KR101486825B1 - Promoter of gene specifically expressed in early flower stage in rice and uses thereof - Google Patents

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KR101486825B1
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김연기
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남백희
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Abstract

A promoter specifically expressed in a flower of an early stage of rice contributed to quantity decision is provided to increase yields by controlling differentiation of cells and organs. Provided in the present invention are a promoter of a gene specifically expressed in an early stage of a rice flower developmental stage, a recombinant plant expression vector including the promoter, a plant transformed by the recombinant plant expression vector, a method for manufacturing the transformed plant using the recombinant plant expression vector, a transformed plant manufactured by the method, and a seed of the same.

Description

벼 꽃 발달단계 중 초기단계에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 이의 용도 {Promoter of gene specifically expressed in early flower stage in rice and uses thereof}[0001] The present invention relates to a promoter of a gene specifically expressed at an early stage of a rice flower development stage and a use thereof,

본 발명은 벼 꽃 발달단계 중 초기단계에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벼 꽃 발달단계 중 초기단계에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터, 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터, 상기 재조합 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체, 상기 재조합 식물 발현 벡터를 이용한 형질전환 식물체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 형질전환 식물체 및 이의 종자에 관한 것이다.The present invention relates to a promoter of a gene specifically expressed in an early stage of rice flower development and a use thereof. More particularly, the present invention relates to a promoter of a gene specifically expressed in an early stage of rice flower development, A plant transformed with the recombinant plant expression vector, a method for producing a transgenic plant using the recombinant plant expression vector, a transgenic plant produced by the method, and seeds thereof.

벼 꽃 발달단계 중 초기단계는 분화에 관여하는 유전자들이 많이 발현되며, 이 유전자들의 조절은 수확량을 결정하는데 주요 인자로 작용한다. 특히, 원추화서 분지 개시(panicle branch initiation), 기관 원시세포 형성(organ primordia formation), 분열조직 조직화(meristem organization), 꽃밥에서 세포 분화(cell specialization in anther) 및 화기 수 및 형태의 결정(determination of floral organ number and shape)에 관여하는 유전자들이 발현된다(R. Sharma et al., 2012, Funct. Integr. Gemonics, 12:229-248). 이 유전자들의 조절을 이해함으로써 수확량을 향상시킬 수 있는 잠정적인 요인을 파악할 수 있다.In the early stages of rice flower development, many genes involved in differentiation are expressed, and the regulation of these genes is a key factor in determining yield. Particularly, it is possible to use the panicle branch initiation, organ primordia formation, meristem organization, cell specialization in anther, and determination of the number and type of fire (R. Sharma et al., 2012, Funct. Integr. Gemonics, 12: 229-248). By understanding the regulation of these genes, you can identify potential factors that can improve yields.

한편, 식물 종양억제 연관 단백질(retinoblastoma-related protein)는 인간 종양억제 단백질과 유사한 구조를 가지고 있으며, 기능적으로도 동물에서의 역할과 비슷한 것으로 알려져 있다. 주로 세포주기 조절 및 세포분화에 관여하는데, 식물에서는 세포분열을 하면서 성장과 발달의 진행여부를 결정하는 중요한 인자 역할을 한다. 게다가, 발아 후에 종속영양 성장을 할 것인지 독립영양 성장을 할 것인지를 전환시켜주는 역할을 한다(R. Gutzat et al., 2012, Trends Plant Sci, 17:139-147). 식물 종양억제 연관 단백질은 밀에서 처음 발견되었는데, 유전자 발현, 염색체 단독 분열, 배아세포의 수, 크기 및 사멸을 조절한다고 발표되었다. 이에 연관하여 배아 세포가 발달하는 동안 어떻게 세포주기를 조절하는지 대한 이해를 통해 수확량 증대를 이끌어 갈 수 있다(Savelli PA et al., 2013, PNAS, 110:1827-1836).On the other hand, retinoblastoma-related protein has similar structure to human tumor suppressor protein and is known to functionally similar to animal's role. It is mainly involved in cell cycle regulation and cell differentiation. In plants, it plays an important role in determining the progress of growth and development in cell division. In addition, it plays a role in switching between heterotrophic growth and independent nutrient growth after germination (R. Gutzat et al., 2012, Trends Plant Sci, 17: 139-147). Plant-tumor suppressor-associated proteins were first found in wheat and were reported to modulate gene expression, chromosomal breakdown, number, size and death of embryonic cells. In connection with this, understanding how the cell cycle regulates during embryonic development can lead to increased yield (Savelli PA et al., 2013, PNAS, 110: 1827-1836).

다양한 목적에 따른 다양한 식물 유래의 식물체 각 조직에 대하여 많은 수의 프로모터들이 보고되었고 현재에도 계속 개발이 진행 중이지만, 특히 수량 결정에 기여하는 벼 초기단계 꽃에서 특이적으로 발현하는 프로모터를 개발하여 세포 및 기관 분화를 조절하여 수확량을 향상시킬 수 있다.A large number of promoters have been reported for various tissues from various plant-derived plants for various purposes. Although a number of promoters have been reported and are still under development, the present inventors have developed promoters specifically expressed in rice early stage flowers, It is possible to improve the yield by controlling the organ differentiation.

한편, 한국등록특허 제0892904호에는 '개화 시기를 조절하는 유전자, 이를 이용한 형질전환 식물체, 및 개화 시기 조절 방법'이 개시되어 있고, 한국등록특허 제0996667호에는 '벼의 캘러스 또는 분화중인 캘러스에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 전사인자'가 개시되어 있으나, 본 발명의 벼 꽃 발달단계 중 초기단계에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 이의 용도에 관한 것은 개시된 바가 없다.Korean Patent Registration No. 0892904 discloses a gene regulating flowering time, a transgenic plant using the same, and a method for regulating flowering time. In Korean Patent No. 0996667, Specific promoter and transcription factor 'have been disclosed. However, the promoter of the gene specifically expressed at the early stage of the rice flower development stage of the present invention and the use thereof have not been disclosed.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자는 벼 꽃 발달단계 중 초기단계에서 특이적으로 발현되는 유전자를 벼 3' 틸링(Tiling) 300k DNA 마이크로어레이를 통해 선발하고, 상기 선발된 유전자로부터 이의 프로모터를 분리하였고, 상기 프로모터에 연결된 목적 유전자가 꽃 발달 초기단계에 특이적으로 발현되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described needs, and it is an object of the present invention to select a gene specifically expressed in an early stage of rice flower development through a rice 3'-tiling 300k DNA microarray, And the target gene linked to the promoter was specifically expressed at the early stage of flower development, thereby completing the present invention.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 벼 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 프로모터를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an early stage specific promoter during rice flower development stage.

또한, 본 발명은 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant plant expression vector comprising the promoter.

또한, 본 발명은 상기 재조합 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.The present invention also provides a plant transformed with the recombinant plant expression vector.

또한, 본 발명은 상기 재조합 식물 발현벡터를 이용한 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a transgenic plant using the recombinant plant expression vector.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.The present invention also provides a transgenic plant produced by the above method and seeds thereof.

