KR101630840B1 - Eshsp16.9 gene and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비생물적 스트레스 내성 관련 EsHsp16.9 (Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) 단백질 또는 이를 코딩하는 유전자 및 이를 이용하여 식물의 비생물적 스트레스에 대한 내성을 증진시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 Eshsp16.9 유전자는 염, 기근, 또는 중금속과 같은 다양한 비생물적 스트레스 환경에서 발현이 증가한다. 따라서, Eshsp16.9 유전자는 목초의 분자육종에 이용되어 비생물적 스트레스 내성이 강한 형질전환 식물체를 개발하는데 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to an abiotic stress tolerance-related EsHsp16.9 ( Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) protein or a gene encoding it and a method for promoting tolerance to abiotic stress of a plant. The Eshsp16.9 gene of the present invention increases expression in a variety of abiotic stress environments such as salts, famines, or heavy metals. Thus, the Eshsp16.9 gene can be used to develop transgenic plants that are resistant to abiotic stress by being used for molecular sowing of grasses.

Description

EsHsp16.9 유전자 및 이의 용도{Eshsp16.9 gene and uses thereof}EsHsp16.9 gene and its use {Eshsp16.9 gene and uses thereof}

본 발명은 식물체에 여러 비생물적 스트레스에 대한 내성을 부여하는 유전자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 특정 유전자 또는 단백질을 이용하여 식물의 비생물적 스트레스에 대한 내성을 증진시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gene which confers resistance to various abiotic stresses on a plant, and more particularly to a method for enhancing tolerance to abiotic stress of a plant by using a specific gene or protein.

식물은 성장하면서 다양한 환경 스트레스에 노출되며, 이러한 환경 스트레스에 의해 식물의 수량과 품질이 현저히 저하되고 있다. 이러한 환경요인에 의한 수량저하를 방지하고 생산성을 최대한 높이기 위해서는 재해 내성 작물의 개발이 필수 불가결한 조건이다.As the plant grows, it is exposed to various environmental stresses, and the quantity and quality of the plants are remarkably deteriorated by such environmental stress. Development of disaster tolerant crops is an indispensable condition in order to prevent the decrease in yields due to such environmental factors and to maximize productivity.

스트레스는 다른 생물체에 의해 일어나는 생물적(biotic) 스트레스 및, 물리학적 또는 화학적 환경의 변화에 의해 일어나는 비생물적(abiotic) 스트레스가 있다. 환경 스트레스에 대한 식물의 적응능력을 분자수준에서 이해하고 분자육종을 통하여 환경 스트레스 조건에서도 식물의 생산성을 유지 및 향상시킬 수 있는 품종을 육성하는 것은 매우 중요한 일이며, 기존의 고전적인 육종방법에 의한 재해 내성 작물 개발의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 대두되고 있다.Stress has biotic stresses caused by other organisms and abiotic stresses caused by changes in the physical or chemical environment. It is very important to understand the ability of plants to adapt to environmental stresses at the molecular level and cultivate varieties capable of maintaining and improving plant productivity under environmental stress conditions through molecular breeding. It is emerging as an alternative to overcome the limitation of development of disaster tolerant crops.

최근 식물에서 비생물적 스트레스에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 다양한 종류의 비생물적 스트레스 유도성 단백질, 예컨대 열충격단백질(Heat shock protein, HSP)의 동정 및 기능 해석이 이루어져 이들 대부분이 분자 샤페론으로 기능하고 있음이 밝혀지고 있다(Chen et al, 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; Vierling, 1991, Plant Mol Biol 42: 579-620; Waters et al, 1996, J Exp Bot 47: 325-338).Recently, studies on abiotic stresses have been actively conducted in plants and identification and functional analysis of various kinds of abiotic stress inducible proteins such as heat shock protein (HSP) Waters et al., 1996, J Exp Bot 47: 325-338), which has been shown to function as a protein (Chen et al, 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; Vierling, 1991; Plant Mol Biol 42: 579-620; .

그 중에서도 식물 특유의 HSP인 저분자량의 HSP(small HSP)에 대한 연구가 활발히 이루어져 세포내의 다양한 기관에서 기능을 하는 small HSPs이 분리되어 졌으며(Chen et al, 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; LaFayette et al, 1996, Plant Mol Biol 30:159-169, Lee et al, 1995, J Biol Chem 270:10432-10438; Osteryoung et al, 1994, J Biol Chem 269: 28676-28682; Vierling et al, 1988, EMBO J 7: 575-581), 이들 스트레스 내성 유전자의 도입에 따른 부분적인 고온 내성을 나타내는 형질전환식물이 보고되고 있다(Lee et al, 1996, Plant J 8: 603-612; Waters et al, 1996, J Exp Bot 47: 325-338).Particularly, studies on small HSPs (low molecular weight HSPs), which are plant-specific HSPs, have been actively conducted and small HSPs functioning in various organs in cells have been isolated (Chen et al., 1994, Biol Chem 269: 13216-13223; Osteryoung et al., 1994, J Biol Chem 269: 28676-28682; Vierling et al, 1988; Plant et al., 1996; Plant Mol Biol 30: 159-169; Lee et al, 1995; J Biol Chem 270: 10432-10438; , EMBO J 7: 575-581), and transgenic plants showing partial high temperature tolerance due to the introduction of these stress tolerance genes have been reported (Lee et al, 1996, Plant J 8: 603-612; Waters et al, 1996, J Exp Bot 47: 325-338).

