the CaPAL1 gene (bottom plot ) in the inoculated and non-inoculated leaves,
Figure 4 is a recombinant vector pTRV: the production and it Agrobacterium CaPAL1 tumefaciens strain GV3101, and then inoculated with the CaPAL1 gene silencing plant inoculated when the red pepper plants were in the cotyledon stage, to the bacterial spotty bacillus ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ), and the bacterial growth in the infected plant tissues was measured (top right in Fig. 4), and the phenylalanine ammonia-PAL actvity was measured FIG. 4 is a view showing the result of the measurement (the bottom view in FIG. 4)
FIG. 5 is a graph showing the relationship between CaPAL1 Bacterial spotty germs in gene silencing plants ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ), and then the relative expression pattern of the protective marker gene, CaPR1 , was examined.
FIG. 6 is a graph showing the results of measurement of the CaPAL1 Bacterial spotty germs in gene silencing plants ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ), the accumulation of H 2 O 2 and ion conductivity were measured.
Fig. 7 shows the results of Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana) overexpressing the CaPAL1 gene through a recombinant vector (pBIN35S: CaPAL1) thaliana) CaPAL1 expression in the plant, and bacterial heukbanbyeong pathogens (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) inoculated with a pathogenic and non-pathogenic strain,
FIG. 8 is a graph showing the expression of the CaPAL1 -overexpressed plant prepared in FIG. 7 in a bacterial black rot pathogen ( Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) at a concentration of 5 x 10 4 cfu ml -1 and observing plant changes with H 2 O 2 accumulation and ionic conductivity.
FIG. 9 is a graph showing the results obtained by comparing the CaPAL1 overexpressed plants prepared in FIG. 7 with the bacterial pathogens Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) and observing differences in the expression of disease resistance-related genes, and FIG.
FIG. 10 is a graph showing the results obtained by comparing the transformed plants prepared in FIG. 7 with the nosocomial bacterium Hyaloperonospora Noco2 parasitica Noco 2). The results are shown in Fig.

이하, 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 Examples. 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] CaPAL1CaPAL1 유전자의 염기/아미노산 서열 결정 Determination of base / amino acid sequence of gene

고추세균성점무늬병에 대한 병저항성 관련 단백질 중 하나인 고추식물의 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 (CaPAL1: C apsicum a nnuum P henylalanine A mmonia - L yase 1) 단백질 코딩 유전자 염기서열 및 그로부터 추론되는 아미노산 서열을 제공하기 위하여 하기와 같은 시험을 수행하였다.Phenylalanine ammonia- lyase ( CaPAL1 : C apsicum) of pepper plants, which is one of the disease resistance-related proteins for pepper blight spotty disease a nnuum P henylalanine A mMonia - L yase 1 ) protein coding sequence and the amino acid sequence deduced therefrom.

[단계 1][Step 1]

고추 녹광 품종 (Capsicum annuum cv. Nockwang)에 고추 세균성 점무늬병균(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)을 접종하고 15시간 동안 습실 처리한 후 저항성 병반인 과민성세포사멸반응이 나타난 식물체를 습실에서 꺼내어 잎을 수거하였다. Capsicum annuum cv. Nockwang) were sprayed with red pepper bacillus fungi ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) and treated for 15 hours in a humidified condition. Then, the plants exhibiting the susceptible cell death response, which is a resistant disease, were taken out of the wet and the 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 prepared cDNA library and adsorbed constantly on a nylon membrane (Hybond N +). Then, the leaves of the pepper plants inoculated with the non-pathogenic strains of the red pepper bacillus fungus and the leaves of healthy pepper plants The total mRNA extracted from the cells was labeled with digoxigenin to prepare probes, 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 CaPAL1 단백질 코딩 유전자를 확인하고 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 (CaPAL1) 유전자로 명명하였다. 확인된 CaPAL1의 유전자 염기서열(서열번호 1) 및 그 염기서열에 의해 코딩되는 아미노산 서열(서열번호 2)을 도 1에 나타내었다.
After sequencing the obtained clones, the CaPAL1 protein coding gene was identified by comparing the sequence with a gene database registered in GenBank using a blast program and named as a phenylalanine ammonia- lyase ( CaPAL1 ) gene. The gene sequence (SEQ ID NO: 1) of CaPAL1 identified and the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) encoded by the nucleotide sequence thereof are shown in FIG.