본 발명에 따르면, 조직 특이적인 프로모터 서열은 각각의 발생단계를 결정하는 중요한 인자로서 연구자들이 사용할 수 있는 중요한 표지 유전자 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 발생단계를 조절하거나 특정한 단계에서의 유전자 발현을 조절하는 인위적인 유전자 조작에도 유용한 정보 및 도구로서 활용될 수 있다. 또한, 본 발명의 벼 3' 틸링 300k 마이크로어레이를 이용한 조직 특이적 프로모터를 분리하는 방법은 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 프로모터를 추가로 탐색하는데 유용한 도구로서 활용될 수 있을 것이다.According to the present invention, the tissue-specific promoter sequence can serve as an important marker gene that can be used by researchers as an important factor for determining each developmental stage, as well as controlling the developmental stage or gene expression at a particular stage It can also be used as useful information and tools for controlling artificial genetic manipulation. In addition, the method of isolating the tissue-specific promoter using the rice 3'-tilting 300k microarray of the present invention may be utilized as a useful tool for further searching for the early stage-specific promoter during the flower development stage.

도 1은 벼 3' 틸링 300k 마이크로어레이의 프로브를 제작하는 방법을 나타낸다.
도 2는 벼 잎과 비교해서 2배 증가 또는 2배 감소된 유전자 11,840개의 계층적 클러스터링(hierarchical clustering)을 나타낸다.
도 3은 잎, 뿌리 및 수정 전 꽃 발달단계 중 초기단계의 유전자 발현에 대한 RT-PCR 결과를 나타낸다. P1cm; 꽃 크기 0-3cm, P8cm; 꽃 크기 8-15cm, P20cm; 꽃 크기 20-22cm, P22cm; 꽃 크기 22cm 이상, Leaf; 잎, Root; 뿌리, RBR1; Retinoblastoma-related protein1, rbcS; Rubisco small subunit.
도 4는 GUS 유전자를 식물 종양억제 연관 단백질 유전자의 프로모터에 연결시킨 재조합 벡터의 모식도를 나타낸다.
도 5는 형질전환 벼에서 RBR 프로모터 조절하에서 GUS 단백질의 발현을 조직 화학적 분석방법으로 조사한 결과이다. pRBR: GUS 유전자를 식물 종양억제 연관 단백질 유전자 프로모터에 연결시킨 재조합 벡터로 형질전환된 식물체의 발달 초기단계 꽃, NT: 대조구 식물체의 발달 초기단계 꽃.
Fig. 1 shows a method of producing a probe of a rice 3 ' tilting 300k microarray.
Figure 2 shows 11,840 hierarchical clustering of genes doubled or doubled compared to rice leaves.
Figure 3 shows RT-PCR results for gene expression at the early stages of leaf, root and pre-fertilization stages. P1cm; Flower size 0-3cm, P8cm; Flower size 8-15cm, P20cm; Flower size 20-22cm, P22cm; Flower size 22cm or more, Leaf; Leaves, Root; Root, RBR1; Retinoblastoma-related protein 1, rbcS; Rubisco small subunit.
4 shows a schematic diagram of a recombinant vector in which the GUS gene is linked to a promoter of a plant tumor suppressor associated protein gene.
FIG. 5 shows the results of a histochemical analysis for the expression of GUS protein under RBR promoter control in transgenic rice plants. pRBR: Developmental stage of plant transformed with a recombinant vector, in which the GUS gene is linked to a plant tumor suppressor associated protein gene promoter. Early stage flower, NT: Initial stage flower of the control plant.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 벼 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 프로모터를 제공한다.In order to accomplish the object of the present invention, the present invention provides an early stage specific promoter of the rice flower development stage comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

기존에 널리 사용되고 있는 꽃양배추 모자이크 바이러스 유래의 CaMV35S 프로모터가 전 조직에서 도입된 유전자를 발현시키는데 비해, 상기 본 발명의 벼 꽃 발달단계 중 초기단계 유래의 프로모터는 외래 유전자를 형질전환된 벼 꽃 발달단계 중 초기단계에서 특이적으로 발현시킬 수 있다.The CaMV35S promoter derived from the previously widely used CaMV virus expresses a gene introduced in whole tissues. In contrast, the promoter derived from the early stage of the rice flower development stage of the present invention is a promoter derived from the foreign gene Lt; / RTI > can be expressed specifically at the early stage of the process.

벼 꽃 발달단계 중 "초기단계"는 성장시기별로 벼 꽃의 크기(0-3cm, 8-15cm, 20-22cm 및 22cm 이상)를 기준으로 구분했을 때, 벼 꽃의 크기가 0-3cm인 수정 전 단계를 의미한다. 벼는 일반적으로 종자를 심은 후 약 60-70일 이후에 출수하여 벼꽃이 피기 시작하며, 한 이삭의 개화에는 3일, 한 포기의 개화에는 7일, 한 포장에서의 개화에는 10~14일이 소요된다고 알려져 있다.The "early stage" of rice flower development stage was classified according to the size of rice flower (0-3cm, 8-15cm, 20-22cm and 22cm or more) It means the previous stage. Rice generally begins to bloom after about 60-70 days after planting seeds. Rice begins to bloom 3 days for blooming, 7 days for blooming, 10 to 14 days for blooming in one package It is known to be consumed.

용어 "특이적"은 프로모터의 발현 활성이 동일한 식물체 내의 적어도 하나 이상의 다른 조직보다 특정한 조직 내에서 더 높다는 것을 의미한다. 프로모터의 발현 활성의 수준은 일반적으로 사용되는 방법을 이용하여 미리 측정된 조직 내에서의 프로모터의 발현수준을 다른 조직 내에서의 것과 비교함으로써 평가된다. 일반적으로 프로모터의 발현수준은 프로모터의 조절 하에서 발현된 유전자 생성물, 예를 들어 단백질 및 RNA 등의 생성량에 의해 측정될 수 있다.The term "specific" means that the expression activity of a promoter is higher in a particular tissue than in at least one other tissue in the same plant. The level of expression activity of the promoter is assessed by comparing the expression level of the promoter in tissues previously measured using methods commonly used with those in other tissues. Generally, the expression level of the promoter can be measured by the amount of the gene product expressed under the control of the promoter, such as protein and RNA.

또한, 상기 프로모터 서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 상동체는 염기 서열은 변화되지만, 서열번호 1의 염기 서열과 유사한 기능적 특성을 갖는 염기 서열이다. 구체적으로, 상기 프로모터 서열은 서열번호 1의 염기 서열과 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다.Also, homologues of the promoter sequences are included within the scope of the present invention. The homologue is a base sequence having a functional characteristic similar to that of SEQ ID NO: 1, although the base sequence is changed. Specifically, the promoter sequence has a nucleotide sequence that has at least 70% homology, more preferably at least 80% homology, more preferably at least 90% homology, and most preferably at least 95% homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 .

폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제 (즉, 갭)를 포함할 수 있다."% Of sequence homology to polynucleotides" is ascertained by comparing the comparison region with two optimally aligned sequences, and a portion of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence for the optimal alignment of the two sequences (I. E., A gap) relative to the < / RTI >

또한, 본 발명은 본 발명의 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 발현 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 제공한다. The present invention also provides a recombinant plant expression vector comprising an early stage specific expression promoter during the flower development stage of the present invention.

본 발명의 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 발현 벡터는 외래 유전자를 도입한 식물체 내에서 일시적으로 발현시킬 수 있는 일시적(transient) 발현 벡터 및 외래 유전자를 도입한 식물체에서 영구적으로 발현시킬 수 있는 식물 발현 벡터로 사용할 수 있다.The initial stage specific expression vector of the present invention is a transient expression vector capable of transient expression in a plant into which a foreign gene is introduced and a plant expression capable of being permanently expressed in a plant into which a foreign gene is introduced It can be used as a vector.