비생물적 환경 스트레스는 식물에 있어서 가장 치명적인 손상을 가져오는 중요한 요인 중의 하나이다. 스트레스 하에서는 대부분의 하우스 키핑 유전자들의 발현이 정지되고 HSP 합성에 필요한 유전자 발현계가 활성화되어 다양한 분자량을 가지는 HSPs가 합성된다. 이 HSPs는 고온에 따른 단백질의 변성방지 및 변성된 단백질의 폴딩(folding)을 도움으로써 단백질의 비가역적인 응집(aggregation)을 방지하여 스트레스에 대한 내성을 획득하게 한다. 식물에서 스트레스에 의해 유도되는 단백질 중 가장 많은 양과 종류를 나타내는 것이 분자량 15-30 kDa의 small HSPs이다.Abiotic environmental stress is one of the most critical damages to plants. Under stress, the expression of most Housekeeping genes is stopped and the gene expression system necessary for HSP synthesis is activated to synthesize HSPs having various molecular weights. These HSPs help prevent protein denaturation at high temperatures and folding of denatured proteins, thereby preventing irreversible aggregation of the proteins and thereby acquiring resistance to stress. Smallest HSPs with molecular weights of 15-30 kDa represent the largest amount and type of stress-induced proteins in plants.

한국등록특허 제10-1183112호에서는 비생물적 스트레스 내성 유전자인 알팔파 유래의 Mshsp23.3 유전자가 개시되어 있다.Korean Patent No. 10-1183112 discloses the Mshsp23.3 gene derived from alfalfa, which is an abiotic stress tolerance gene.

시베리언 와일드 라이(Elymus SiberianL.)는 다년생, 캐스피토스(caespitose) 및 자가 수분하는 잡초로 북아시아가 원산지이나, 북유럽, 일본 및 북미 일부에까지 넓게 분포되어있다(Ma et al., 2012). 게다가, 이는 기근 및 저온 스트레스에 대한 내성으로 강한 환경 적응성을 보이며, 따라서 중앙아시아 및 중국 북부에 사료 자원으로 사용된다(Lu, 1993; Yan et al., 2007). 지구 온난화에 의해 유발된 환경 스트레스는 농업 분야에서 오랫동안 주요한 문제로 논의되어왔다. 온도 변화, 물 결핍 및 토양 오염은 경작지 내 작물의 생산성을 현저하게 감소시켰다(Ahuja et al., 2010; Araus et al., 2002). 시베리언 와일드 라이는 강한 환경 적응성을 나타내므로 스트레스 내성이 우수한 사료 작물로써 사용될 가능성이 있지만, 이의 유전자에 관한 연구는 아직까지 수행되지 않은 실정이다. Elymus Siberian L. is a perennial, caespitose and self-polluting weed, which is widely distributed in northern Asia, northern Europe, Japan and parts of North America (Ma et al., 2012). In addition, it has strong environmental adaptability due to resistance to famine and cold stress, and is therefore used as a feed resource in Central Asia and northern China (Lu, 1993; Yan et al., 2007). Environmental stress caused by global warming has long been considered a major problem in agriculture. Changes in temperature, water deficit and soil contamination have significantly reduced the productivity of crops in arable land (Ahuja et al., 2010; Araus et al., 2002). Siberian wild-lye shows a strong environmental adaptability, so it may be used as a feed crop with excellent stress tolerance, but its gene has not been studied yet.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 비생물적 환경 스트레스에서 활성을 띠는 열충격단백질(Heat shock protein) 또는 이를 코딩하는 유전자를 포함하는 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a composition comprising a heat shock protein which is active in various abiotic environmental stresses or a gene coding therefor.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 유전자를 식물체에 형질전환하여 비생물적 환경 스트레스에 대한 내성을 증진시키는 방법을 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a method for transforming the gene into a plant to enhance tolerance to abiotic environmental stress.

본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명의 Eshsp16.9 유전자가 식물의 비생물적 스트레스 저항성에 관여한다는 놀라운 발견을 하여, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made intensive studies to overcome the problems of the prior arts, and as a result, the present inventors have surprisingly found that the Eshsp16.9 gene of the present invention is involved in abiotic stress resistance of plants, thereby completing the present invention.

본 발명에서는 시베리언 와일드 라이그래스(Siberian wild rye grass)(Elymus sibiricus L.)로부터 얻은 cDNA 라이브러리의 차별적 스크리닝(differential screening)에 의해 Eshsp16.9 cDNA 클론을 분리하였다. 클로닝된 이 유전자는 비생물적 스트레스 저항성 반응에서 유도되었으며, 대장균에서 발현시켜 염, 중금속, 또는 기근 스트레스에 대한 저항성의 증가와 관련이 있음을 규명하였다.
In the present invention, Eshsp16.9 cDNA clones were isolated by differential screening of cDNA libraries obtained from Siberian wild rye grass ( Elymus sibiricus L.). This cloned gene was derived from an abiotic stress-resistance reaction and was expressed in E. coli, which is associated with an increase in resistance to salt, heavy metals, or famine stress.

본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열로 표시되는 EsHsp16.9 (Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) 단백질을 포함하는 식물의 비생물적 스트레스 내성 증진용 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 유전자를 포함하는 식물의 비생물적 스트레스 내성 증진용 조성물을 제공한다. The present invention provides a composition for promoting abiotic stress tolerance of a plant comprising EsHsp16.9 ( Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. In addition, the present invention provides a composition for promoting abiotic stress tolerance of a plant comprising a gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 상기 조성물은 유효성분으로서 Eshsp16.9 단백질 또는 이를 코딩하는 유전자를 포함한다. 상기 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 유전자를 포함하는 조성물은 Eshsp16.9 유전자를 식물체에 형질전환시킴으로써 식물체의 비생물적 스트레스 내성을 증진시킬 수 있다.
The composition of the present invention comprises the Eshsp16.9 protein or a gene coding therefor as an active ingredient. The composition comprising the gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 can enhance the abiotic stress tolerance of the plant by transforming the Eshsp16.9 gene into the plant.

