KR101554209B1 - Microspore or pollen specific expression promoter from Oryza sativa Os05g0543000 gene and uses thereof - Google Patents

Microspore or pollen specific expression promoter from Oryza sativa Os05g0543000 gene and uses thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 벼(Oryza sativa) Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 유전자 발현 프로모터, 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터, 상기 벡터를 식물체에 형질전환시키는 단계를 포함하는 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체 및 이의 종자에 관한 것으로, 본 발명의 프로모터가 소포자 및 성숙화분 발달단계에서 발현특이성이 매우 우수하므로, 웅성 불임 식물을 생명공학적으로 육성하는데 매우 유용하게 이용될 수 있다.The present invention is rice (Oryza sativa ) Os05g0543000 gene-derived microparticle or pollen-specific gene expression promoter, a recombinant plant expression vector containing the promoter, and a transformant plant in which a foreign gene including a step of transforming the vector into a plant is expressed in a microparticle or pollen- , A transgenic plant in which the foreign gene produced by the above method is specifically expressed in a microspore or pollen, and a seed thereof, and the promoter of the present invention has excellent expression specificity in the stage of development of the microspore and mature pollen, It can be very useful for biotechnologically cultivating male sterile plants.

Description

벼 Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터 및 이의 용도{Microspore or pollen specific expression promoter from Oryza sativa Os05g0543000 gene and uses thereof}[0002] The present invention relates to a microspore or pollen-specific expression promoter from Oryza sativa Os05g0543000 gene and uses thereof,

본 발명은 벼 Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벼(Oryza sativa) Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터, 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터, 상기 벡터를 식물체에 형질전환시키는 단계를 포함하는 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체 및 이의 종자에 관한 것이다.The present invention relates to a rice bran- specific microbial or pollen-specific expression promoter derived from the rice OsO5g0543000 gene and its use, and more particularly to rice bran sativa ) Os05g0543000 gene-specific microparticle or pollen-specific expression promoter, a recombinant plant expression vector containing the promoter, and a step of transforming the vector into a plant, wherein the foreign gene is expressed in a microspore or pollen-specific expression The present invention also relates to a method for producing the transgenic plant, a method for producing the transgenic plant, and a method for producing the transgenic plant.

속씨식물(angiosperm)의 포자형성 세포로부터 유래하는 성숙화분(mature pollen)의 발달과정은 반수체인 배우체 세포와 포자체 조직에서 매우 복잡하고 정교한 유전자 발현 프로그램을 필요로 한다. 특히 식물체의 화분으로 대표하는 웅성 배우체의 발달과정에는 정교한 발현의 조절을 요구하는 수많은 유전자(약 20,000개 이상)들이 관여한다고 알려져 있다. 소포자(microspore) 및 화분에서 발현하는 유전자를 탐색하기 위하여 전통적으로 웅성 배우체 혹은 화분의 정상적인 생산을 할 수 없는 돌연변이체를 이용한 유전학적인 방법을 많이 사용하였으나, 현재는 마이크로어레이(microarray) 및 차세대 시퀀싱(NGS, next generation sequencing) 방법을 많이 이용하여 짧은 시간동안 대규모 분량의 데이타를 생산하고 있다.The development of mature pollen from angiosperm spore forming cells requires highly complex and elaborate gene expression programs in haploid gametophytes and sporozoic tissues. In particular, it is known that the developmental process of male gametes, represented by plant pollen, involves a large number of genes (about 20,000 or more) that require elaborate expression control. In order to search genes expressing in microspore and pollen, genetic methods using mutants that can not normally produce male gametophytes or pollen were traditionally used, but now microarrays and next generation sequencing NGS, next generation sequencing) to produce a large amount of data in a short time.

소포자로부터 성숙화분으로의 발달과정은 웅성 배우자를 만드는 식물의 생식세대에 속하며, 비교적 짧은 주기이나 종자식물의 존재 여부에 근간이 되는 중요한 생물학적 과정이며, 이러한 발생과정에 관여하는 유전자들은 농업적 활용도(생명공학적 방법을 이용한 작물육종분야)가 매우 크다. 특히 소포자 및 화분조직에서만 특이적으로 발현하는 프로모터는 화분발달을 저해할 수 있는 외래유전자에 결합한 형질전환용 벡터를 제작함으로써 특정 유전자를 식물체의 화분조직에 국한시켜 발현시키는 형질전환체를 육성하는데 이용될 수 있다. 이와 같은 방식으로 육성된 웅성 불임 개체는 벼를 비롯한 주요작물의 1대 잡종 종자를 생산하기 위한 불임친으로 직접적으로 사용될 수 있으므로, 농업적 활용도가 매우 크다.The development process from the microspores to the mature pollen belongs to the germplasm of a plant that produces male spouses. It is an important biological process based on the existence of a relatively short cycle or seed plant, and the genes involved in this development are agricultural utilization The field of crop breeding using biotechnological methods is very large. In particular, a promoter that is expressed specifically in the microspores and pollen tissues can be used for cultivating a transformant that expresses a specific gene locally to the pollen tissue of a plant by producing a transgenic vector that binds to a foreign gene capable of inhibiting pollen development . Male sterile plants grown in this manner can be used directly as fertility seeds to produce one hybrid seed of major crops, including rice, and thus agricultural utilization is very high.

작물의 잡종강세(heterosis) 현상은 타가수분 작물 혹은 자가수분 작물에서 유전적 배경이 상이한 계통 혹은 품종간의 교배를 통하여 획득된 F1 세대 잡종식물이 교배에 사용된 양친보다 왕성한 생육, 높은 수량성, 병충해 및 환경 스트레스에 강한 특성을 보이는 현상으로, 작물육종의 한 방법으로 널리 사용되고 있다. 또한 잡종 2세대가 되면 잡종강세 현상이 현저히 약해지므로, 현재 종자회사에서 시판하고 있는 종자들은 대부분 F1 세대 잡종 종자이다.The heterozygosity of the crops can be explained by the fact that the F1 generation hybrid plants obtained through crossing between lines or cultivars of different genetic backgrounds in the cross-pollination or self-pollination plants are more vigorous than the parents used for crossing, And environmental stress, and it is widely used as a method of crop breeding. In addition, since hybridity is significantly weakened at the second generation of hybrids, most of the seeds currently marketed by seed companies are hybrid seeds of the F1 generation.