용어 "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호된 단백질을 발현하는 세포를 지칭하는 것이다. 재조합 세포는 상기 세포의 천연 형태에서는 발견되지 않는 유전자 또는 유전자 절편을, 센스 또는 안티센스 형태 중 하나로 발현할 수 있다. 또한 재조합 세포는 천연 상태의 세포에서 발견되는 유전자를 발현할 수 있으며, 그러나 상기 유전자는 변형된 것으로써 인위적인 수단에 의해 세포 내 재도입된 것이다.The term "recombinant" refers to a cell in which a cell replicates a heterologous nucleic acid, expresses the nucleic acid, or expresses a protein encoded by a peptide, heterologous peptide or heterologous nucleic acid. The recombinant cell can express a gene or a gene fragment that is not found in the natural form of the cell in one of the sense or antisense form. In addition, the recombinant cell can express a gene found in a cell in its natural state, but the gene has been re-introduced into the cell by an artificial means as modified.

용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "전달체"는 흔히 "벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.The term "vector" is used to refer to a DNA fragment (s), nucleic acid molecule, which is transferred into a cell. The vector replicates the DNA and can be independently regenerated in the host cell. The term "carrier" is often used interchangeably with "vector ". The term "expression vector" means a recombinant DNA molecule comprising a desired coding sequence and a suitable nucleic acid sequence necessary for expressing a coding sequence operably linked in a particular host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotic cells are known.

식물 발현 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-영역을 식물 세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터 (EP 0 116 718 B1호 참조)는 현재 식물 세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 잡종 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다. Ti-플라스미드 벡터의 특히 바람직한 형태는 EP 0 120 516 B1호 및 미국 특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리 (binary) 벡터이다. 본 발명에 이용될 수 있는 바이너리 벡터는 아그로박테리움 튜머파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens)의 Ti 플라스미드와 함께 존재시 식물체를 형질전환시킬 수 있는 T-DNA의 RB (right border)과 LB (left border)을 함유하는 어떤 바이너리 벡터도 될 수 있으나, 바람직하게는 당업계에서 자주 사용되는 pBI101 (Cat#: 6018-1, Clontech, 미국), pBIN19 (Genbank 수탁번호 U09365), pBI121, pCAMBIA 벡터 등을 사용하는 것이 좋다. 본 발명에 따른 유전자를 식물 숙주에 도입시키는데 이용될 수 있는 다른 적합한 벡터는 이중 가닥 식물 바이러스 (예를 들면, CaMV) 및 단일 가닥 바이러스, 게미니 바이러스 등으로부터 유래될 수 있는 것과 같은 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 그러한 벡터의 사용은 특히 식물 숙주를 적당하게 형질전환하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다.A preferred example of a plant expression vector is a Ti-plasmid vector that is capable of transferring a so-called T-region into a plant cell when it is present in a suitable host such as Agrobacterium tumefaciens. Other types of Ti-plasmid vectors (see EP 0 116 718 B1) are currently used to transfer hybrid DNA sequences to plant cells or protoplasts in which new plants capable of properly inserting hybrid DNA into the plant's genome can be produced have. A particularly preferred form of the Ti-plasmid vector is a so-called binary vector as claimed in EP 0 120 516 B1 and U.S. Patent No. 4,940,838. Binary vectors which can be used in the present invention Agrobacterium tyumeo Pacific Enschede (Agrobacterium tumefaciens may be any binary vector containing RB (right border) and LB (left border) of T-DNA that can transform a plant when present in combination with the Ti plasmid of Tumefaciens , (Cat #: 6018-1, Clontech, USA), pBIN19 (Genbank Accession No. U09365), pBI121, pCAMBIA vector and the like. Other suitable vectors that can be used to introduce a gene according to the invention into a plant host include viral vectors such as those that can be derived from double-stranded plant viruses (e. G., CaMV) and single- For example, from non -complete plant virus vectors. The use of such vectors may be particularly advantageous when it is difficult to transform the plant host properly.

발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함한다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 글리포세이트 (glyphosate) 또는 포스피노트리신 (phosphinotricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신, G418, 블레오마이신 (Bleomycin), 하이그로마이신 (hygromycin), 클로람페니콜 (chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The expression vector preferably comprises one or more selectable markers. The marker is typically a nucleic acid sequence having a property that can be selected by a chemical method, and includes all genes capable of distinguishing a transformed cell from a non-transformed cell. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinotricin, antibiotic resistance genes such as kanamycin, G418, Bleomycin, hygromycin, chloramphenicol, However, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물 발현 벡터에서, 터미네이터는 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 그 예로는 노팔린 신타아제 (NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 파세올린 (phaseoline) 터미네이터, 아그로박테리움 튜머파시엔스의 옥토파인 (Octopine) 유전자의 터미네이터 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In a plant expression vector according to an embodiment of the present invention, the terminator can be a conventional terminator, such as nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, Agro And the terminator of the Octopine gene of Bacterium tumefaciens. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 재조합 식물 발현 벡터에서, 상기 식물 발현 벡터는 본 발명의 프로모터의 하류 (downstream)에 목적 단백질을 암호화하는 외래 유전자를 작동가능하게 연결시켜 제조된 것일 수 있다. 본 발명에서, "작동가능하게 연결된"은 이종 단백질을 발현하기 위한 단위로서 기능하는 발현 카세트의 성분을 말한다. 예를 들면, 단백질을 코딩하는 이종 DNA에 작동가능하게 연결된 프로모터는 이종 DNA에 해당하는 기능적 mRNA의 생산을 촉진한다.In a recombinant plant expression vector according to an embodiment of the present invention, the plant expression vector may be prepared by operably linking a foreign gene encoding a target protein downstream of the promoter of the present invention. In the present invention, "operably linked" refers to a component of an expression cassette that functions as a unit for expressing a heterologous protein. For example, a promoter operably linked to a heterologous DNA encoding a protein promotes the production of a functional mRNA corresponding to a heterologous DNA.

상기 목적 단백질은, 모든 종류의 단백질일 수 있으며, 예컨대 효소, 호르몬, 항체, 사이토카인 등의 의학적 활용성이 있거나, 사람을 포함한 동물의 건강을 증진시킬 수 있는 영양성분을 다량 축적할 수 있는 단백질 및 셀룰로오스를 분해할 수 있는 효소이나, 이에 한정되는 것은 아니다. The target protein may be any kind of protein. For example, the target protein may be a protein capable of accumulating a large amount of nutrients that can be used for medical purposes such as enzymes, hormones, antibodies, cytokines, And enzymes capable of degrading cellulose, but are not limited thereto.

또한, 본 발명은 본 발명의 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다. 상기 식물체는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 대두, 감자, 밀, 팥, 귀리 및 수수로 이루어진 군에서 선택된 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 및 당근으로 이루어진 군에서 선택된 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무, 들깨, 땅콩 및 유채로 이루어진 군에서 선택된 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 및 바나나로 이루어진 군에서 선택된 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 및 튤립으로 이루어진 군에서 선택된 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알팔파, 톨페스큐 및 페레니얼라이그라스로 이루어진 군에서 선택된 사료 작물류일 수 있다. 바람직하게는 상기 식물체는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수수, 귀리 및 양파로 이루어진 군에서 선택되는 단자엽 식물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 식물체는 벼일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The present invention also provides a plant transformed with an early stage specific plant expression vector during the flower development stage of the present invention. Wherein the plant is selected from the group consisting of rice, wheat, barley, corn, soybean, potato, wheat, red bean, oats and millet; Vegetable crops selected from the group consisting of Arabidopsis, cabbage, radish, red pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, squash, onions, onions and carrots; Ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, sugar beet, perilla, peanut and rapeseed; Apple trees, pears, jujubes, peaches, sheep grapes, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots and banana; Roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies and tulips; And feed crops selected from the group consisting of ragras, red clover, orchardgrass, alfalfa, tall fescue, and perennialla grass. Preferably, the plant may be a monocot plant selected from the group consisting of rice, barley, wheat, rye, maize, sorghum, oats and onion, more preferably the plant may be rice, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 재조합 식물 발현 벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계; 및The present invention also provides a method for producing a plant cell, comprising the steps of: transforming a plant cell with the recombinant plant expression vector; And

상기 형질전환된 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 외래 유전자를 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적으로 발현시키는 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.And regenerating a transgenic plant from the transgenic plant cell. The present invention also provides a method for producing a transgenic plant which expresses the transgenic plant at an early stage during the flower development stage.