본 발명에 따른 EsHsp16.9 단백질의 범위는 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질 및 상기 단백질의 기능적 동등물을 포함한다. "기능적 동등물"이란 아미노산의 부가, 치환 또는 결실의 결과, 상기 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열과 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더 더욱 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 것으로, 서열번호 2로 표시되는 단백질과 실질적으로 동질의 생리활성을 나타내는 단백질을 말한다. "실질적으로 동질의 생리활성"이란 식물의 비생물적 스트레스 내성을 증진시키는 활성을 의미한다.The range of the EsHsp16.9 protein according to the present invention includes a protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and a functional equivalent of the protein. Is at least 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 90% or more, more preferably 90% or more, Quot; refers to a protein having a homology of at least 95% with a physiological activity substantially equivalent to that of the protein represented by SEQ ID NO: 2. "Substantially homogenous bioactivity" means an activity promoting abiotic stress tolerance of a plant.

본 발명은 또한 EsHsp16.9 단백질의 단편, 유도체 및 유사체(analogues)를 포함한다. 본원에 사용된, 용어 "단편", "유도체" 및 "유사체"는 본 발명의 EsHsp16.9 폴리펩티드와 실질적으로 같은 생물학적 기능 또는 활성을 보유하는 폴리펩티드를 말한다. 본 발명의 단편, 유도체 및 유사체는 (i) 하나 이상의 보존적(conservative) 또는 비보존적 아미노산 잔기(바람직하게는 보존적 아미노산 잔기)가 치환된 폴리펩티드(상기 치환된 아미노산 잔기는 유전암호에 의해 암호화될 수도, 되지 않을 수도 있다), (ii) 하나 이상의 아미노산 잔기에서 치환기(들)를 가지는 폴리펩티드, (iii) 또 다른 화합물(폴리펩티드의 반감기를 연장할 수 있는 화합물, 예를 들면 폴리에틸렌 글리콜)과 결합된 성숙 폴리펩티드로부터 유래된 폴리펩티드, 또는 (iv) 부가적인 아미노산 서열(예를 들면, 선도 서열, 분비 서열, 상기 폴리펩티드를 정제하는데 사용된 서열, 프로테이노젠(proteinogen) 서열 또는 융합 단백질)과 결합된 상기 폴리펩티드로부터 유래된 폴리펩티드일 수 있다. 본 발명에 정의된 상기 단편, 유도체 및 유사체는 당업자에 잘 알려져 있다.
The invention also includes fragments, derivatives and analogues of the EsHsp16.9 protein. As used herein, the terms "fragments", "derivatives" and "analogs" refer to polypeptides that possess substantially the same biological function or activity as the EsHsp16.9 polypeptides of the present invention. The fragments, derivatives, and analogs of the present invention may be used in conjunction with (i) polypeptides in which one or more conservative or non-conservative amino acid residues (preferably conservative amino acid residues) are substituted (the substituted amino acid residues are encoded (Ii) a polypeptide having a substituent (s) at one or more amino acid residues, (iii) binding to another compound (a compound capable of extending the half-life of the polypeptide, for example, polyethylene glycol) (Iv) a polypeptide derived from a mature polypeptide that is coupled to an additional amino acid sequence (e. G., A leader sequence, a secretion sequence, a sequence used to purify the polypeptide, a proteinogen sequence or a fusion protein) Lt; / RTI > polypeptide. Such fragments, derivatives and analogs as defined in the present invention are well known to those skilled in the art.

본 발명의 상기 유전자는 서열번호 1로 표시되는 유전자 또는 EsHsp16.9 단백질을 코딩하는 DNA 또는 RNA 일 수 있다. DNA는 cDNA, 게놈 DNA 또는 인위적인 합성 DNA를 포함한다. DNA는 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있다. DNA는 코딩(coding) 가닥 또는 넌코딩(non-coding) 가닥일 수 있다.The gene of the present invention may be a gene represented by SEQ ID NO: 1 or a DNA or RNA encoding EsHsp16.9 protein. DNA includes cDNA, genomic DNA, or artificial synthetic DNA. The DNA may be single stranded or double stranded. The DNA may be a coding strand or a non-coding strand.

서열번호 2로 표시되는 성숙(mature) 폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드는 오직 성숙 폴리펩티드만을 암호화하는 코딩 서열; 성숙 폴리펩티드 및 다양한 부가적인 코딩 서열을 암호화하는 서열; 성숙 폴리펩티드(및 임의의 부가적인 코딩 서열) 및 넌코딩 서열을 암호화하는 서열을 포함한다. A polynucleotide encoding the mature polypeptide of SEQ ID NO: 2 encodes only a mature polypeptide; Sequences encoding mature polypeptides and various additional coding sequences; Mature polypeptides (and any additional coding sequences) and sequences coding for noncoding sequences.

용어 "폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드"는 폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드, 또는 부가적인 코딩 및/또는 넌코딩 서열을 더 포함하는 폴리뉴클레오티드를 말한다.The term "polynucleotide encoding a polypeptide" refers to a polynucleotide encoding a polypeptide, or a polynucleotide further comprising additional coding and / or noncoding sequences.