[[ 실시예Example 2] 병원균 접종 후 고추식물에서의  2] After inoculation of pathogens in pepper plants CaPAL1CaPAL1 유전자의 발현 탐색  Exploration of gene expression

상기 실시예 1에서 수득한 CaPAL1 유전자의 병저항성 탐색에의 이용방법을 확인하기 위해 다음과 같이 시험하였다.In order to confirm the use of the CaPAL1 gene obtained in Example 1 for the search for disease resistance, the following test was conducted.

[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 배양한 후, 108 cfu/의 농도로 6엽기의 고추 녹광 품종 5, 6엽의 뒷면에 주사기를 이용하여 접종하고, 접종 후에는 28℃, 100% 상대습도 조건에서 15시간 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 present the resistance search method concretely, the pathogenic bacteria such as red pepper bacterial spotty pathogen ( Xanthomonas campestris pv. vesicatoria ) and non-pathogenic strain Bv5-4a, which showed a non-pathogenic reaction, were inoculated at the concentration of 10 8 cfu / Later, it was wet treated at 28 ° C and 100% relative humidity for 15 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 CaPAL1 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, the CaPAL1 gene obtained in Example 1 was labeled with α- 32 P [dCTP] having an isotope using a Klenow enzyme, and the resultant was added to the reaction solution [0.25 M phosphate buffer, 7% SDS, mM EDTA, 5% dextran sulfate) at 65 ° C for 24 hours to perform hybridization. When the isotope-labeled DNA probe is attached to the mRNA attached to the nylon membrane (Hybond N +) and the X-ray film is placed on the nylon membrane (Hybond N +), So that the presence and the degree of the expression can be recognized.

이상의 실험결과를 도 3에 나타내었으며 실험의 결과 CaPAL1 유전자는 비병원성 고추세균성점무늬병 접종 후 5시간 이후에 강하게 발현하였다.
The results of the above experiment are shown in FIG. 3. As a result, CaPAL1 gene was strongly expressed 5 hours after the inoculation of the non-pathogenic capsicum spot fungus .

[[ 실시예Example 3]  3] CaPAL1CaPAL1 유전자 발현의 억제에 의한 병 저항성의 변화 Changes in disease resistance due to inhibition of gene expression

고추식물에서 CaPAL1 유전자의 발현이 특이적으로 억제되었을 때 병 발생과 관련 다른 유전자들의 유도 여부 및 병에 대한 저항성의 붕괴 여부를 알아보기 위하여, 실시예 1에서 수득한 CaPAL1 유전자를 바이러스 유도 유전자 사일런싱 (VIGS, virus-induced gene silencing)에서 이용되어지는 TRV (Tobacco Rattle Virus)를 이용하여 CaPAL1 유전자를 TRV2 벡터에 도입시켜 재조합 벡터인 TRV2:CaPAL1을 제조하였다. In order to investigate whether the expression of CaPAL1 gene was specifically inhibited in pepper plants and whether or not induction of other genes related to disease development and the collapse of resistance to disease, the CaPAL1 gene obtained in Example 1 was transfected with a virus inducing gene silencing The recombinant vector TRV2: CaPAL1 was prepared by introducing CaPAL1 gene into TRV2 vector using TRV (Tobacco Rattle Virus) used in virus-induced gene silencing (VIGS).