식물의 종자를 생산하는 생식구조는 매우 다양하고 복잡하기 때문에 잡종 종자를 생산하는 것이 용이하지 않다. 대표적인 자가수정 작물인 벼의 경우, 1대 잡종 육종기술은 수량성을 크게 증가시킬 수 있는 잠재력은 있으나 종자생산의 어려움 등 아직 육종학적으로 해결되어야 할 문제가 많이 있다. 특히 Indica x Japonica 1세대 잡종의 경우 영양생장기의 잡종강세 효과는 매우 크지만, 출수지연과 불임 등의 문제가 있어 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 또한 현재 중국에서는 불임친, 유지친 및 회복친의 3계통법을 환경감응형 웅성 불임 계통을 이용하여 2계통법으로 전환하고 있으나, 여러 가지 문제로 인하여 오히려 3계통법으로 돌아가고 있는 실정이다. Since the reproductive structure producing plant seeds is so diverse and complex, it is not easy to produce hybrid seeds. In the case of rice, which is a typical self-fertilization crop, the one hybrid breeding technique has the potential to greatly increase the yield, but there are many breeding problems that have yet to be solved, such as the difficulty of seed production. In particular, Indica x Japonica first generation hybrids have a great effect of hybrids on nutritional growth, but they have not been put to practical use due to problems such as delayed heading and infertility. Currently, in China, the three systems of infertility, maintenance, and recovery are converted to two systems using environmentally sensitive male sterility systems, but due to various problems, they are going back to three systems.

한편, 한국등록특허 제1185845호에는 '벼의 화분에서 발현하는 pLim3 프로모터, 이 프로모터를 포함하는 발현벡터, 이 발현벡터로 형질전환된 형질전환체 및 이 형질전환체의 제조방법'이 개시되어 있고, 한국등록특허 제0527285호에는 '벼 수술 특이적 발현 시스테인 프로테아제 유전자, 상기 유전자의 수술 특이적 발현 프로모터, 상기 유전자의 발현억제를 이용한 웅성 불임 도입 벼의 생산방법'이 개시되어 있으나 본 발명의 벼 Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터 및 이의 용도에 대해서는 기재된 바가 없다.Korean Patent No. 1185845 discloses a pLim3 promoter expressed in a pollen of rice, an expression vector containing the promoter, a transformant transformed with the expression vector, and a method for producing the transformant Korean Patent No. 0527285 discloses a method of producing male sterile-induced rice by using a rice-specific expression cysteine protease gene, a syringe-specific expression promoter of the gene, and suppression of expression of the gene, Os05g0543000 gene-based vesicle or pollen-specific expression promoters and their uses have not been described.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 벼 Os05g0543000 유전자 유래의 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 벼 및 애기장대에 형질전환시킨 결과, 형질전환 식물체에서 외래 유전자가 소포자 또는 화분에 특이적으로 발현되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide a recombinant plant expression vector containing a microorganism or pollen-specific expression promoter derived from rice Os05g0543000 gene into rice and Arabidopsis thaliana, The present inventors have completed the present invention by confirming that they are specifically expressed in microspheres or pollen.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 벼(Oryza sativa) Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터를 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a rice plant comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 ( Oryza sativa ) Os05g0543000 gene-specific vesicle or pollen-specific expression promoter.

또한, 본 발명은 상기 프로모터를 포함하는 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터를 제공한다.The present invention also provides a microspore or pollen-specific plant expression vector comprising the promoter.

또한, 본 발명은 상기 벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.The present invention also provides a plant transformed with said vector.

또한, 본 발병은 상기 벡터에 외래 유전자를 재조합하는 단계; 및 상기 재조합된 식물 발현 벡터를 식물체에 형질전환시키는 단계를 포함하는 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.Also, the present invention relates to a method for producing a recombinant vector, comprising: recombining a foreign gene into the vector; And a step of transforming the recombinant plant expression vector into a plant, wherein the foreign gene is expressed in a microspore or pollen-specific expression.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체를 제공한다.The present invention also provides a transgenic plant wherein the foreign gene produced by the above method is expressed in a microspore or pollen-specific manner.

또한, 본 발명은 상기 형질전환 식물체의 종자를 제공한다.The present invention also provides a seed of the transgenic plant.

본 발명은 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 벼의 꽃가루 발달과정 동안 소포자 발달단계 및 성숙화분에서 제한적으로 발현을 유도할 수 있는 벼 유래 프로모터에 관한 것이다. 특히 본 발명의 벼 유래 프로모터는 화분 특이적으로 발현하는 벼 유전자로부터 유래한 프로모터이며, 2세포성 소포자에서 성숙화분으로 발달하는 벼 및 애기장대의 소포자 또는 화분에서만 특이적 발현을 유도하는 특성을 보인다. 따라서 본 프로모터는 단자엽 식물뿐만 아니라, 쌍자엽 식물에서도 이용 가능함을 보여주며, 또한 애기장대와 같은 십자화과 식물인 배추, 유채와 담배들에서도 활용가능성이 있다는 사실을 보여주고 있다. 본 발명의 프로모터는 소포자 및 성숙화분 발달단계에서만 특이적으로 유전자 발현을 유도할 수 있고, 꽃가루 조직 및 발달단계에서 발현 특이성이 매우 우수하므로, 웅성 불임 식물을 생명공학적으로 육성하는데 매우 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a rice-derived promoter capable of inducing limited expression in the stage of development of a microspore and in mature pollen during the development of rice pollen comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. In particular, the rice-derived promoter of the present invention is a promoter derived from a rice gene expressing a pollen-specific expression and induces a specific expression only in a micropore or flowerpot of rice and Arabidopsis developing in a mature pollen from a 2 cell sporangium . Therefore, this promoter shows that it can be used not only in monocotyledonous plants but also in dicotyledonous plants, and also in the case of cruciferous plants such as Arabidopsis, Chinese cabbage, rapeseed and tobacco. The promoter of the present invention can induce gene expression specifically in the development stage of the microspore and mature pollen, and has excellent expression specificity in the stage of pollen formation and development, so that it is very useful for biotechnologically cultivating male sterile plants .