또한, 본 발명은 상기와 동일한 아미노산 서열, 또는 이의 단편, 유사체, 및 유도체를 포함하는 폴리펩티드를 암호화하는 상기 폴리뉴클레오티드의 변이체에 관한 것이다. 폴리뉴클레오티드 변이체는 자연적으로 발생하는 대립유전자 변이체 또는 비자연적으로 발생하는 변이체일 수 있다. 상기 뉴클레오티드 변이체는 치환 변이체, 결실 변이체, 및 삽입 변이체를 포함한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 대립유전자 변이체는 폴리뉴클레오티드의 대안이며, 이는 하나 이상의 치환, 결실 또는 삽입된 뉴클레오티드를 포함할 수 있으며, 변이체에 의해 암호화된 폴리펩티드에서 실질적인 기능 변화를 초래하지는 않는다.The present invention also relates to variants of the above polynucleotides which encode polypeptides comprising the same amino acid sequences as above, or fragments, analogs and derivatives thereof. Polynucleotide variants can be naturally occurring allelic variants or non-naturally occurring variants. The nucleotide mutant includes a substitution mutant, a deletion mutant, and an insertion mutant. As is known in the art, allelic variants are alternatives to polynucleotides, which may include one or more substituted, deleted or inserted nucleotides, and do not result in substantial functional changes in the polypeptide encoded by the variant.

또한, 본 발명은 상기 기재된 서열번호 1의 염기서열 및 상기 기재된 서열번호 1의 염기서열과 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 70%, 더욱 바람직하게는 적어도 80%의 동일성을 가지는 서열과 혼성화하는 폴리뉴클레오티드에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 스트린전트 조건하에 본원에 기재된 폴리뉴클레오티드에 혼성화하는 폴리뉴클레오티드에 관한 것이다. 본 발명에서, "스트린전트 조건"은 (1) 0.2 × SSC, 0.1% SDS, 60℃와 같은 더 낮은 이온강도 및 더 높은 온도하에서의 혼성화 및 세척; 또는 (2) 50%(v/v) 포름아미드, 0.1% 소혈청/0.1% Ficoll 및 42℃ 등과 같은 변성제의 존재하에 혼성화; 또는 (3) 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 95% 이상의 동일성을 가지는 단지 2개의 서열 사이에서 발생하는 혼성화를 말한다. 게다가, 혼성화가 가능한 폴리뉴클레오티드에 의해 암호화된 폴리펩티드의 생물학적 기능 및 활성은 서열번호 2로 표시되는 성숙 폴리펩티드의 생물학적 기능 및 활성과 동일하다.The present invention also relates to a polynucleotide which hybridizes with a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 described above and a nucleotide sequence having at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 80% identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 described above Lt; / RTI > nucleotides. The present invention particularly relates to polynucleotides that hybridize to the polynucleotides described herein under stringent conditions. In the present invention, "stringent conditions" means (1) hybridization and washing under lower ionic strength and higher temperature such as 0.2 x SSC, 0.1% SDS, 60 ° C; Or (2) in the presence of a denaturant such as 50% (v / v) formamide, 0.1% bovine serum / 0.1% Ficoll and 42 ° C; Or (3) at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95%. In addition, the biological function and activity of the polypeptide encoded by the hybridizable polynucleotide is the same as the biological function and activity of the mature polypeptide of SEQ ID NO: 2.

바람직하게는 본 발명의 Eshsp16.9 유전자는 시베리언 와일드 라이그래스(Siberian wild rye grass)(Elymus sibiricus L.)로부터 유래된 것이다. 그러나, 본 발명의 구현예는 시베리언 와일드 라이그래스(Siberian wild rye grass)(Elymus sibiricus L.) Eshsp16.9 유전자와 높은 상동성(예를 들면, 60% 이상, 즉 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, 심지어 98%의 서열 동일성)을 갖고 다른 식물로부터 유래한 다른 유전자를 또한 포함한다. 서열정렬 방법, 및 서열 동일성 또는 상동성을 결정하기 위한 수단(예를 들면, BLAST)은 당업계에 주지되어 있다.
Preferably, the Eshsp16.9 gene of the present invention is derived from Siberian wild rye grass ( Elymus sibiricus L.). However, an embodiment of the present invention is directed to a method of screening for high homology (e.g., greater than 60%, i.e., 70%, 80%, 85%) with Siberian wild rye grass ( Elymus sibiricus L.) Eshsp16.9 gene %, 90%, 95%, even 98% sequence identity), as well as other genes from other plants. Methods for sequencing, and means for determining sequence identity or homology (e.g., BLAST) are well known in the art.

또한, 본 발명은 상기 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 유전자 또는 상기 Eshsp16.9 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 포함하는 식물의 비생물적 스트레스 내성 증진용 조성물을 제공한다. 본 발명에서 사용된 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 것으로서 인위적인 수단에 의해 세포 내 재도입된 것이다.In addition, the present invention provides a composition for promoting abiotic stress tolerance of a plant, which comprises a recombinant vector comprising a gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a gene encoding the Eshsp16.9 protein. The term "recombinant " as used herein 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 modified and reintroduced intracellularly by an artificial means.