본 발명의 방법은 본 발명에 따른 재조합 식물 발현 벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계를 포함하는데, 식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직 배양기간을 가질 필요는 없다. 식물 종의 형질전환은 이제는 쌍자엽 식물뿐만 아니라 단자엽 식물 양자를 포함한 식물 종에 대해 일반적이다. 원칙적으로, 임의의 형질전환 방법은 본 발명에 따른 잡종 DNA를 적당한 선조 세포로 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 현미 주사법 (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 투머파시엔스 매개 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. 특히 바람직한 것은 EP A 120 516호 및 미국 특허 제4,940,838호에 기재된 바와 같은 소위 이원 벡터 기술을 이용하는 것이다. 또한, 본 발명의 방법은 상기 형질전환된 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함한다. 형질전환 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다.The method of the present invention comprises transforming a plant cell with a recombinant plant expression vector according to the present invention, wherein transformation of the plant means any method of transferring the DNA to the plant. Such transformation methods do not necessarily have a regeneration and / or tissue culture period. Transformation of plant species is now common for plant species, including both terminal plants as well as dicotyledonous plants. In principle, any transformation method can be used to introduce the hybrid DNA according to the present invention into suitable progenitor 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 mature pollen or vesicles into Agrobacterium tumefaciens Infection by non-integrative viruses (EP 0 301 316), and the like. A preferred method according to the present invention comprises Agrobacterium mediated DNA delivery. Particularly preferred is the use of so-called binary vector techniques as described in EP A 120 516 and U.S. Pat. No. 4,940,838. In addition, the method of the present invention comprises regenerating a transgenic plant from the transformed plant cell. Any of the methods known in the art can be used for regeneration of transgenic plants from transgenic plant cells.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 형질전환 식물체의 제조 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant and a seed thereof, wherein the foreign gene produced by the method for producing a transgenic plant according to the present invention is specifically expressed at an early stage of the flower development stage.

본 발명의 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 식물 발현 벡터에 재조합된 상기 외래 유전자는 벼 꽃 발달단계 중 초기단계에서 발현을 원하는 어떤 유전자도 될 수 있으며, 본 발명의 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 발현 벡터에서 상기 프로모터의 뒤에 위치하며 필요에 따라 리포터 유전자와 융합되어 발현될 수도 있다. 상기 재조합된 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 발현 벡터를 식물체에 형질전환시키는 방법은 전술한 바와 같이 실시할 수 있다.
The foreign gene recombined in the early stage specific plant expression vector during the flower development stage of the present invention may be any gene desired to be expressed at the early stage of the rice flower development stage, It is located after the promoter in an expression vector and may be expressed by fusion with a reporter gene as necessary. A method for transforming an early stage specific expression vector into a plant during the recombinant flower development step can be carried out as described above.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실험 재료 및 방법Materials and Methods

1. 꽃 발달단계 중 초기단계 준비1. Prepare early stage of flower development

종자를 화분에 심은 후 약 60일 후에 성장시기별로 벼의 꽃을 크기로 기준으로 구별하였다. 수정 전의 꽃은 잎집에 싸여있으며, 꽃의 크기별로 0-3cm(P1cm), 8-15cm(P8cm), 20-22cm(P20cm), 22cm 이상(P22cm)으로 구분하여 샘플링하였다. 대조구로 2주 성장한 잎과 뿌리를 구분하여 샘플링하였다.
About 60 days after planting the seeds in the pots, the rice flowers were distinguished on the basis of their size by the growing season. The flowers before the fertilization were wrapped in sheaths and sampled by 0-3cm (P1cm), 8-15cm (P8cm), 20-22cm (P20cm) and 22cm (P22cm) according to the size of flowers. The leaves and roots grown for 2 weeks as a control were separated and sampled.

2. 2. 마이크로어레이Microarray 실험 Experiment

1) 칩 1) chip 타겟target 디자인 design

슬라이드 위에서 직접 DNA를 합성하는 방법으로 60-100mer까지 제작가능하게 되었다. 현재까지 벼 염색체에 있어서 가장 정확한 애노테이션(annotation) 정보를 가지고 있는 IRGSP Pseudomolecule v.5(이하 v.5)을 이용하여 프로브를 제작하였다. 이 v.5는 총 길이 cDNA 라이브러리에서 온 24,209개, 예측 프로그램에 기반을 둔 5,180개의 정보를 가지고 있으며 총 29,389개의 정보가 수록되어 있다. 이들 유전자를 60bp 단위로 끊어서 NCBI의 BLAST 알고리즘으로 각 유전자 간의 유사성을 조사한 결과, 3' 방향과 UTR(untranslated region)에서의 유전자 상호 간의 염기 서열상의 유사성이 제일 적고 고유성(uniqueness)이 높은 결과가 나타났다(데이터 미제시). 이런 결과를 토대로 벼 유래의 각 유전자 27,448개 당 ORF 3' 방향 60bp에서 시작하여 30bp씩 옮겨가면서 60bp 길이의 프로브 (probe) 10개를 디자인하여 274,449개의 프로브를 제작하였다. 이 칩은 벼 3' 틸링 300k 마이크로어레이(Rice 3_Prime Tiling 300k MicroArray)라고 명명하였다(도 1). 또한 미토콘드리아(123개), 엽록체(74개), 형질전환체의 마커로서 Gus, GFP, Bar, Kan, Hyg 등의 5가지 유전자에 대해서 3-6개의 프로브가 제작되어 세포 내 기관들의 유전자 발현 변화와 형질 전환체가 직접적으로 유전자를 발현하는지 검증할 수 있게 하였다.
By synthesizing DNA directly on the slide, 60-100mers can be produced. To date, probes have been constructed using IRGSP Pseudomolecule v.5 (v.5), which has the most accurate annotation information on the chromosome of rice. This v.5 has 24,209 total length cDNA libraries, 5,180 information based on the prediction program, and a total of 29,389 information. As a result of the similarity between each gene in the BLAST algorithm of NCBI by breaking these genes into units of 60bp, the sequence similarity in the 3'-direction and the UTR (untranslated region) was found to be lowest and the uniqueness was high (No data). Based on these results, 10 of the 60 bp probes were designed starting from 60 bp in ORF 3 'direction for each 27,448 genes of rice origin and shifted by 30 bp, and 274,449 probes were constructed. This chip was named Rice 3-Prime Tiling 300k MicroArray (Fig. 1). In addition, 3 to 6 probes were constructed for 5 genes including mitochondria (123), chloroplasts (74), and Gus, GFP, Bar, and Hyg as markers of transformants. And that the transgenes directly express the genes.