도 1은 본 발명의 소포자 또는 화분 특이적 프로모터가 유래된 벼 Os05g0543000 유전자의 전체 염기서열(도 1a) 및 상기 유전자로부터 유래된 소포자 또는 화분 특이적 프로모터에 GUS::GFP 유전자를 융합시킨 재조합 벡터의 구조(도 1b)를 나타낸 도면이다. (A)의 초록색 블럭 표시가 본 발명의 벼 유래 소포자 또는 화분 특이적 프로모터 부위이다.
도 2는 벼 유래 소포자 또는 화분 특이적 프로모터에 GUS::GFP 유전자를 융합시킨 재조합 벡터를 이용하여 벼 형질전환체를 육성하고, T0 및 T1 세대의 벼 형질전환 식물체들의 약 내의 소포자 및 화분 발달단계별 GUS 유전자의 발현양상을 형광 및 광학 현미경에서 관찰한 결과이다. anther; 약, UC(Uninucleate micrpore); 1핵기 소포자, BC(Bicelluar microspore); 2핵기 소포자, TC(Tricellular microspore); 3핵기 소포자, MP(Mature pollen); 성숙화분.
도 3은 벼 유래 소포자 또는 화분 특이적 프로모터에 GUS::GFP 유전자를 융합시킨 재조합 벡터 pSK815를 이용하여 형질전환시킨 벼 형질전환체에서, 본 발명에 사용된 프로모터가 유래된 Os05g0543000 유전자의 발현양상을 벼 조직별(약, 엽, 줄기 및 뿌리조직)로 분석한 RT-PCR 결과(A) 및 T1 세대의 벼 형질전환 식물체의 잎, 줄기 및 뿌리 조직에서 GUS 유전자의 발현 양상을 분석한 결과(B)이다. MP; 소포자 및 성숙화분을 함유하는 약 조직, L1, L2 및 L3; 발아 후 2주, 3주 및 4주 생장한 잎 조직, S1, S2 및 S3; 발아 후 2주, 3주 및 4주 생장한 줄기 조직, R1, R2 및 R3; 발아 후 2주, 3주 및 4주 생장한 뿌리 조직.
도 4는 벼 Os05g0543000 유전자의 마이크로 어레이 분석 결과이다. Heatmap에서 노란색은 발현이 높은 것을 의미하고 파란색은 발현이 낮은 것을 의미한다.
도 5는 벼 유래 소포자 또는 화분 특이적 프로모터에 GUS::GFP 유전자를 융합시킨 재조합 벡터 pSK815를 이용하여 형질전환시킨 T1 세대 애기장대 형질전환체들의 꽃봉우리, 소포자 및 화분 조직에서의 GUS 유전자 발현 양상을 분석한 결과이다. (A)는 T1 세대의 화기조직에서의 GUS 유전자 발현 양상을 나타내는 결과이며, (B)는 형질전환 식물체들의 소포자 및 화분 발달단계별 GUS 유전자 발현양상을 형광 및 광학 현미경에서 관찰한 결과이고(UN, BC, TC 및 MP는 도 2에 기재된 내용과 동일함), (C)는 T2 세대의 애기장대 형질전환 식물체의 개화된 꽃(Fl), 개화 이전의 꽃봉오리(Bd), 잎(L), 줄기(S), 뿌리(R) 및 유묘(Sd) 조직에서의 GUS 유전자 발현 양상을 RT-PCR로 분석한 결과이다.
Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a graph showing the relationship between the total nucleotide sequence of rice OsO5g0543000 gene (Fig. 1A) derived from the microspore or pollen-specific promoter of the present invention and the recombinant vector obtained by fusing the GUS :: GFP gene to a microspore or pollen-specific promoter derived from the gene (Fig. 1B). (A) is the rice-derived microparticle or pollen-specific promoter region of the present invention.
FIG. 2 shows the results of cultivating a rice plant transformant using a recombinant vector obtained by fusing a GUS :: GFP gene to a rice-derived microspore or pollen-specific promoter, and comparing the number of microspots and pollen development stages of the rice transgenic plants in the T0 and T1 generations GUS gene expression was observed by fluorescence and optical microscopy. anther; About, UC (Uninucleate micrpore); 1 Bicellular microspore; BC; 2 nucleus microspheres, TC (Tricellular microspore); 3 nucleus micropore, MP (Mature pollen); Maturing pots.
FIG. 3 shows the expression pattern of the OsO5g0543000 gene derived from the promoter used in the present invention in a rice plant transformant transformed with a recombinant vector pSK815 in which a GUS :: GFP gene was fused to a rice-derived microspore or pollen-specific promoter The results of RT-PCR analysis (A) and RT-PCR analysis of GUS gene in leaves, stems and root tissues of transgenic rice plants of T1 generation (rice, leaves, stem and root tissues) )to be. MP; Drug tissues containing microparticles and mature pollen, L1, L2 and L3; Leaf tissues grown at 2 weeks, 3 weeks and 4 weeks after germination, S1, S2 and S3; R1, R2 and R3; stem tissues grown at 2 weeks, 3 weeks and 4 weeks after germination; Root tissue that grew 2, 3 and 4 weeks after germination.
4 is a microarray analysis result of the rice Os05g0543000 gene. In heatmap, yellow means high expression and blue means low expression.
FIG. 5 shows the GUS gene expression pattern in the flower peaks, microspheres and pollen tissues of the T1 generation Arabidopsis transformants transformed with the recombinant vector pSK815 in which the GUS :: GFP gene was fused to the rice-derived microspore or pollen-specific promoter . (A) shows the expression pattern of GUS gene in T1 genera, (B) shows fluorescence and optical microscope (GUS) gene expression pattern of transgenic plants in stages of pollen development and pollen development (UN, BC, TC and MP are the same as those described in Fig. 2), (C) is a flowering flour (Fl) of the T2 generation Arabidopsis transgenic plants, a flower bud (Bd) The expression of GUS gene in stem (S), root (R) and seedling (Sd) tissues was analyzed by RT-PCR.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 벼(Oryza sativa) Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a rice comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 ( Oryza sativa ) Os05g0543000 gene-specific vesicle or pollen-specific expression promoter.

기존에 널리 사용되고 있는 꽃양배추 모자이크 바이러스 유래의 CaMV35S 프로모터가 도입된 유전자를 전 조직에서 발현시키는데 비해, 상기 본 발명의 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터는 형질전환 식물체에서 도입된 유전자를 소포자 또는 화분 특이적으로 발현시킬 수 있다.The gene introduced with the CaMV35S promoter derived from the commonly used cauliflower mosaic virus is expressed in whole tissues, whereas the microparticle or pollen-specific expression promoter of the present invention expresses the gene introduced from the transgenic plant into the microparticle or pollen-specific . ≪ / RTI >

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. 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.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 . "% 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 발병의 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터를 포함하는 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터를 제공한다.The present invention also provides a vesicle or pollen-specific plant expression vector comprising the sporadic or pollen-specific expression promoter of the onset.

본 발명의 소포자 또는 화분 특이적 발현 벡터는 외래 유전자를 도입한 식물체 내에서 일시적으로 발현시킬 수 있는 일시적(transient) 발현 벡터 및 외래 유전자를 도입된 식물체에서 영구적으로 발현시킬 수 있는 식물 발현 벡터로 사용할 수 있다.The microparticle or pollen-specific expression vector of the present invention can be used as a transient expression vector capable of transient expression in a plant into which a foreign gene has been introduced and a plant expression vector capable of permanently expressing the foreign gene in the introduced plant .