본 발명에서, Eshsp16.9 단백질을 암호화하는 상기 폴리뉴클레오티드 서열은 재조합 발현 벡터 내로 삽입될 수 있다. 용어 "재조합 발현 벡터"는 세균 플라스미드, 파아지, 효모 플라스미드, 식물 세포 바이러스, 포유동물 세포 바이러스, 또는 다른 벡터를 의미한다. 대체로, 임의의 플라스미드 및 벡터는 숙주 내에서 복제 및 안정화할 수 있다면 사용될 수 있다. 상기 발현 벡터의 중요한 특성은 복제 원점, 프로모터, 마커 유전자 및 번역 조절 요소(translation control element)를 가지는 것이다.In the present invention, the polynucleotide sequence encoding the Eshsp16.9 protein may be inserted into a recombinant expression vector. The term "recombinant expression vector" means a bacterial plasmid, a phage, a yeast plasmid, a plant cell virus, a mammalian cell virus, or other vector. In principle, any plasmid and vector can be used if it can replicate and stabilize within the host. An important characteristic of the expression vector is that it has a replication origin, a promoter, a marker gene and a translation control element.

Eshsp16.9 단백질-암호화 DNA 서열 및 적당한 전사/번역 조절 신호를 포함하는 발현 벡터는 당업자에 주지된 방법에 의해 구축될 수 있다. 상기 방법은 시험관내 재조합 DNA 기술, DNA 합성 기술 및 생체내 재조합 기술 등을 포함한다. 상기 DNA 서열은 mRNA 합성을 이끌기 위해 발현 벡터 내의 적당한 프로모터에 효과적으로 연결될 수 있다. 또한 발현 벡터는 번역 개시 부위로서 리보좀 결합 부위 및 전사 터미네이터를 포함할 수 있다.Expression vectors containing Eshsp16.9 protein-encoding DNA sequences and appropriate transcription / translation control signals can be constructed by methods known to those skilled in the art. Such methods include in vitro recombinant DNA technology, DNA synthesis techniques, and in vivo recombination techniques. The DNA sequence can be effectively linked to appropriate promoters in the expression vector to drive mRNA synthesis. The expression vector may also include a ribosome binding site and a transcription terminator as a translation initiation site.

본 발명의 재조합 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(유럽특허등록 제0116718호 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 유럽특허등록 제0120516호 및 미국특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 DNA를 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. 바람직하게는, 상기 재조합 벡터는 pKBS1-1 벡터, pBI101 벡터, 또는 pCAMBIA 벡터 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.A preferred example of the recombinant vector of the present invention is a Ti-plasmid vector capable of transferring a so-called T-region to a plant cell when present in a suitable host, such as Agrobacterium tumefaciens. Another type of Ti-plasmid vector (see European Patent Registration No. 0116718) is currently used to transfer hybrid DNA sequences to plant cells, or to protoplasts in which new plants capable of properly inserting hybrid DNA into the genome of a plant can be produced have. A particularly preferred form of the Ti-plasmid vector is a so-called binary vector as claimed in European Patent No. 0120516 and US Patent No. 4,940,838. Other suitable vectors that can be used to introduce the DNA according to the invention into the 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. Preferably, the recombinant vector may be a pKBS1-1 vector, a pBI101 vector, or a pCAMBIA vector, but is not limited thereto.

발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함할 수 있다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 예를 들어, 글리포세이트(glyphosate) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The expression vector may preferably comprise 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. For example, herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinothricin, kanamycin, G418, Bleomycin, hygromycin, chloramphenicol, and the like. Antibiotic resistance genes, but are not limited thereto.

본 발명의 재조합 벡터에서, 프로모터는 CaMV 35S, 액틴, 유비퀴틴, pEMU, MAS, SWPA2, 또는 히스톤 프로모터 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. "프로모터"란 용어는 구조 유전자로부터의 DNA 업스트림의 영역을 의미하며 전사를 개시하기 위하여 RNA 폴리머라아제가 결합하는 DNA 분자를 말한다. "식물 프로모터"는 식물 세포에서 전사를 개시할 수 있는 프로모터이다. "구성적(constitutive) 프로모터"는 대부분의 환경 조건 및 발달 상태 또는 세포 분화하에서 활성이 있는 프로모터이다. 형질전환체의 선택이 각종 단계에서 각종 조직에 의해서 이루어질 수 있기 때문에 구성적 프로모터가 본 발명에서 바람직할 수 있다. 따라서, 구성적 프로모터는 선택 가능성을 제한하지 않는다.In the recombinant vector of the present invention, the promoter may be CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS, SWPA2 or a histone promoter But is not limited thereto. The term "promoter " refers to the region of DNA upstream from the structural gene and refers to a DNA molecule to which an RNA polymerase binds to initiate transcription. A "plant promoter" is a promoter capable of initiating transcription in plant cells. A "constitutive promoter" is a promoter that is active under most environmental conditions and developmental conditions or cell differentiation. Constructive promoters may be preferred in the present invention because the choice of transformants can be made by various tissues at various stages. Thus, constitutive promoters do not limit selectivity.

본 발명의 재조합 벡터에서, 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 예를 들어 노팔린 신타아제(NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 파세올린(phaseoline) 터미네이터, 또는 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)의 옥토파인(Octopine) 유전자의 터미네이터 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터미네이터의 필요성에 관하여, 그러한 영역이 식물 세포에서의 전사의 확실성 및 효율을 증가시키는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 그러므로, 터미네이터의 사용은 본 발명의 내용에서 매우 바람직하다.
In the recombinant vector of the present invention, a conventional terminator can be used, for example, nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, or Agrobacterium and the terminator of the Octopine gene of Tumefaciens, but the present invention is not limited thereto. Regarding the need for terminators, it is generally known that such regions increase the certainty and efficiency of transcription in plant cells. Therefore, the use of a terminator is highly desirable in the context of the present invention.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다. 본 발명의 벡터를 원핵세포에 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주세포는 당업계에 공지된 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 예를 들어, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E.coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector. As stabilize the vector of the invention in prokaryotic host cells capable of continuous cloning and expression may also take advantage of any host cells known in the art, for example, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E.coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus strains such as Bacillus Chuo ringen sheath, and Salmonella typhimurium, Serratia Marseille CL and And various enterococci such as Pseudomonas species and strains.