2) 2) 마이크로어레이Microarray 실험과정 Experimental course

벼의 캘러스에서 얻어진 시료를 액체질소로 얼린 다음, 막자사발을 이용하여 마쇄시킨 후, 그 부피의 2/3에 해당하는 TRI reagent(MRC, USA)를 첨가했다. 상온에서 시료와 TRI reagent를 완전히 섞은 후 5분간 반응시켰다. 4℃에서 2,800g의 속도로 5분간 원심분리한 후 상등액을 취하고, 얻어진 상등액의 3/5에 해당하는 양의 클로로포름을 첨가한 후 잘 섞었다. 4℃에서 7,600g의 속도로 15분간 원심분리한 후 상등액을 취하고, 1/5에 해당하는 5M 염화나트륨을 첨가하여 천천히 섞었다. 이전에 취한 상등액에 동량의 이소프로필 알코올을 첨가한 후, 천천히 섞어주고, 상온에서 10분간 반응시켰다. 4℃에서 7,600g의 속도로 10분간 원심분리한 후, 상등액을 제거하고, -20℃에 보관된 75% 에틸 알코올 10㎖을 첨가하여 4℃에서 10,000g의 속도로 5분간 원심분리한 후 RNA 펠렛을 취했다. 상온에서 5분간 방치하여 잔여 에틸 알코올을 증발시킨 다음 1% DEPC로 처리된 물 200㎕에 RNA 펠렛을 녹였다.The sample obtained from calli of rice was frozen with liquid nitrogen, ground with a mortar and then TRI reagent (MRC, USA) corresponding to 2/3 of the volume was added. The sample and TRI reagent were mixed thoroughly at room temperature and reacted for 5 minutes. After centrifugation for 5 minutes at a rate of 2,800 g at 4 ° C, the supernatant was taken, chloroform was added in an amount corresponding to 3/5 of the supernatant obtained, and the mixture was mixed well. After centrifugation at 7,600 g at 4 ° C for 15 minutes, the supernatant was taken, and 5M sodium chloride corresponding to 1/5 was added and mixed slowly. The same amount of isopropyl alcohol was added to the supernatant previously taken, and the mixture was slowly mixed and reacted at room temperature for 10 minutes. After centrifugation at 7,600 g at 4 ° C for 10 minutes, the supernatant was removed, 10 ml of 75% ethyl alcohol stored at -20 ° C was added, centrifuged at 4 ° C for 5 minutes at a rate of 10,000 g, I took a pellet. After incubation at room temperature for 5 minutes, the remaining ethyl alcohol was evaporated, and RNA pellet was dissolved in 200 μl of water treated with 1% DEPC.

단일 가닥 cDNA를 합성하기 위해 10㎕ 총 RNA(10 ㎍) 수용액에 1㎕의 올리고 dT-프라이머(Invitrogen, USA)를 넣어 주고, 70℃에서 10분간 반응시킨 후, 얼음에서 5분간 반응시켰다. 각 시료에 4㎕ 5X First strand 버퍼(Invitrogen, USA), 1㎕ 10mM dNTP mix, 2㎕ 0.1M 디티오트레이톨(DTT), 2㎕ SuperscriptII RT enzyme(Invitogen, USA)을 넣어준 후, 42℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 91㎕ DEPC로 처리된 물, 30㎕ 5X Second strand buffer (Invitrogen, USA), 3㎕ 10mM dNTP mix, 1㎕ 10U/㎕ DNA 리가아제(Invitrogen, USA), 4㎕ 10U/㎕ DNA 폴리머라아제 I(Invitrogen, USA), 1㎕ 2U/㎕ RNase H(Invitrogen, USA)를 각 시료에 넣은 후, 16℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 이어서 2㎕ 5U/㎕ T4 DNA 폴리머라아제를 넣은 후, 16℃에서 2시간 동안 반응시켰고, 10㎕ 0.5M EDTA를 넣어 반응을 정지시켰다. 합성된 이중 가닥 cDNA 용액에 1㎕ 10mg/㎖ RNase A를 넣은 후 37℃에서 10분 동안 반응시켰다. 반응하는 동안 Maxtract HighDensity 튜브(QIAGEN, USA)를 15,800g의 속도에서 2분 동안 원심분리하고, 90㎕ 페놀과 90㎕ 클로로포름을 넣은 후, 1분 동안 완전히 섞어주었다. 각 시료들을 모두 Maxtract HighDensity 튜브에 옮긴 후, 15,800g의 속도에서 5분 동안 원심분리했다. 상등액을 새 1.5㎖ 튜브로 옮긴 후 16.5㎕ 7.5M 암모늄 아세테이트를 넣고 잘 섞었다. 326㎕의 -20℃ 보관 100% 에틸 알코올을 더하고, 4℃에서 15,800g의 속도로 20분간 원심분리한 후 상등액을 제거하였다. 이어서 500㎕의 -20℃ 보관 70% 에틸 알코올 10㎖을 더하고, 4℃에서 15,800g의 속도로 5분간 원심분리한 후 상등액을 제거하여 cDNA 펠렛을 취했다. 상온에서 5분간 Speed Vac(eppendoff, USA)을 이용하여 잔여 에틸 알코올을 증발시킨 다음 10㎕의 RNase가 없는 물을 넣었다. cDNA에 형광표지를 하기 위해 10㎕ cDNA(1 ㎍) 수용액에 40㎕ Cy3 9mer 랜덤 프라이머(1 OD/42 ㎕, Sigma, USA)를 넣고, 98℃에서 10분간 반응시킨 후, 얼음에서 10분간 반응시켰다. 각 시료에 10㎕ 10X Klenow Fragment 버퍼(Takara, Japan), 10㎕ 3.5U/㎕ Klenow, 10㎕ 50X dNTP mix(10 mM)를 넣어준 후, 37℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 10㎕ 0.5M EDTA를 넣어 반응을 멈추고, 11.5㎕ 5M NaCl를 넣고 잘 섞었다. 110㎕ 100% 이소프로필 알코올을 더하고, 암실에서 10분 동안 반응시킨 후, 상온에서 15,800g의 속도로 10분간 원심분리하여 상등액을 제거했다. 500㎕의 -20℃ 보관 70% 에틸 알코올을 더하고, 상온에서 15,800g의 속도로 2분간 원심분리한 후 상등액을 제거하여 DNA 펠렛을 취했다. 상온에서 5분간 Speed Vac을 이용하여 잔여 에틸 알코올을 증발시킨 다음 13㎕의 RNase가 없는 물을 넣었다.To synthesize single-stranded cDNA, 1 μl of oligo dT-primer (Invitrogen, USA) was added to 10 μl total RNA (10 μg) in water, reacted at 70 ° C for 10 minutes, and reacted on ice for 5 minutes. To each sample was added 4 μl 5X First strand buffer (Invitrogen, USA), 1 μl 10 mM dNTP mix, 2 μl 0.1M dithiothreitol (DTT) and 2 μl Superscript II RT enzyme (Invitogen, USA) For 1 hour. (Invitrogen, USA), 4 쨉 l 10 U / ㎕ DNA polymerase I (Invitrogen, USA), 3 쨉 l 10 mM dNTP mix, 1 쨉 l 10 袖 l DNA ligase (Invitrogen, USA) and 1 μl of 2 U / μl of RNase H (Invitrogen, USA) were added to each sample and reacted at 16 ° C for 2 hours. Subsequently, 2 μl of 5 U / μl T4 DNA polymerase was added thereto, followed by reaction at 16 ° C. for 2 hours, and 10 μl of 0.5 M EDTA was added to stop the reaction. 1 μl of 10 mg / ml RNase A was added to the synthesized double-stranded cDNA solution, followed by reaction at 37 ° C for 10 minutes. During the reaction, Maxtract HighDensity tubes (QIAGEN, USA) were centrifuged at 15,800 g for 2 min, 90 페 phenol and 90 클로 chloroform, and mixed thoroughly for 1 min. Each sample was transferred to a Maxtract HighDensity tube and centrifuged at 15,800 g for 5 minutes. The supernatant was transferred to a new 1.5 ml tube and 16.5 μl of 7.5 M ammonium acetate was added and mixed well. 326 占 퐇 of -20 占 폚 storage 100% ethyl alcohol was added and the mixture was centrifuged at 4 占 폚 and 15,800 g for 20 minutes, and the supernatant was removed. Subsequently, 500 μl of 70% ethyl alcohol (10 ml) kept at -20 ° C. was added and centrifuged at 4 ° C. at a rate of 15,800 g for 5 minutes, and the supernatant was removed to obtain cDNA pellet. Residual ethyl alcohol was evaporated using a Speed Vac (eppendoff, USA) for 5 minutes at room temperature, and then 10 μl of RNase-free water was added. 40 μl of Cy3 9-mer random primer (1 OD / 42 μl, Sigma, USA) was added to 10 μl of cDNA (1 μg) in order to fluorescently label the cDNA. After reacting at 98 ° C for 10 minutes, . 10 μl of Klenow Fragment buffer (Takara, Japan), 10 μl of 3.5 U / μl of Klenow and 10 μl of 50 × dNTP mix (10 mM) were added to each sample, followed by reaction at 37 ° C. for 2 hours. The reaction was stopped by adding 10 μl of 0.5 M EDTA, and 11.5 μl of 5 M NaCl was added thereto and mixed well. 110 μl of 100% isopropyl alcohol was added and reacted in a dark room for 10 minutes. Then, the supernatant was removed by centrifugation at room temperature for 15 minutes at a rate of 15,800 g. 500 의 of 70% ethyl alcohol stored at -20 캜 was added, centrifuged at a rate of 15,800 g for 2 minutes at room temperature, and the supernatant was removed to take the DNA pellet. The remaining ethyl alcohol was evaporated using a Speed Vac at room temperature for 5 minutes, and then 13 μl of RNase-free water was added.