본 발명에 이용될 수 있는 바이너리 벡터는 아그로박테리움 투머파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)의 Ti 플라스미드와 함께 존재시 식물체를 형질전환시킬 수 있는 T-DNA의 RB(right border)와 LB(left border)를 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.Binary vectors that can be used in the present invention include the RB (right border) and LB (left border) of T-DNA, which can transform a plant when present together with the Ti plasmid of Agrobacterium tumefaciens (Cat #: 6018-1, Clontech, USA), pBIN19 (Genbank Accession No. U09365), pBI121, pCAMBIA vector, etc., which are frequently used in the art, may be used good.

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 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. 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 포스피노트리신과 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 antibiotic resistance genes such as herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinotricin, kanamycin, G418, Bleomycin, hygromycin, chloramphenicol, It is not.

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 튜머파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)의 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 Agrobacterium tumefaciens , but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 본 발명의 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터로 형질전환된 대장균(E. coli) 또는 아그로박테리움 튜머파시엔스(A. tumefaciens)를 제공한다.The present invention also provides E. coli or A. tumefaciens transformed with the microparticle or pollen-specific plant expression vector of the present invention.

또한, 본 발명은 본 발명의 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.The present invention also provides a plant transformed with the microparticle or pollen-specific plant expression vector of the present invention.

본 발명의 일 구현 예에 따른 형질전환 식물체에서, 상기 식물체는 애기장대, 감자, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 상추, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 샐러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이, 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 완두 등의 쌍자엽 식물 또는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수수, 귀리, 양파 등의 단자엽 식물일 수 있다.In a transgenic plant according to an embodiment of the present invention, the plant may be selected from the group consisting of Arabidopsis thaliana, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, ciliaceae, lettuce, bellflower, spinach, modern sweet potato, celery, carrot, Such as rice, barley, wheat, rye, corn, sugarcane, oats, onion, etc., such as Chinese cabbage, cabbage, gangbu, watermelon, melon, cucumber, amber, pak, strawberry, soybean, mung bean, Lt; / RTI >

바람직하게는 쌍자엽 식물로는 무, 배추, 유채, 가는장대, 애기장대, 개갓냉이, 겨자, 고추냉이, 갓, 들갓, 장대나무, 꽃다지, 꽃무, 논냉이, 루타바가, 갈래꽃, 콜리플라워, 브로콜리, 양배추, 컬리플라워, 케일 등의 십자화과(Brassicaceae) 식물일 수 있고, 단자엽 식물로는 억새, 갈대, 강아지풀, 기장, 귀리, 수수, 댈러스 그래스, 대나무, 돌피, 호밀, 레몬그라스, 밀, 벼, 보리, 사탕수수, 율무, 잔디, 조, 귀리 등의 화본과(Gramineae) 식물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 애기장대 또는 벼 일수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Preferably, the dicotyledonous plants may be selected from the group consisting of radish, Chinese cabbage, rapeseed, poles, Arabidopsis thaliana, mustard, horseradish, mustard, broadleaf, pole tree, flower bud, And may be Brassicaceae plants such as broccoli, cabbage, cauliflower, kale, and the like. Monocotyledonous plants include butyral, reed, , Barley, sorghum, sorghum, turfgrass, oats, and the like, and more preferably Arabidopsis thaliana or rice, but is not limited thereto.

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 현미주사법(Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185), 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자충격법(Klein T.M. et al., 1987, Nature 327, 70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 튜머파시엔스 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. 특히 바람직한 것은 EP A 120 516호 및 미국 특허 제4,940,838호에 기재된 바와 같은 소위 이원 벡터 기술을 이용하는 것이다.Transformation of a plant means any method of transferring DNA to a 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), infiltration of plants, or Agrobacterium tumefaciens by transformation of mature pollen or microparticles of various plant elements (DNA or RNA-coated) 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. 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.

식물의 형질전환에 이용되는 "식물 세포"는 어떤 식물 세포도 된다. 식물 세포는 배양 세포, 배양 조직, 배양 기관 또는 전체 식물, 바람직하게는 배양 세포, 배양 조직 또는 배양 기관 및 더욱 바람직하게는 배양 세포의 어떤 형태도 된다."Plant cell" used for transformation of a plant may be any plant cell. The plant cell may be any of a cultured cell, a cultured tissue, a culture or whole plant, preferably a cultured cell, a cultured tissue or culture medium, and more preferably a cultured cell.

"식물 조직"은 분화된 또는 미분화된 식물의 조직, 예를 들면 이에 한정되진 않으나, 열매, 줄기, 잎, 꽃가루, 종자, 암 조직 및 배양에 이용되는 다양한 형태의 세포들, 즉 단일 세포, 원형질체(protoplast), 싹 및 캘러스 조직을 포함한다. 식물 조직은 인 플란타(in planta)이거나 기관 배양, 조직 배양 또는 세포 배양 상태일 수 있다."Plant tissue" refers to cells of differentiated or undifferentiated plants, such as, but not limited to, various types of cells used in fruit, stem, leaf, pollen, seed, protoplasts, shoots and callus tissue. The plant tissue may be in planta or may be in an organ culture, tissue culture or cell culture.

또한, 본 발명은 본 발명의 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터에 외래 유전자를 재조합하는 단계; 및The present invention also relates to a method for producing a plant-specific plant expression vector, comprising: recombining a foreign gene into the microspore or pollen-specific plant expression vector of the present invention; And

상기 재조합 식물 발현 벡터를 식물체에 형질전환시키는 단계를 포함하는 외래 유전자가 소포자 또는 화분에 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.And a step of transforming the recombinant plant expression vector into a plant, wherein the foreign gene is specifically expressed in a microparticle or a flowerpot.

상기 외래 유전자는 식물체 소포자 또는 화분에서 발현을 원하는 어떤 유전자도 될 수 있으며, 본 발명의 소포자 또는 화분 특이적 발현 벡터에서 상기 프로모터의 뒤에 위치하며 필요에 따라 리포터 유전자와 융합되어 발현될 수도 있다. 상기 재조합된 소포자 및 화분 특이적 발현 벡터를 식물체에 형질전환시키는 방법은 전술한 바와 같이 실시할 수 있다. 본 발명의 일 구현 예에 따른 상기 식물체는 전술한 바와 같다.The foreign gene may be any gene that desires expression in plant microspheres or pollen, and may be located behind the promoter in the microparticle or pollen-specific expression vector of the present invention, and may be expressed by fusion with a reporter gene, if necessary. Methods for transforming the recombinant microspheres and pollen-specific expression vectors into plants can be carried out as described above. The plant according to one embodiment of the present invention is as described above.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다. 상기 형질전환 식물체는 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터에 의해 외래 유전자를 소포자 및 화분 특이적으로 발현시킬 수 있다.
The present invention also provides a transgenic plant and a seed thereof, wherein the foreign gene produced by the method of the present invention is expressed in a microspore or pollen-specific manner. The transgenic plants are capable of expressing the foreign gene in a microspore or pollen-specific manner by a microspore or pollen-specific expression promoter.