또한, 본 발명의 벡터를 진핵 세포에 형질전환시키는 경우에는 숙주세포로서, 효모(Saccharomyce cerevisiae), 곤충세포, 사람세포(예컨대, CHO 세포주 (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN 및 MDCK 세포주) 및 식물세포 등이 이용될 수 있다. 숙주세포는 바람직하게는 식물세포이다.When the vector of the present invention is transformed into eukaryotic cells, yeast (Saccharomyce cerevisiae), insect cells, human cells (for example, Chinese hamster ovary, W138, BHK, COS-7, 293 , HepG2, 3T3, RIN and MDCK cell lines) and plant cells. The host cell is preferably a plant cell.

본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법, 하나한 방법(Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기천공 방법 등에 의해 실시될 수 있다. 또한, 숙주세포가 진핵세포인 경우에는, 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법, 및 유전자 밤바드먼트 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있다.The method of delivering the vector of the present invention into a host cell can be carried out by the CaCl 2 method, one method (Hanahan, D., J. MoI. Biol., 166: 557-580 (1983)) when the host cell is a prokaryotic cell, And an electric drilling method or the like. When the host cell is a eukaryotic cell, the vector is injected into the host cell by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, and gene bombardment .

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 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/폴리에틸렌글리콜 방법(Krens, F.A. et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373), 원형질체의 전기천공법(Shillito R.D. et al., 1985 Bio/Technol. 3, 1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법(Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185), 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법(Klein T.M. et al., 1987, Nature 327, 70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 투머파시엔스 매개된 유전자 전이에서 (비완전성) 바이러스에 의한 감염(유럽특허 제0301316호) 등으로부터 적당하게 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 아그로박테리움 매개된 DNA 전달을 포함한다. 특히 바람직한 것은 유럽공개특허 제120516호 및 미국특허 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 transfection methods do not necessarily have a regeneration 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 viruses (non-integrative) in virus-mediated gene transfer (European Patent No. 0301316) 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 European Patent Publication No. 120516 and US Patent No. 4,940,838.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 식물 세포에 형질전환시켜 EsHsp16.9 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 식물의 비생물적 스트레스에 대한 내성을 증진시키는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for enhancing tolerance to abiotic stress of a plant, comprising the step of transfecting the recombinant vector into a plant cell and overexpressing the EsHsp16.9 gene.

상기 형질전환 대상 식물은 그 종류에 특별한 제한이 있는 것이 아니라 통상적인 식물일 수 있으며, 바람직하게는 목초, 잔디 및 사료작물 식물로서 오차드그라스, 톨 페스큐, 페레니얼 라이그라스, 크리핑 벤트그라스, 티모시, 이탈리안 라이그라스, 켄터키블루그라스, 레드톱, 리드카나리그라스, 버뮤다그래스, 테프그라스, 또는 바히아그래스 등의 화본과 목초; 알팔파, 버즈풋 트레포일, 화이트크로버, 또는 레드크로버 등의 두과 목초; 또는 옥수수, 수수, 보리, 호밀 등의 사료작물 등에 형질전환될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The plant to be transfected may be a conventional plant, not particularly limited to its kind, and preferably a plant such as orchardgrass, tall fescue, perennial ryegrass, creeping bent grass, timothy , Italian Ryegrass, Kentucky Bluegrass, Red Top, Reed Canary Grass, Bermuda Grass, Tepgrass, or Bahia Grass; Alfalfa, buzzfoot trefoil, white clover, or red clover; Or a feed crop such as corn, sorghum, barley, rye, and the like, but is not limited thereto.

상기 비생물적 스트레스는 염, 기근, 또는 중금속 스트레스 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 중금속은 바람직하게는 비소일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The abiotic stress may include, but is not limited to, salt, famine, or heavy metal stress. The heavy metal may preferably be arsenic, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 EsHsp16.9 유전자를 과발현시킨 비생물적 스트레스에 대한 내성이 증진된 형질전환된 식물체 또는 이의 종자를 제공한다.
In addition, the present invention provides a transgenic plant or a seed thereof which is over-expressed by EsHsp16.9 gene and has been enhanced in resistance to abiotic stress.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및 상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 비생물적 스트레스에 대한 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.Also, the present invention provides a method for producing a plant cell, comprising the steps of: transforming a plant cell with the recombinant vector; And regenerating the plant from the transformed plant cell. The present invention also provides a method for producing a transgenic plant having enhanced resistance to abiotic stress.

본 발명의 방법은 본 발명에 따른 재조합 벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계를 포함하는데, 상기 형질전환은 예를 들면, 아그로박테리움 튜머파시엔스(Agrobacterium tumefiaciens)에 의해 매개될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 상기 형질전환된 식물세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함한다. 형질전환된 식물세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다.The method of the invention comprises the step of transforming a plant cell with a recombinant vector according to the present invention, the transformant is, for example, Agrobacterium tyumeo Pacific Enschede may be mediated by (Agrobacterium tumefiaciens). In addition, the method of the present invention comprises regenerating a transgenic plant from the transformed plant cell. Any method known in the art can be used to regenerate transgenic plants from transformed plant cells.