마이크로어레이는 MAUI Mixer SL type(BioMicro Systems Inc. USA)으로 덮은 후 42℃로 맞춰놓은 MAUI 혼성화 챔버(BioMicro Systems Inc. USA)로 옮겼다. Cy3로 표지된 cDNA 용액(15㎍)에 20㎕ 2X 혼성화 버퍼(Genisphere Inc., Hatfield, USA), 8㎕의 RNase가 없는 물, 0.5㎕ 100μM의 Cy3 CPK6 올리고(Sigma, USA)를 넣었다. 95℃에서 5분간 반응시킨 후 즉시 42℃ MAUI 혼성화 챔버에 30초간 놓아둔 다음 마이크로어레이에 혼성화시킨 후 16-18시간 반응시켰다. 마이크로어레이에서 MAUI Mixer SL type을 제거한 후, 0.2% SDS, 0.2X SSC 용액에 2분, 0.2X SSC에서 1분, 0.05X SSC에 30초 동안 반응시키고, 마이크로어레이를 Array-Go-Round (NimbleGen, USA)로 1분 동안 원심분리했다. 과량의 형광물질이 제거된 마이크로어레이는 Genepix 4000B를 이용하여 5㎛ 해상도로 스캐닝했고(Axon Instruments, USA), 데이터는 NimbleScan 4.0을 사용하여 추출했다. Cy3 밝기의 정규분포는 qqline에 의해 검증되었다. 이 데이터는 정규화시키고, 3차 스플라인 표준화(cubic spline normalization)를 수행한 후 NimbleScan 4.0 내에 median polish 알고리즘을 이용한 RMA(Rubust multi-chip analysis)와 변위치를 사용하여 마이크로어레이 간의 시그널 변화를 조정했다(Irizarry, 2003 Biostatistics. 4: 249-264).
The microarray was covered with MAUI Mixer SL type (BioMicro Systems Inc. USA) and transferred to a MAUI hybridization chamber (BioMicro Systems Inc. USA) set at 42 ° C. (Genisphere Inc., Hatfield, USA), 8 占 퐇 of RNase-free water, and 0.5 占 퐇 of 100 占 Cy Cy3 CPK6 oligo (Sigma, USA) were added to the Cy3-labeled cDNA solution (15 占 퐂). After reacting at 95 ° C for 5 minutes, it was immediately placed in a 42 ° C MAUI hybridization chamber for 30 seconds, hybridized to the microarray, and reacted for 16-18 hours. After the MAUI Mixer SL type was removed from the microarray, the microarray was reacted with 0.2% SDS, 0.2X SSC solution for 2 minutes, 0.2X SSC for 1 minute, 0.05X SSC for 30 seconds, and the microarray was subjected to Array-Go-Round (NimbleGen , USA) for 1 minute. Microarrays with excess fluorescence removed were scanned at 5 μm resolution using Genepix 4000B (Axon Instruments, USA) and data were extracted using NimbleScan 4.0. The normal distribution of Cy3 brightness was verified by qqline. The data were normalized, cubic spline normalization was performed, and the signal changes between the microarrays were adjusted using Rubid multi-chip analysis (RMA) and median polish algorithm using NimbleScan 4.0 Irizarry, 2003 Biostatistics, 4: 249-264).

3) 3) GUSGUS 조직화학적 분석 Histochemical analysis

형질전환 종자 발아 후, 약 60일 후에 수분 전 꽃의 크기가 0-3cm인 꽃을 GUS 단백질의 조직화학적 분석을 위해 수집하였다. 형질전환되지 않은 종자도 앞서 기술한 크기의 꽃을 수집하여 대조구로 사용하였다.Approximately 60 days after transgenic seed germination, flowers with a diameter of 0-3 cm before hydration were collected for histochemical analysis of GUS protein. The non-transformed seeds were also used as a control by collecting flowers of the sizes described above.

발달 초기단계의 꽃(실험군 및 대조구)은 상온에서 30분 동안 90% 아세톤에 유지시켰다. 염색 버퍼로 세정한 후에 염색 용액(소듐 포스페이트 버퍼 0.1mM, pH 7.0, EDTA 10mM, Triton X-100 0.1%, K3Fe(CN)6 1mM, KFeCN 1mM 및 X-Gluc 2mM)에 침지했다. 더 효과적인 염색을 위해, 조직은 30분 동안 진공 침투시킨 후 37℃에서 밤새 반응시켰다. 염색 용액은 50% 에탄올로 조직이 깨끗해질 때까지 여러 번 세정하였고, 그 후 70% 에탄올을 넣고 4℃에서 오랫동안 보관하였다.
Flowers in the early development stage (experimental group and control) were kept in 90% acetone for 30 minutes at room temperature. After washing with a staining buffer, the cells were immersed in a staining solution (sodium phosphate buffer 0.1 mM, pH 7.0, EDTA 10 mM, Triton X-100 0.1%, K 3 Fe (CN) 6 1 mM, KFeCN 1 mM and X-Gluc 2 mM). For more effective staining, tissues were vacuum infiltrated for 30 minutes and reacted overnight at 37 ° C. The staining solution was washed several times with 50% ethanol until the tissue was clean, then 70% ethanol was added and stored at 4 ° C for a long time.