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 with reference to examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1. 벼 유래 화분특이적 발현 유전자의 프로모터 확보 및 염기서열 분석 1. Promoter of pollen-specific expression gene from rice and sequencing

벼의 발달하는 화분에서만 특이적으로 발현하는 유전자를 탐색하기 위하여, 벼의 약(anther) 및 소포자(microspore) 발달단계별 마이크로 어레이 데이터 분석을 통하여 벼 Os05g0543000 유전자를 선발하였다. NCBI 데이터베이스(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)로부터 상기 유전자의 프로모터와 5'-UTR를 포함한 약 2Kbp의 염기서열을 확보하였으며, 프로모터 단편 1,784bp를 증폭하기 위하여 프라이머 Os05g0543000P-F(5'-CAAGGACTGTAAAATTGCTCTTTCATTTTAGTTCAAAC-3'; 서열번호 2)와 Os05g0543000P-R(5'-TTGGCTTCTCCGACAAGCTGAGTACGGTT-3'; 서열번호 3)을 제작하였고(도 1a의 청색 표시), 상기의 프라이머에 각각 AttB1 및 AttB2와 상보적인 염기서열(5'-AAAAAGCAGGCT-3'; 서열번호 4, 5'-AGAAAGCTGGGT-3'; 서열번호 5)의 어뎁터를 부착하였다. 벼 품종 동진의 발아 3주 경과한 유묘기의 잎 조직으로부터 CTAB 방법(Ronald PC and Chen DH, 1999, Plant Mol. Biol. Reporter 17:53-57)을 이용하여 게놈 DNA를 추출하였다. 프로모터 단편의 증폭을 위한 PCR 반응은 2단계로 진행하였으며, 1차 반응은 94℃ 5분간 반응 후, 94℃ 30초, 58℃ 30초 및 72℃ 2분의 반응을 10회 수행하고, 마지막으로 72℃ 5분간 반응하였다. 2차 반응은 1차 반응 산물의 10㎕를 이용하였으며, 어닐링(annealing) 온도를 55℃로 조정하였으며, 20회 반응을 수행하였다. 그 외에는 1차 반응조건과 동일하였으며, 전체 양을 50㎕로 조정하였다. PCR 반응 산물은 전기영동 후 1%의 아가로스 겔로부터 추출하여 벡터 제작에 사용하였다.
In order to search for genes specifically expressed in the developing pollen of rice, the rice Os05g0543000 gene was selected through microarray data analysis of rice anther and microspore development stages. From the NCBI database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), a nucleotide sequence of about 2 Kbp including the promoter of the gene and the 5'-UTR was obtained. To amplify the promoter fragment 1,784 bp, primers Os05g0543000P- (Blue color in FIG. 1A) were prepared and the primers of AttB1 and AttB2 (SEQ ID NO: 2) were added to the above primers, respectively, and OsO5g0543000P-R (5'-TTGGCTTCTCCGACAAGCTGAGTACGGTT- (5'-AAAAAGCAGGCT-3 '; SEQ ID NO: 4, 5'-AGAAAGCTGGGT-3'; SEQ ID NO: 5) Genomic DNA was extracted from leaf tissues of the seedlings after 3 weeks of germination by using the CTAB method (Ronald PC and Chen DH, 1999, Plant Mol. Biol. Rep. 17: 53-57). The PCR reaction for the amplification of the promoter fragment proceeded in two steps. The first reaction was a reaction at 94 ° C for 5 minutes, followed by 10 cycles of reaction at 94 ° C for 30 seconds, 58 ° C for 30 seconds and 72 ° C for 2 minutes, Followed by reaction at 72 ° C for 5 minutes. The secondary reaction was carried out by using 10 μl of the first reaction product, adjusting the annealing temperature to 55 ° C., and performing the reaction 20 times. The other conditions were the same as the first reaction conditions, and the total amount was adjusted to 50 μl. The PCR reaction products were extracted from 1% agarose gel after electrophoresis and used for vector preparation.

실시예Example 2. 벼 유래 화분특이적 발현 유전자의 프로모터를 이용한 식물 발현 벡터 제조 2. Plant expression vector production using the promoter of the pollen-specific expression gene derived from rice

벼 화분 특이적 발현을 검정하기 위하여 상기 1,784bp의 프로모터 단편을 이용하여 게이트웨이 클로닝 방법(Invitrogen, 미국)을 통하여 다음과 같은 방법으로 1,784bp 프로모터::GUS-GFP 표식유전자 융합벡터를 제작하였다. 상기 증폭된 프로모터 부위는 1차적으로 pGEM-T Easy 벡터(Promega, 미국)에 클로닝 한 후, BR clonase 반응을 위한 2개의 재조합 부위(AttB1와 AttB2)를 함유하는 게이트웨이 pDONR201 엔트리 클로닝 벡터(Invitrogen)로 2차 클로닝하였다. 1,784bp 프로모터 부위를 가지는 pDONR201 플라스미드 DNA를 추출한 후, 프로모터 지역 및 pDONR201 벡터 지역의 염기서열에 상보적인 프라이머를 이용하여 염기서열을 분석하였으며, BIOEDIT 프로그램을 이용하여 검정한 결과, 염기서열상의 이상이 없음을 확인하였다(도 1A). 이후 LR 재조합 반응을 통하여, 1,784bp의 프로모터 부위는 destination 벡터인 pKGWFS7로 최종적으로 클로닝 하였으며, pSK815로 명명하였다(도 1B). pKGWFS7는 프로모터 부위가 결실된 GFP-GUS 융합 표식유전자를 함유하고 있으며, 또한 LR반응을 위한 재조합 부위인 AttB1와 AttB2를 가지고 있다. 최종적으로 완성된 식물발현용 벡터 pSK815는 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens) 균주인 LBA4404로 동결 해동(Freeze-thaw) 방법(An G, 1987, Methods in Enzymology, 153:292-293)을 이용하여 형질전환되었으며, 조직배양 방법을 이용한 벼의 형질전환에 사용되었다.
GUS-GFP-tagged gene fusion vector was constructed through the gateway cloning method (Invitrogen, USA) using the 1,784 bp promoter fragment described above in order to test specific expression of rice flower pollen in the following manner. The amplified promoter region was firstly cloned into pGEM-T Easy vector (Promega, USA) and inserted into a gateway pDONR201 entry cloning vector (Invitrogen) containing two recombination sites (AttB1 and AttB2) for BR clonase reaction Secondary cloning. After extracting the pDONR201 plasmid DNA having the 1,784 bp promoter region, the base sequence was analyzed using a primer complementary to the promoter region and the pDONR201 vector region. Using the BIOEDIT program, no nucleotide sequence abnormality was found (Fig. 1A). Through the LR recombination reaction, the 1,784 bp promoter region was finally cloned into the destination vector pKGWFS7 and named pSK815 (Fig. 1B). pKGWFS7 contains the GFP-GUS fused marker gene lacking the promoter region and also has the recombination sites AttB1 and AttB2 for the LR reaction. The final plant expression vector pSK815 was Agrobacterium tumefaciens), the freeze-thaw method (Freeze-thaw) in the strain LBA4404 (An G, 1987, Methods in Enzymology, 153: 292-293 was transformed by using a), was used for transformation of rice plants using tissue culture methods.