TRV2 vector는 제한효소 EcoRI로 자른 후 에탄올 침전 (ethanol precipitation)을 수행하고 살균수에 녹여 다시 DNA를 회수한 후에 alkaline phosphatase로 탈인산화시켰다. CaPAL1의 5'-비해석부위 (untranslated region)중 22개 뉴클레오타이드 (caaattcttcaatttcatcagc; 서열번호 3) 부위 양쪽에 제한효소 EcoRI (GAATTC) 서열을 붙여 중합효소연쇄반응 (PCR)를 통해 증폭시켰다. PCR 반응조건은 94℃로 5분 후에 94℃ 1분, 52℃ 1분, 72℃ 30초를 25 반복하고 마지막으로 72℃에서 10분으로 하였다. Invitrogen에서 제공하는 pCR2.1-TOPO vector에 삽입시켰다. 이 TOPO vector를 제한효소 EcoRI로 자른 후 나온 절편을 ligase를 이용하여 TRV2 vector에 삽입하여 pTRV2:CaPAL1 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).
The TRV2 vector was digested with Eco RI, ethanol precipitation, dissolved in sterilized water, and DNA was dephosphorylated with alkaline phosphatase. The restriction enzyme Eco RI (GAATTC) sequence was attached to both 22 nucleotides (caaattcttcaatttcatcagc; SEQ ID NO: 3) of the 5'-untranslated region of CaPAL1 and amplified by polymerase chain reaction (PCR). PCR reaction conditions were 94 ° C for 5 minutes, 94 ° C for 1 minute, 52 ° C for 1 minute and 72 ° C for 30 seconds, and finally 72 ° C for 10 minutes. Was inserted into the pCR2.1-TOPO vector provided by Invitrogen. The TOPO vector was digested with restriction enzyme Eco RI, and the resulting fragment was inserted into a TRV2 vector using ligase to generate a pTRV2: CaPAL1 recombinant vector. TRV2, a non-inserted vector, was used as a control (Baulcombe DC (1999) Fast forward genetics based on virus-induced gene silencing. Curr Opin. Plant Biol.

이렇게 제조한 재조합벡터 TRV2:CaPAL1을 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 CaPAL1 유전자의 발현의 억제를 유도시켰고, 유전자 발현 억제의 효과는 실시간 역전사효소 피씨알 (real-time RT-PCR)을 통하여 확인하였다 (도 5 참조)
The thus-prepared recombinant vector TRV2: CaPAL1 was introduced into Agrobacterium tumefaciense strain GV 3101 through electrophoresis, and then the GV3101 strain containing the recombinant vector was introduced into the cotyledon of pepper seedling Using a syringe, it was inoculated by infiltration method and introduced into a red pepper plant to produce CaPAL1 And the effect of suppressing gene expression was confirmed by real-time RT-PCR (see FIG. 5)

[단계 1][Step 1]

CaPAL1의 발현이 억제된 식물체에서 세균성 병에 대한 저항성의 변화를 알아보기 위하여, 상기의 CaPLP1의 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 108 cfu ml-1의 농도로 접종한 후 접종 잎의 병징을 관찰하였고(도 4 상단 좌측 도면), 5 x 104 cfu ml-1로 접종하여 접종 후 0, 3일에 감염 식물조직에서의 세균 생장을 측정하였다 (도 4 상단 우측 도면). 그리고 병원균 107 cfu ml- 1 로 접종하여 접종 이후 시간대 별로 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 활성 (PAL actvity)을 측정하였다 (도 4의 하단 도면). 또한 병원균 107 cfu ml-1 농도로 접종후 12, 24시간 후에 실험구와 대조구의 감염 잎에서 RNA를 추출하여 실시간 알티-피시알 (real-time RT-PCR)을 통해 CaPAL1 의 특이적인 유전자 억제 효과와 함께 병 접종시 대조구 식물과 비교하여 병저항성 관련 유전자의 발현 차이를 관찰하였다 (도 5). 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 6). In order to investigate the change in resistance to bacterial diseases in plants in which expression of CaPAL1 was suppressed, the pepper plants in which the expression of CaPLP1 gene was suppressed, and the pepper seedlings inoculated with TRV2: 00 vector as a control, ( Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria ) and the non-pathogenic strain Bv5-4a were inoculated at a concentration of 10 7 and 10 8 cfu ml -1 , 10 < 4 > cfu ml < -1 & gt ;, and bacterial growth in the infected plant tissue was measured at day 0 and 3 after inoculation (Fig. And 10 7 cfu ml - 1 of the pathogen, and the phenylalanine ammonia - lyase activity (PAL actvity) was measured by time zone after inoculation (the bottom view of FIG. 4). In addition, RNA was extracted from the infected leaves of the experimental group and the control group at 12 and 24 hours after inoculation at a concentration of 10 7 cfu ml -1 of the pathogen, and the specific gene suppression effect of CaPAL1 was detected by real-time RT-PCR And the expression of disease resistance-related genes was observed at the time of inoculation with the control plants (Fig. 5). And 10 7 cfu ml -1 of pathogens. H 2 O 2 , a plant-resistant signal transduction related substance, was quantitated by time course after inoculation and the apoptosis of plant tissue, which is a expression of resistance response, was quantified by ionic conductivity measurement 6).