형질전환된 식물세포는 전식물로 재분화되어야 한다. 캘러스 또는 원형질체 배양으로부터 성숙한 식물의 재분화를 위한 기술은 수많은 여러 가지 종에 대해서 당업계에 주지되어 있다(Handbook of Plant Cell Culture, 1-5권, 1983-1989 Momillan, N.Y.).Transformed plant cells must be regenerated into whole plants. Techniques for the regeneration of mature plants from callus or protoplast cultures are well known in the art for a number of different species (Handbook of Plant Cell Culture, Vol. 1-5, 1983-1989, Momillan, N. Y.).

본 발명의 시베리언 와일드 라이그래스(Siberian wild rye grass)(Elymus sibiricus L. sibiricus L.) 유래 Eshsp16.9 유전자는 고온, 염, 기근, 또는 중금속과 같은 다양한 비생물적 스트레스 환경에서 발현이 증가한다. 따라서, Eshsp16.9 유전자는 목초의 분자육종에 이용되어 비생물적 스트레스 내성이 강한 형질전환 식물체를 개발하는데 유용하게 사용될 수 있다.The Eshsp16.9 gene derived from the Siberian wild rye grass ( Elymus sibiricus L. sibiricus L.) of the present invention has an increased expression in various abiotic stress environments such as high temperature, salt, famine, or heavy metals . Thus, the Eshsp16.9 gene can be used to develop transgenic plants that are resistant to abiotic stress by being used for molecular sowing of grasses.

도 1은 시베리언 와일드 라이 small Hsp16.9 (EsHsp16.9)의 유전자 염기서열 및 아미노산 서열을 나타낸다.
도 2는 small Hsps를 코딩하는 아라비답시스 유전자와 함께 Eshsp16.9의 계통 분석을 나타낸다. 아라비답시스 small Hsp 유전자들은 AT1G53540 (NCBI 접근 번호(accession number), ABD57522; 단백질 명칭(Protein name), At17.6C class I), AT3G46230 (AEE78138; At17.4 class I), AT5G59720 (AED97223; At18.1 class I), AT1G07400 (AEE28120; At17.8 class I), AT1G59860 (ABD57519; At17.6A class I), AT2G29500 (ABD57517; At17.6B class I), AT4G10250 (AAO44068; At22), AT5G37670 (AED94218; At17.5), AT4G25200 (BAH19967; At23.6), AT5G51440 (AED96081), AT4G27670 (AEE85379; At21), AT1G52560 (AAR92344; At26.5), AT5G54660 (ABL66753; At21.7 class V), AT5G12030 (AED91752; At17.7 class II),AT5G12020 (AED91751; At17.6 class II), AT1G54050 (AEE33041; At17.3 class III), AT4G21870 (ABF59020; At15.4 class IV), AT3G22530 (AEE76650), AT1G06460 (ABF74713), AT5G04890 (AED90800) 및 AT3G10680 (AEE74942)이다.
도 3은 Eshsp16.9의 아미노산 서열을 다른 식물 종의 small Hsps와 비교하여, Eshsp16.9 단백질을 보리(Hordeum vulgare) (Hsp17; ADW78607), 옥수수(Zea mays) (Hsp16.9 class I; NP_001150783), 밀(Triticum monococcum) (Hsp17; CAM96547), 화본과(Aegilops longissima) (Hsp16.9; CAM96537), 조(Setaria italic) (Hsp16.9 class I; XP_004968026), 벼(Oryza sativa) (Hsp; AAB39856), 콩과(Medicago truncatula) (Hsp18.2 class I; XP_003619703), 담배(Nicotiana tabacum) (Hsp 3B class I; ADK36668) 및 병아리콩(Cicer arietinum) (Hsp8.5 class I; XP_004505085)의 상동체와 정렬한 것이다.
도 4는 Eshsp16.9를 다른 식물의 상동체와 계통 분석한 결과를 나타낸다.
도 5는 식물체에 고온, 저온, 염, 중금속(구리, 카드뮴, 비소), 메틸비올로겐, 과산화수소, 기근 스트레스를 가할 때 Eshsp16.9 RNA의 발현량을 노던 블롯으로 측정한 결과이다.
도 6은 재조합 Eshsp16.9 단백질의 발현을 나타낸다. Eshsp16.9 유전자는 0 또는 0.2 mM IPTG로 유도되었다. 총 추출물(T), 상청액(S), 및 펠렛(P) 분획은 10% SDS-PAGE로 분리되었다. 분자 마커(M)은 왼쪽에 표시되었다.
도 7은 Eshsp16.9 단백질의 정제를 나타낸다. 상청액(S)는 글루타치온 세파로스 4B 수지를 사용한 친화성 크래마토그래피로 정제되었고 감소된 글루타치온으로 용리되었다.
도 8은 재조합 Eshsp16.9 단백질의 분자 샤페론 활성을 나타낸다. 소혈청알부민(BSA) 또는 오처드그래스 Hsp70(DgHsp70)는 각각 음성 또는 양성 대조군으로 사용되었다.
도 9는 Eshsp16.9로 형질전환된 대장균 시스템의 스트레스 내성을 분석한 결과이다.
도 10은 Eshsp16.9 유전자를 발현시키기 위한 식물 발현 벡터(pCAMBIA3300-Eshsp16.9)를 나타낸 모식도이다.
도 11은 담배 식물체에서 벡터 및 Eshsp16.9 단백질을 발현시켜 비소 스트레스에 대한 내성을 비교 분석한 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows the gene sequences and amino acid sequences of Siberian wild-lys small Hsp 16.9 (EsHsp 16.9).
Figure 2 shows a phylogenetic analysis of Eshsp16.9 with Arabidopsis genes coding for small Hsps. The small Hsp genes of Arabidopsis include AT1G53540 (NCBI accession number, ABD57522, Protein name, AT17.6C class I), AT3G46230 (AEE78138; At17.4 class I), AT5G59720 (AED97223; 1 class I), AT1G07400 (AEE28120, At17.8 class I), AT1G59860 (US57519, At17.6A class I), AT2G29500 (US57517, At17.6B class I), AT4G10250 (AAO44068; At22), AT5G37670 (AED94218, At17 AT5G12030 (AED91752, At17), AT4G25200 (BAH19967; At23.6), AT5G51440 (AED96081), AT4G27670 (AEE85379; At21), AT1G52560 (AAR92344; At26.5), AT5G54660 (ABL66753, At21.7 class V) AT5G12020 (AED91751, At17.6 class II), AT1G54050 (AEE33041, At17.3 class III), AT4G21870 (ABF59020, At15.4 class IV), AT3G22530 (AEE76650), AT1G06460 (ABF74713), AT5G04890 (AED90800) and AT3G10680 (AEE74942).
Figure 3 compares the amino acid sequence of Eshsp16.9 with the small Hsps of other plant species to compare the Eshsp16.9 protein with the Hordeum vulgare (Hsp17; ADW78607), Zea mays (Hsp16.9 class I; NP_001150783) , Triticum monococcum (Hsp17; CAM96547), Aegilops longissima (Hsp16.9; CAM96537), Setaria italic (Hsp16.9 class I; XP_004968026), Oryza sativa (Hsp; AAB39856) , Homologues of the medicago truncatula (Hsp18.2 class I; XP_003619703), tobacco ( Nicotiana tabacum ) (Hsp 3B class I; ADK36668) and chickpea ( Cicer arietinum ) (Hsp8.5 class I; XP_004505085) It is sorted.
Fig. 4 shows the result of phylogeny analysis of Eshsp16.9 with the homology of other plants.
FIG. 5 shows the results of Northern blot analysis of the expression level of Eshsp16.9 RNA when high temperature, low temperature, salt, heavy metals (copper, cadmium, arsenic), methyl viologen, hydrogen peroxide and famine stress were added to plants.
Figure 6 shows the expression of the recombinant Eshsp16.9 protein. The Eshsp16.9 gene was induced with either 0 or 0.2 mM IPTG. Total extract (T), supernatant (S), and pellet (P) fractions were separated by 10% SDS-PAGE. The molecular marker (M) is indicated on the left.
Figure 7 shows the purification of the Eshsp16.9 protein. The supernatant (S) was purified by affinity chromatography using glutathione Sepharose 4B resin and eluted with reduced glutathione.
Figure 8 shows the molecular chaperone activity of the recombinant Eshsp16.9 protein. Bovine serum albumin (BSA) or Orchardgrass Hsp70 (DgHsp70) was used as a negative or positive control, respectively.
Figure 9 shows the results of an analysis of the stress tolerance of an Escherichia coli system transformed with Eshsp16.9.
10 is a schematic diagram showing a plant expression vector (pCAMBIA3300-Eshsp16.9) for expressing Eshsp16.9 gene.
FIG. 11 is a photograph showing the resistance to arsenic stress by expressing vector and Eshsp16.9 protein in tobacco plants.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예 1: Eshsp16.9 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열 분석Example 1: Sequence and amino acid sequence analysis of Eshsp16.9 gene