실시예Example 3. 제조된 식물 발현 벡터  3. The plant expression vector pSK815pSK815 를 이용한 벼와 애기장대 식물체의 형질전환Transformation of rice plants and Arabidopsis plants using

상기와 같이 제조된 식물발현 벡터 pSK815를 함유하는 아그로박테리움 균주를 3일 동안 28℃에서 진탕 배양한 후, 벼 형질전환에 사용하였다. 2006년 보고된 Toki 등의 벼 형질전환 방법(Toki et al, 2006, Plant J. 47:969-976)을 사용하였으며, 32℃에서 5일 동안 연속 광조건에서 기내배양된 일본형 벼 품종 동진 종자를 취하여 형질전환 하였다. 애기장대를 형질전환하기 위하여 개화기의 생태형 콜롬비아 타입을 이용하여 꽃대 침지법(Clough SJ and Bent AF, 1998, Plant J. 16:735-743)에 의해 수행하였다.
Agrobacterium strain containing the plant expression vector pSK815 prepared as described above was shake cultured at 28 ° C for 3 days and then used for transformation of rice. (Toki et al, 2006, Plant J. 47: 969-976) reported by Toki et al. In 2006 were used. The seeds of the Japanese rice seedlings, Dongjin seed, cultured in continuous light for 5 days at 32 ° C Lt; / RTI > (Clough SJ and Bent AF, 1998, Plant J. 16: 735-743) using an ecological Colombian type of flowering period to transform Arabidopsis thaliana.

실시예Example 4. 형질전환된 벼 식물체의  4. Transgenic rice plants GUSGUS 유전자 발현 분석  Gene expression analysis

식물발현 벡터 pSK815를 이용하여 20개체 이상의 T0 세대 벼 형질전환체들을 획득하였으며, 삽입한 T-DNA 일부를 증폭하는 프라이머를 이용한 PCR 증폭실험결과, 모든 형질전환체들의 게놈 상에 1 카피 이상의 T-DNA가 삽입되었음을 확인하였다. 각 T0세대 형질전환 식물체의 조직을 염색하기 위하여, 식물체의 각 조직을 1mM X-glu(5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-glucuronide), 100mM 소듐 포스페이트(pH 7.0), 10mM EDTA, 0.5mM 포타슘 페리시아나이드(potassium ferricyanide), 0.5mM 포타슘 페로시아나이드(potassium ferrocyanide) 및 0.1% Triton X-100을 함유하는 용액에서 37℃에서 12시간 동안 반응시킨 다음, 100% 에탄올을 사용하여 클로로필을 제거하였다. GUS 표식유전자 분석결과, T0 세대 형질전환체의 소포자 및 성숙화분 조직에서만 강한 GUS 발현이 관찰되었다(도 2). GUS 표식유전자의 발현은 영양세포와 생식세포가 분열하는 2세포성 단계에서 시작하여, 생식세포가 분열하는 3세포성 단계와 1개의 영양세포 및 2개의 정세포로 구성되는 성숙화분단계까지 표식유전자의 활성이 점차적으로 증가하는 양상을 보였다(도 2). 벼의 조직별(약, 엽, 줄기 및 뿌리조직) RNA를 추출하여, 본 발명에 사용된 프로모터가 유래된 벼 Os05g0543000 유전자의 발현양상을 조사하였다. 벼 Os05g0543000 유전자의 단백질 번역부분 염기서열을 이용하여 RT-PCR 분석을 위한 프라이머 2종, Os05g0543000-F 프라이머(5'-CATCATCGACAATGGCCGCAAGATCACC-3'; 서열번호 6)와 Os05g0543000-R 프라이머(5'-TGTCGTACCCTTCCTTGCAGGTGTCCA-3'; 서열번호 7)를 제작하여 분석을 수행하였다(유전자 내의 프라이머 위치는 도 1a의 붉은 색 표시). 분석결과 발달중인 소포자를 포함하는 약 조직에서만 특이적으로 Os05g0543000 유전자가 발현되고, 2주, 3주 및 4주 생장한 엽, 줄기 및 뿌리조직에서는 발현이 확인되지 않았다(도 3A). 또한 엽, 줄기 및 뿌리조직을 채취하여 GUS 표식유전자의 발현을 분석한 결과, GUS 표식유전자가 상기의 조직에서는 발현되지 않음을 확인하였다(도 3B). 그러므로 식물발현 벡터 pSK815에 사용된 프로모터는 벼의 2세포성 소포자에서 성숙화분으로 발달하는 벼 소포자/화분에서만 특이적 발현을 유도함을 알 수 있었다.More than 20 T0 generations of rice plants were obtained using the plant expression vector pSK815. As a result of PCR amplification using a primer for amplifying a part of the inserted T-DNA, one copy or more of T- DNA was inserted. Each tissue of the plant was treated with 1 mM X-glu (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-glucuronide), 100 mM sodium phosphate (pH 7.0), 10 mM EDTA , 0.5 mM potassium ferricyanide, 0.5 mM potassium ferrocyanide, and 0.1% Triton X-100 for 12 hours at 37 ° C and then reacted with 100% ethanol Chlorophyll was removed. As a result of GUS-tagged gene analysis, strong GUS expression was observed only in the microspheres and mature pollen tissues of T0 generation transformants (Fig. 2). The expression of the GUS-tagged gene begins at a two-cell stage where the nutrient and germ cells divide and is divided into three cellular stages in which the germ cells divide and a mature pollen stage consisting of one feeding cell and two sperm cells And the activity gradually increased (Fig. 2). RNAs of the rice tissues (drug, lobe, stem and root tissue) were extracted and the expression pattern of the OsO5g0543000 gene derived from the promoter used in the present invention was examined. (5'-CATCATCGACAATGGCCGCAAGATCACC-3 '; SEQ ID NO: 6) and Os05g0543000-R primer (5'-TGTCGTACCCTTCCTTGCAGGTGTCCA-3') for RT-PCR analysis using the protein translation partial nucleotide sequence of the rice Os05g0543000 gene and the Os05g0543000-F primer 3 '; SEQ ID NO: 7) was prepared and analyzed (the primer position in the gene is shown in red in FIG. 1A). As a result of the analysis, Os05g0543000 gene was specifically expressed only in the diseased tissues including the developing microsomes , and no expression was observed in the leaves, stem and root tissues grown at 2 weeks, 3 weeks and 4 weeks (FIG. 3A). In addition, leaf, stem and root tissues were collected and the expression of GUS-tagged gene was analyzed. As a result, it was confirmed that the GUS-tagged gene was not expressed in the above tissues (FIG. 3B). Therefore, the promoter used in the plant expression vector pSK815 was found to induce a specific expression only in the rice micropowder / flower pollen developing mature pollen from the two cellular epidermis of rice.