도 4에서와 같이 실험결과 VIGS로 CaPAL1 의 발현이 억제된 식물에서 병원성균주 Ds1과 비병원성 균주 Bv5-4a의 접종 후 병징을 관찰한 결과, 병원성 균주 접종시 대조구에 비하여 접종 후 7일 이후에 빠른 황화와 괴저 현상이 진전되는 것이 관찰되었고, 비병원성 균주 접종시 대조구 식물에서 2일째 국부적 저항성 반응으로 세포사멸이 나타나지만 CaPAL1의 발현이 억제된 식물에서는 국부적 세포사멸반응이 늦추어 짐을 확인하였다. As shown in FIG. 4, in the plants in which the expression of CaPAL1 was inhibited by VIGS, the pathogenic strain Ds1 and the non-pathogenic strain Bv5-4a were observed after inoculation. As a result, when the pathogenic strain was inoculated, And necrotic phenomena were observed. In the non - pathogenic strain, cell death was observed in the control plants at 2 days after local resistance reaction, but the local apoptosis was delayed in the plants in which the expression of CaPAL1 was inhibited.

그리고 도 4에서와 같이 감염조직에서 병원성 균과 비병원성 균의 세균 생장을 측정한 결과 대조구에 비교하여 CaPAL1의 발현이 억제된 식물에서 더 많은 세균생장을 나타냈다. 또한 대조구와 비교하여 CaPAL1의 발현이 억제된 식물에서 PAL activity 가 접종 후 12 시간 이후부터 감소하는 것으로 측정되었다.As shown in FIG. 4, bacterial growth of pathogenic bacteria and non-pathogenic bacteria was measured in the infected tissues. As a result, more bacterial growth was observed in the plants in which the expression of CaPAL1 was inhibited compared with the control. In addition, the PAL activity in the plants with inhibited expression of CaPAL1 was found to decrease from 12 hours after inoculation compared with the control.

실시간 알티-피시알 시험 결과 도 5와 같이, CaPAL1이 억제된 식물에서 효과적으로 CaPAL1 유전자의 억제가 나타나는 것이 관찰되었고, 병원성 및 비병원성 균주 접종시 살리실산에 의존적인 대표적 저항성 관련 유전자인 CaPR1 유전자의 발현이 줄어든 것을 확인하였다. Real-time Alti-fish know the test results as shown in FIG. 5, CaPAL1 is effectively suppressed plants was observed that the inhibition of CaPAL1 gene that appears, less pathogenic and non-pathogenic strains inoculated upon expression of the dependent representative resistant CaPR1 gene-related genes in acid Respectively.

또한 도 6과 같이 대조구 식물에 비해 CaPAL1이 억제된 식물에서 H2O2의 축적과 이온전도도가 병원성, 비병원성 균주 모두에 대해 감소함을 알 수 있었다.
As shown in FIG. 6, accumulation of H 2 O 2 and ionic conductivity were decreased in all the pathogenic and non-pathogenic strains in plants in which CaPAL1 was inhibited compared with the control plants.