실시예Example 1.  One. 마이크로어레이Microarray 분석 analysis

우선 꽃 발달단계 중 초기단계에서 발현이 높은 유전자들을 찾기 위해서 수정 전 꽃을 크기별로 샘플링하고, 벼 3' 틸링 300k 마이크로어레이를 이용하여 마이크로어레이 실험을 수행했다(2번 반복 수행). 또한 다른 조직과의 유전자 발현을 비교하기 위해서 잎 그리고 뿌리 조직에 대해서 실험 결과를 분석에 추가했다(도 2). 마이크로어레이 실험을 통해 꽃 발달단계 중 크기 0-3cm인 시료에서 다른 조직에 비해 20,000 이상의 강도(intensity)로 과발현되는 유전자 6개를 선발했다(표 1).First, in order to find genes with high expression in early stage of flower development stage, pre-fertilization flowers were sampled by size and microarray experiment was performed using rice 3'-tilting 300k microarray (repeated twice). To compare gene expression with other tissues, experimental results were also added to the analysis of leaf and root tissue (Fig. 2). In the microarray experiment, 6 genes were overexpressed at an intensity of 20,000 or more compared to other tissues in a sample of 0-3 cm in size during the flower development stage (Table 1).

꽃 크기 0-3cm에서 20,000 이상의 강도(intensity)로 발현하는 유전자 목록List of genes expressing intensity of flower size 0-3 cm to over 20,000 Rap2_noRap2_no P1cmP1cm P8cmP8cm P20cmP20cm P22cmP22cm leaf 뿌리Root Rap2_no_descRap2_no_desc Os03g0672400Os03g0672400 2308823088 53445344 36903690 44984498 13011301 81558155 보존된 추정 단백질Preserved Estimated Protein Os05g0476200Os05g0476200 2462324623 65946594 40644064 51275127 17781778 71037103 DNA 복제 허가 인자 (licensing factor) MCM3 상동체 DNA replication licensing factor MCM3 homologue Os02g0699700Os02g0699700 2261422614 60596059 44604460 73327332 22422242 1206712067 DNA 토포아이소머라아제 타입IIDNA topoisomerase type II Os12g0636100Os12g0636100 3629236292 86518651 63066306 70827082 28612861 36723672 테트라트리코펩티드-유사 나선형 도메인 함유 단백질Tetra-tricopeptide-like helical domain-containing protein Os05g0459400Os05g0459400 2896428964 72327232 48924892 63726372 39183918 93709370 키네신, 분자모터 단백질Kinesin, molecular motor protein Os08g0538700Os08g0538700 2057920579 61716171 47734773 54485448 39283928 72157215 식물 종양억제 연관 단백질Plant tumor suppressor associated protein

꽃 발달단계 중 초기단계 특이적으로 높게 발현하는 유전자 Os08g0538700(식물 종양억제 연관 단백질 코딩)로부터 프라이머를 각각 제작하여 RT-PCR을 수행하였고, 마이크로어레이 실험과 동일한 실험 결과를 얻었다. RT-PCR was performed on each primer from Os08g0538700 (Plant Tumor Suppressor Associated Protein Coding), which is expressed specifically at the early stage of flower development stage, and the same experimental results as the microarray experiment were obtained.

벼에는 3개의 식물 종양억제 연관 단백질 유전자가 존재하는데, 이들 유전자들의 꽃 발달단계 중 초기단계, 잎 및 뿌리에서의 발현량을 살펴본 것을 표 2에 나타내었다. Os03g0207900 Os08g0538700 유전자가 꽃 발달단계 중 초기단계에서 과발현되고, Os11g0533500 유전자는 조직 전체적으로 많이 발현하는 것으로 나타났다. There are three plant inhibitory protein genes in rice, and the expression level of these genes in early stages, leaves and roots during the flower development stage is shown in Table 2. Os03g0207900 And Os08g0538700 gene is overexpressed in the early stages of flower development stage, Os11g0533500 genes have been shown to express a whole lot of organization.

벼 종양억제 연관 단백질 유전자의 조직별 발현 현황Expression of Rice Tumor Suppressor Associated Protein Gene by Tissue Rap2_noRap2_no P1cmP1cm P8cmP8cm P20cmP20cm P22cmP22cm LeafLeaf RootRoot Rap2_no_descRap2_no_desc Os03g0207900Os03g0207900 1277612776 85318531 89098909 82988298 73967396 76717671 유사 식물 종양억제 단백질Like plant tumor suppressor protein Os08g0538700Os08g0538700 2057920579 61716171 47734773 54485448 39283928 72157215 식물 종양억제 단백질Plant tumor suppressor protein Os11g0533500Os11g0533500 1442414424 1000910009 1080010800 1151311513 1104111041 98339833 유사 식물 종양억제 단백질 2b Similar plant tumor suppressor protein 2b

실시예Example 2. 꽃 발달단계 중 초기단계에서 식물 종양억제 단백질 프로모터를 이용한  2. Plant-tumor suppressor protein promoter was used at early stage of flower development GUSGUS 단백질 발현 Protein expression

Os08g0538700 식물 종양억제 단백질 유전자의 ATG 전부터 업스트림으로 2 kb를 PCR을 통해 분리하였고, 이 프로모터에 의한 유전자 발현을 확인하기 위해 GUS유전자를 프로모터에 연결한 벡터를 제작했다. 도 4와 같은 GUS 유전자가 연결된 재조합 식물 발현 벡터를 이용하여 형질전환된 벼에서 GUS 단백질의 발현을 조직 화학적으로 분석한 결과, 대조구 식물체의 초기단계 꽃과 달리 형질전환된 벼 식물체의 초기단계 꽃에서는 GUS 단백질이 발현되는 것을 확인할 수 있었다(도 5). Os08g0538700 2 kb upstream of the ATG of the plant tumor suppressor protein gene was isolated by PCR. To confirm gene expression by this promoter, a vector was constructed by connecting the GUS gene to the promoter. Histochemical analysis of the expression of GUS protein in the transgenic rice plants using the recombinant plant expression vector with the GUS gene as shown in FIG. 4 revealed that in the early stage flower of the transgenic rice plants, unlike the early stage flower of the control plant GUS protein was expressed (Fig. 5).