이러한 발현 특성은 화분특이적 프로모터 선발에 사용된 벼 마이크로 어레이 자료와 유사함을 확인할 수 있었다(도 4). 분석된 마이크로 어레이 자료는 인디카와 자포니카 두 품종에서 발달과정에 있는 수술과 화분 어레이 결과를 포함한다. 인디카 품종의 경우 16개의 수술 어레이와 6개의 화분 어레이가 사용되었고, 자포니카 품종의 경우에는 27개의 수술 어레이와 15개의 화분 어레이가 사용되었다. 이상의 결과를 통해서, 본 발명에 사용한 벼 Os05g0543000 유전자가 벼의 두 품종에서 공통적으로 소포자에서 성숙화분으로 발달하는 벼 소포자 및 화분에서만 특이적으로 발현됨을 확인하였다.
It was confirmed that these expression characteristics were similar to the rice microarray data used for selecting the pollen-specific promoter (Fig. 4). Analyzed microarray data includes developmental and pollen array results in both Indica and Japonica varieties. Sixteen surgical arrays and six pollen arrays were used for the Indica varieties, and 27 surgical arrays and 15 pollen arrays for the Japonica varieties. From the above results, it was confirmed that the rice strain Os05g0543000 used in the present invention was specifically expressed only in the rice microspore and flowerpot, which develop in the micropowder to mature pollen in both rice varieties.

실시예Example 5. 형질전환된 애기장대 식물체의  5. Transgenic Arabidopsis thaliana plants GUSGUS 유전자 발현 분석 Gene expression analysis

식물발현 벡터 pSK815를 이용하여 20개체 이상의 T1 세대 애기장대 형질전환체들을 획득하였으며, 삽입한 T-DNA 일부를 증폭하는 프라이머를 이용한 PCR 증폭실험결과, 모든 형질전환체들의 게놈 상에 1 카피 이상의 T-DNA가 삽입되었음을 확인하였다. 각 T1 세대 형질전환 식물체의 조직을 상기 벼 형질전환체의 염색방법과 동일한 방법으로 염색 후, GUS 표식유전자의 발현양상을 각 조직별 및 발달단계별로 조사하였다. 어린 영(glume)부터 개화상태의 꽃 전부를 포함하는 꽃봉오리를 채취하여 GUS 유전자의 발현을 분석한 결과, 소포자 및 화분을 함유하는 약 조직에서만 특이적으로 GUS효소의 활성이 관찰되었다(도 5A). 소포자 발달단계별 GUS 표식유전자의 발현양상을 조사하기 위하여 크기별로 채취한 약을 절개하여 방출된 소포자들을 DAPI 염색하여 1세포성, 2세포성 및 3세포성 소포자 및 성숙화분으로 분류하였다. 애기장대 형질전환체는 2세포성 단계에서 GUS유전자가 발현하기 시작하여 3세포성 단계에서 GUS 효소활성이 증가하여, 성숙화분단계에서는 최고 수준을 나타내는 양상을 보였으며, 이는 벼 형질전환체에서 조사된 결과와 동일하였다(도 5B). 애기장대의 조직별(개화꽃, 개화이전의 꽃봉오리, 잎, 줄기, 뿌리 및 유묘조직) RNA를 추출하여, 애기장대에 도입된 GUS 유전자의 발현을 조사하였다. GUS 유전자 염기서열을 이용하여 RT-PCR 분석을 위한 프라이머 2종, GUS-F 프라이머(5'-CGTCCTGTAGAAACCCCAACCC-3'; 서열번호 8)와 GUS-R 프라이머(5'-GCATTACGCTGCGATGGATTCCG-3'; 서열번호 9)를 제작하여 분석을 수행하였다. 분석결과 성숙화분이 포함된 개화 꽃과 개화이전의 꽃봉오리 조직에서 GUS 유전자가 강하게 발현되었으며, 이외의 조직에서는 발현되지 않음을 확인하였다(도 5C). 이의 결과를 통해 식물발현 벡터 pSK815에 사용된 프로모터는 2세포성 소포자단계에서 성숙화분으로 발달하는 애기장대 소포자 및 화분에서만 특이적으로 발현을 유도하는 것을 확인하였다.Twenty or more T1 generation Arabidopsis thaliana transformants were obtained using the plant expression vector pSK815. As a result of PCR amplification using a primer that amplifies a part of the inserted T-DNA, a T -DNA was inserted. The tissues of each T1 generation transgenic plant were stained by the same method as the method for staining the rice transformants, and the expression pattern of GUS-labeled gene was examined by each tissue and developmental stage. As a result of analysis of the expression of the GUS gene by collecting buds containing all of the flowering flowers from the young glume, the activity of the GUS enzyme was specifically observed only in the drug tissues containing the microparticles and pollen (FIG. 5A ). In order to investigate the expression patterns of GUS - tagged genes in the stages of development of the microspores, the microspheres collected by size were dissected and the released microspheres were classified into 1 cell, 2 cell and 3 cell sporulation and mature pollen by DAPI staining. The Arabidopsis thaliana transformant showed the highest level of GUS enzyme activity in the three cellular stages and the highest level in the mature pollen stage as the GUS gene was expressed in the two cell stage, (Fig. 5B). RNA was extracted from Arabidopsis thaliana (flowering flowers, pre-flowering buds, leaves, stems, roots and seedling tissues) and the expression of GUS gene introduced into Arabidopsis thaliana was examined. GUS-F primer (5'-CGTCCTGTAGAAACCCCAACCC-3 '; SEQ ID NO: 8) and GUS-R primer (5'-GCATTACGCTGCGATGGATTCCG-3') for the RT-PCR analysis using the GUS gene sequence, 9) were constructed and analyzed. As a result, it was confirmed that the GUS gene was strongly expressed in flowering buds containing mature pollen and pre-flowering buds, and not expressed in other tissues (FIG. 5C). The results showed that the promoter used in the plant expression vector pSK815 induces the expression specifically in the Arabidopsis vesicles and the pollen of the Arabidopsis developing in the mature seedlings at the two cellular epidermal stage.