[[ 실시예Example 4]  4] CaPAL1CaPAL1 유전자를 이용한 형질전환 식물체의 제조 및  Production of transgenic plants using genes CaPAL1CaPAL1 유전자의 과다발현에 의한 애기장대 식물의 병 저항성 변화 Variation of disease resistance of Arabidopsis plants by overexpression of genes

모델식물로 사용되는 애기장대 식물체에서 CaPAL1 유전자의 과다발현시 다른 병 발생과 관련된 유전자들의 유도 여부 및 병에 대한 저항성의 증가 여부에 대하여 알아보기 위하여, 실시예 1에서 수득한 CaPAL1 유전자를 pBIN35S 벡터에 도입시켜 pBIN35S:CaPAL1을 제조한 후 이렇게 재조된 재조합 벡터인 pBIN35S:CaPAL1을 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 CaPAL1 유전자의 과다발현을 유도시킨 형질전환 애기장대를 제작하고 아래와 같은 시험을 수행하였다. CaPAL1 유전자의 과다발현은 역전사효소 피씨알 (RT-PCR) 및 실시간 RT-PCR (Real-time RT-PCR) 에 의해 확인되었다 (도 7, 도 9 참조)In order to investigate whether induction of genes involved in the development of other diseases and increase of resistance to diseases occurred in overexpression of CaPAL1 gene in Arabidopsis plants used as model plants, CaPAL1 gene obtained in Example 1 was added to pBIN35S vector introduced by pBIN35S: after producing the CaPAL1 this recombinant the recombinant vector of pBIN35S: that introduced through the electroporation method (electroporation) in the CaPAL1 Agrobacterium tumefaciens (Agrobacterium tumefaciense strain GV 3101) and the recombinant vector, and re-enter GV3101 By introducing the strain into Arabidopsis plants via floral dipping method, CaPAL1 Transgenic Arabidopsis thaliana inducing overexpression of the gene was constructed and the following test was carried out. Overexpression of the CaPAL1 gene was confirmed by RT-PCR and real-time RT-PCR (see Figures 7 and 9)

[단계 1] [Step 1]

상기와 같이 CaPAL1이 과다 발현된 식물에 세균성 흑반병 병원균 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)의 병원성 및 비병원성 균주를 5 x 104 cfu ml-1 농도로 접종하고 식물체의 변화를 관찰하였다. 도 7에 나타난 바와 같이, CaPAL1이 과다 발현된 식물체에서 야생형에 비하여 병원성, 비병원성 균주 모두에 대하여 저항성이 증가함이 관찰되었다. 도 8에 나타난 바와 같이, H2O2의 축적은 병원성 및 비병원성 세균 접종 이후에 대조구에 비해 높고, 이온전도도 또한 병원성 및 비병원성 세균 접종후 더 높은 것을 확인할 수 있었다. As described above, CaPAL1 overexpressed plants were infected with bacterial black rot pathogen ( Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) was inoculated at a concentration of 5 x 10 4 cfu ml -1 and the changes of the plant were observed. As shown in FIG. 7, in plants overexpressing CaPAL1 , resistance to both pathogenic and non-pathogenic strains was increased as compared with wild type. As shown in Fig. 8, accumulation of H 2 O 2 was higher after the inoculation of the pathogenic and non-pathogenic bacteria than the control, and the ionic conductivity was also higher after the inoculation with the pathogenic and non-pathogenic bacteria.

[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 실시간 알티-피시알 (real-time RT-PCR)을 통해 병 접종 시 대조구 식물과 비교하여 병저항성 관련 유전자의 발현 차이를 관찰하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다. RNA was extracted from the infected leaves of the experimental group and the control group at 24 hours and 48 hours after inoculation with 10 7 cfu ml - 1 of pathogenic and non - pathogenic bacteria, and real - time RT - PCR was performed using the real - time RT - The expression of disease resistance-related genes was observed in comparison with plants, and the results are shown in FIG.