<110> GREENGENE BIOTECH INC. <120> Promoter of gene specifically expressed in early flower stage in rice and uses thereof <130> PN13250 <160> 1 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 2006 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 cctccacaga taaccccaat caagtccatg agctgtgatc ctgtgaagat gcagctttac 60 ctggaacaac ctagccgcac agaacccagg gatccaccaa ctgaaccctg aatccgtgtt 120 cgtcctgtat attaatttgc ttgtgacctg aacaaacgca gaaacatttt ggtggtagtt 180 tgatacagtc atcagagggt atatttaact aacatatgct ccaaattaca aactaagcta 240 aaagttaatg gttcagaact cttgtgacca tttggattcc atttctgaaa caattactcc 300 tcctacccga catacttgta ctcgtaagga cagcatggtt gaatttcacc cagtggatta 360 ttatcagtag tgagatgtaa tagtacagta ctgatgataa cgtgtgtctg agaatgttct 420 gctgctggtg gtactctatt tggcatcagt gaccgaacta ggactagctt ccattctcct 480 gaagtatcca atggatagag aagagactgg agtactactg gaccaatgaa agcaaaggcg 540 ggcaagtcca gaagagaaga atccgatggc gtgagtcgtg tcgtcgtgta cgcgacgtga 600 cgctgccact gcacgccgta ctggattctc tccttaaggc tgtttctagt tcagcacaaa 660 gtttagattt tggttgaaat taaagatgat gtgactgaaa agttgtgtgt atgataggtt 720 gatgtgatgg aaaagtactg aagtttggat ccaaatttta gatctaaaca cagccttggt 780 tgagtgcacc ggcggcgatc gtcgccggcg gcccgctgcc gtgtccacgt cttgtcgtct 840 ctttcttcct gttccttcta cggcacacga caccttgtta cacgttggtc atatatttat 900 gcaatgaggt acgagtagta ttagaaaaag tccaaacagc catcaaaact tggtttgcct 960 agcactctga gcttaaaatc ggacatccac tcccttaaac tttacaataa acagggttac 1020 tctctccgtc ctaaaatata agcattttta gctatgaatc tagacaagta tatgtccaga 1080 ttcatagcca aaagttgtta tattttgagt ttagggagtt ggatgactat tttaaagttt 1140 agggttgact ttcatataga gtttaggaat gtatgtcaac ttttttcttt tatatttgaa 1200 gcagttagat ttttggacat aagtttaata ttatatttta taatgggagg aaaatcttat 1260 aaaatataat gaaagttacg agtcaattta gataaaattt tcatttaaat ttgtatgaaa 1320 tttctatttt cgtagacaga aaatcttcta tactttgatt atgcatcatt tgttaagtga 1380 aatttattca atataaattg aaaatgtgtt aaaaccgatg tactgtacta cattttaccg 1440 gtgcaaattg ttttttaatc atatcatcat ctttttttac ttggacgcat ctgcactatg 1500 cactgcatcc gtcaaaggcg ccgcacgtgg ctacggatcc cgacaagcca cgccgccctc 1560 ctgcaaagcg ggacccatcc tctgactccc cccgggcccc gccgctttgc cacccaaatc 1620 tcccgccatt tcccacccct ctcccgccaa aaccaaccaa tccccgcccg cccatcgcca 1680 cgtgtcaccc tcatggcccc accgctcagt gacacggcag ttctcgtttt gccgcgcaag 1740 ccacccgcga gagagataaa aaacggcagc gcgcgcgccg cgcggaacta ggattttttt 1800 ttggcgcgca ttccaaccaa acgccgccct cttcgctcca atctccatct ccatctccat 1860 ctccaccgcg caggcgagcg caaccctagc tgcaggcagc gcaggcagga gggctcgttc 1920 gtcgtctcct cccaccgccg ctcgcgggag agactctggt tttttttggg gggagtttgg 1980 ttggttggtg gtgttcttga cggggc 2006 <110> GREENGENE BIOTECH INC. <120> Promoter of gene specifically expressed in early flower stage          rice and uses thereof <130> PN13250 <160> 1 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 2006 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 cctccacaga taaccccaat caagtccatg agctgtgatc ctgtgaagat gcagctttac 60 ctggaacaac ctagccgcac agaacccagg gatccaccaa ctgaaccctg aatccgtgtt 120 cgtcctgtat attaatttgc ttgtgacctg aacaaacgca gaaacatttt ggtggtagtt 180 tgatacagtc atcagagggt atatttaact aacatatgct ccaaattaca aactaagcta 240 aaagttaatg gttcagaact cttgtgacca tttggattcc atttctgaaa caattactcc 300 tcctacccga catacttgta ctcgtaagga cagcatggtt gaatttcacc cagtggatta 360 ttatcagtag tgagatgtaa tagtacagta ctgatgataa cgtgtgtctg agaatgttct 420 gctgctggtg gtactctatt tggcatcagt gaccgaacta ggactagctt ccattctcct 480 gaagtatcca atggatagag aagagactgg agtactactg gaccaatgaa agcaaaggcg 540 ggcaagtcca gaagagaaga atccgatggc gtgagtcgtg tcgtcgtgta cgcgacgtga 600 cgctgccact gcacgccgta ctggattctc tccttaaggc tgtttctagt tcagcacaaa 660 gtttagattt tggttgaaat taaagatgat gtgactgaaa agttgtgtgt atgataggtt 720 gatgtgatgg aaaagtactg aagtttggat ccaaatttta gatctaaaca cagccttggt 780 tgagtgcacc ggcggcgatc gtcgccggcg gcccgctgcc gtgtccacgt cttgtcgtct 840 ctttcttcct gttccttcta cggcacacga caccttgtta cacgttggtc atatatttat 900 gcaatgaggt acgagtagta ttagaaaaag tccaaacagc catcaaaact tggtttgcct 960 agcactctga gcttaaaatc ggacatccac tcccttaaac tttacaataa acagggttac 1020 tctctccgtc ctaaaatata agcattttta gctatgaatc tagacaagta tatgtccaga 1080 ttcatagcca aaagttgtta tattttgagt ttagggagtt ggatgactat tttaaagttt 1140 agggttgact ttcatataga gtttaggaat gtatgtcaac ttttttcttt tatatttgaa 1200 gcagttagat ttttggacat aagtttaata ttatatttta taatgggagg aaaatcttat 1260 aaaatataat gaaagttacg agtcaattta gataaaattt tcatttaaat ttgtatgaaa 1320 tttctatttt cgtagacaga aaatcttcta tactttgatt atgcatcatt tgttaagtga 1380 aattaattca atataaattg aaaatgtgtt aaaaccgatg tactgtacta cattttaccg 1440 gtgcaaattg ttttttaatc atatcatcat ctttttttac ttggacgcat ctgcactatg 1500 cactgcatcc gtcaaaggcg ccgcacgtgg ctacggatcc cgacaagcca cgccgccctc 1560 ctgcaaagcg ggacccatcc tctgactccc cccgggcccc gccgctttgc cacccaaatc 1620 tcccgccatt tcccacccct ctcccgccaa aaccaaccaa tccccgcccg cccatcgcca 1680 cgtgtcaccc tcatggcccc accgctcagt gacacggcag ttctcgtttt gccgcgcaag 1740 ccacccgcga gagagataaa aaacggcagc gcgcgcgccg cgcggaacta ggattttttt 1800 ttggcgcgca ttccaaccaa acgccgccct cttcgctcca atctccatct ccatctccat 1860 ctccaccgcg caggcgagcg caaccctagc tgcaggcagc gcaggcagga gggctcgttc 1920 gtcgtctcct cccaccgccg ctcgcgggag agactctggt tttttttggg gggagtttgg 1980 ttggttggtg gtgttcttga cggggc 2006

Claims (7)

서열번호 1의 염기서열로 이루어진 벼 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적 프로모터.An early stage specific promoter in the rice flower development stage consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 제1항에 따른 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터.A recombinant plant expression vector comprising the promoter according to claim 1. 제2항에 있어서, 상기 프로모터의 하류(downstream) 에 목적 단백질을 암호화하는 외래 유전자를 작동 가능하게 연결시켜 제조된 재조합 식물 발현 벡터.3. The recombinant plant expression vector according to claim 2, wherein the recombinant plant expression vector is produced by operatively linking a foreign gene encoding a target protein downstream of the promoter. 제3항에 따른 재조합 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체.A plant transformed with a recombinant plant expression vector according to claim 3. 제3항에 따른 재조합 식물 발현 벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 외래 유전자를 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적으로 발현시키는 형질전환 식물체의 제조 방법.
Transforming a plant cell with a recombinant plant expression vector according to claim 3; And
And regenerating a transgenic plant from the transgenic plant cell, wherein the transgenic plant is expressed at an early stage of the flower development stage.
제5항의 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 꽃 발달단계 중 초기단계 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체.A transgenic plant wherein the foreign gene produced by the method of claim 5 is expressed specifically at the early stage of the flower development stage. 제6항의 형질전환 식물체의 종자.A seed of the transgenic plant of claim 6.
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