<110> Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Microspore or pollen specific expression promoter from Oryza sativa Os05g0543000 gene and uses thereof <130> PN13237 <160> 9 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 1784 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 caaggactgt aaaattgctc tttcatttta gttcaaactt atccttgaac caacaactct 60 cttcataaat gacacttata tccctcatca ttcacatata taagagaaaa attgcatgct 120 tgaatttttt atagataata catagtatat tatgtaaaac gaaaaaaaat tatgcactaa 180 caagtgtata cgatagccat tgcttaagtt tcatgtgcac atattgaaat aatgggaagt 240 acatctataa tgttgtttat tcatgttggc tttctctttt ctagtatata gatgtataca 300 aattaagggc aaaaatgata ttttctaata gaaatattga ctagaaatag ccatatggca 360 tattaagtgg acccaaggat gattttaagc caaaacaaat atttgaagga cctatgtgga 420 caaaatgaaa cgtgaaggac caaattgagc cttcgctaaa acttgaggga ctaaattagc 480 tattcaccca tattttttca cattcgtgtg tttctaaaat cctgcattcc aaaaaagctg 540 ggattttgtg cacatatagt tacatggaca aatttccctc tactttgaga gaggggtagg 600 agttggtact cttagttagg agcatttact tctatagagt aaaacatgta gtaagccttc 660 aaatttatta ataaaaagat aactgtcgct cgatcaagaa tctttaccca ttttgcacat 720 agcaccatgc ttttccttcc taagtcctca aatataatgc taacttatct ttttttaata 780 cgattccaat tattgtttaa gatgtgagct ttgttttatt atgaataatt agatagcata 840 taattattgg gagtcactaa cccaaaccca ttttcagatc aaacttgaga ttgtagtaat 900 tacaacgata tctagattac atatgaacaa taacattcat atatcaatac ttgtattgta 960 atattgaagg tacatatgaa gctacattag tattttgtat atacataggc tgcgttcggt 1020 tgttggtgtt gggaactaaa tccgtcacgc acgtaaaaca gaaagattta ttagcatata 1080 gctaattaag tattaactat tttttaaaaa atgcattaac atgattttct aaagcaactt 1140 tcgtatagat ttttttaaga acatactgtt tagtagtttg ggaagcgtgt acatggaaaa 1200 tgagggagat gagttaggca gatagggtaa ataacacaac catagagttg catctaatcc 1260 tttagaactt tgattttggt tgacgataga actaatgaat cccactgtaa ggcgcacaca 1320 tggtgccaac tagtttaatt aaaatgttat ggcgggcaag cattgcggaa atcatggtat 1380 agatttttga catgttgccc ttctgtactc ttataaaaaa ataaataaac tagctggatg 1440 gtggtgcaaa ttatacggct agatctaatt tatttttaga aaacaaatca tacatcgcta 1500 attttggcgt tgtcgaaaca ttcataaaaa aaaaataagt tacaagttta attttaaaaa 1560 atatgtacaa agttcttata aacaataaaa gaaaaaaaaa aggcaacacc aagtttagcc 1620 aagacagcct gaaaccaagg agagcccatg gtatgcaacc accaaaatct gaaaataacc 1680 atgacccatg gcatgcaacc acccaacctg aaagaaacca tggccattca tttaccttta 1740 cctctcccct atataaaccg tactcagctt gtcggagaag ccaa 1784 <210> 2 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 caaggactgt aaaattgctc tttcatttta gttcaaac 38 <210> 3 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ttggcttctc cgacaagctg agtacggtt 29 <210> 4 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 aaaaagcagg ct 12 <210> 5 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 agaaagctgg gt 12 <210> 6 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 catcatcgac aatggccgca agatcacc 28 <210> 7 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 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Claims (11)

서열번호 1의 염기서열로 이루어진 벼(Oryza sativa) Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터.Rice consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 ( Oryza sativa ) Os05g0543000 gene-based vesicle or pollen-specific expression promoter. 제1항의 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터를 포함하는 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터.A vesicle or pollen-specific plant expression vector comprising the vesicle or pollen-specific expression promoter of claim 1. 제2항의 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터로 형질전환된 화본과(Gramineae) 식물체.Plant of Gramineae transformed with the microspheres or pollen-specific plant expression vectors of claim 2. 제2항의 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터에 외래 유전자를 재조합하는 단계; 및
상기 재조합 식물 발현 벡터를 화본과(Gramineae) 식물체 또는 십자화과(Brassicaceae) 식물체에 형질전환시키는 단계를 포함하는 외래 유전자가 소포자 또는 화분에 특이적으로 발현되는 형질전환 화본과 식물체 또는 십자화과 식물체의 제조 방법.
Recombining the exogenous gene into the vesicle or pollen-specific plant expression vector of claim 2; And
Wherein the recombinant plant expression vector is transformed into a Gramineae plant or a Brassicaceae plant, wherein the exogenous gene is expressed specifically in a microspore or flowerpot, and a method for producing a plant or a crucifer plant.
삭제delete 삭제delete 제4항의 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 화본과(Gramineae) 식물체.A transgenic plant (Gramineae) in which the foreign gene produced by the method of claim 4 is expressed in a microspore or pollen-specific expression. 제7항의 형질전환 화본과(Gramineae) 식물체의 형질전환된 종자.A transformed seed of a transgenic plant (Gramineae) of claim 7. 제2항의 소포자 또는 화분 특이적 식물 발현 벡터로 형질전환된 십자화과(Brassicaceae) 식물체.A Brassicaceae plant transformed with the vesicle or pollen-specific plant expression vector of claim 2. 제4항의 방법에 의해 제조된 외래 유전자가 소포자 또는 화분 특이적으로 발현되는 형질전환 십자화과(Brassicaceae) 식물체.A transformed Brassicaceae plant wherein the foreign gene produced by the method of claim 4 is expressed in a microspore or pollen-specific expression. 제10항의 형질전환 십자화과(Brassicaceae) 식물체의 형질전환된 종자.A transformed seed of a transgenic Brassicaceae plant of claim 10.
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