[단계 3][Step 3]

CaPAL1이 과다 발현된 식물에, 애기장대에서 노균병을 일으키는 순활물 기생체인 하이알로페로노스포라 파라시티카 Noco2 (Hyaloperonospora parasitica Noco 2)를 접종한 후 병저항성의 변화를 관찰하였다. CaPAL1이 과발현된 식물과 과발현하지 않는 야생형 대조구 식물의 떡잎시기에 하이알로페로노스포라 파라시티카 Noco2를 5 x 104 spores ml- 1 의 농도로 스프레이접종 하였다. 접종 후 17℃의 온도에서 습실 처리하였다. To the plants overexpressing CaPAL1 , a plant- derived parasitic infestation of hyaloperonospora Noco2 ( Hyaloperonospora parasitica Noco 2) was inoculated and the change of disease resistance was observed. In the cotyledon phase of CaPAL1 overexpressed and wild type control plants not overexpressing, Haialoparonospora paracytica Noco2 was inoculated by spraying at a concentration of 5 x 10 4 spores ml - 1 . After inoculation, the cells were subjected to wet treatment at a temperature of 17 캜.

그 결과 CaPAL1을 과발현하는 형질전환 애기장대 식물에서 저항성이 증가되어 노균병원균의 균사생장이 억제되고, 포자경과 포자수가 야생종에 비해 적게 생성되었고, 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈 활성 (PAL activity)이 높은 것을 관찰할 수 있었고 그 결과를 도 10에 나타내었다.
As a result, it was observed that the resistance of the transgenic Arabidopsis plants overexpressing CaPAL1 was increased, the mycelial growth of the eutrophic bacterium was inhibited, the spore growth and the number of spores were lower than that of the wild type, and the phenylalanine ammonia-LIA activity And the results are shown in Fig.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였으나, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 균등물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is obvious that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention. 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 (5)

식물병 저항성 관련 유전자로서, 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 고추 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈를 코딩하는 서열번호 1의 염기서열을 갖는 분리된 고추 유래의 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈1 유전자(Capsicum annuum Phenylalanine Ammonia-Lyase 1, CaPAL1)를 함유하는, 세균성 흑반병 병원균 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) 또는 고추 세균성 점무늬병균 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 의한 식물병에 대한 식물병 저항성 조성물.As a plant-resistance-resistance-related gene, a phenylalanine ammonia- lyease 1 gene ( Capsicum annuum Phenylalanine Ammonia- lyase 1 gene having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding a pepper phenylalanine ammonia-lyase having an amino acid sequence of SEQ ID NO: A plant disease resistant composition against a plant disease caused by a bacterial pathogenic bacterium ( Pseudomonas syringae pv. Tomato DC3000) or a red pepper bacterium ( Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria ), which contains Lyase 1, CaPAL1 . 삭제delete 삭제delete 제1항 기재의 조성물에 의해 형질전환되어 세균성 흑반병 병원균 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) 또는 고추 세균성 점무늬병균 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 의한 식물병에 대해 저항성을 갖는 식물체.A plant which is transformed by the composition of claim 1 and is resistant to a plant disease caused by a bacterial pathogenic bacterium ( Pseudomonas syringae pv. Tomato DC3000) or a bacterium ( Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria ). 병원균 접종 후 식물체로부터 mRNA를 분리하여 제1항 기재의 유전자의 차별적 발현을 확인하는 단계를 포함하는, 세균성 흑반병 병원균 (Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) 또는 고추 세균성 점무늬병균 (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria)에 의한 식물병에 대한 저항성 탐색방법.( Pseudomonas syringae pv. Tomato DC3000) or Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria , which comprises isolating mRNA from the plant after inoculation of the pathogen and confirming differentiation of the gene of claim 1 Of resistance to plant diseases caused by.
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