본 실시예에서 사용된 시베리언 와일드 라이그래스의 종자는 울란바토르, 몽골(Ulaanbaatar, Mongolia)로부터 획득하였다. 시베리언 와일드 라이그래스의 식물 재료는 국립축산과학원의 초지사료과에서 생장시켰다. 종자를 원예 배양 배지(horiculture nursery medium, Biomedia)를 포함하는 화분에 심었으며, 400μmol m-2s-1의 빛의 세기로 14시간 동안 25℃의 생장상(growth chamber)에서 생장시켰다.Seeds of Siberian wild railgras used in this example were obtained from Ulaanbaatar, Mongolia. The plant material of Siberian Wild Ryegrass was grown in the grass feed section of the National Livestock College. The seeds were seeded in pots containing a horiculture nursery medium (Biomedia) and grown in a growth chamber at 25 ° C for 14 hours at a light intensity of 400 μmol m -2 s -1 .

4주령의 유식물을 생장상 내에서 42℃의 고온 하에 6시간 동안 노출시켰으며, 대조군은 25℃ 상온에 노출시켰다. 각각 처리 이후, 잎을 수확하였고 액체질소에 의해 냉동시켰다. 전체 RNA는 TRIzol 시약 (Qiagen, CA, USA)을 사용하여 처리군 및 대조군 식물의 잎으로부터 분리하였다. GeneFishingTM DEG 키트(Seegene)를 사용하여, EsHsp16.9의 344bp의 부분 cDNA 절편을 Lee et al.(2012)에 설명된 ACP-based PCR을 사용하여 분리하였다.4 weeks old oil plants were exposed for 6 hours under high temperature of 42 ℃ in the growth phase, and the control group was exposed to room temperature at 25 ℃. After each treatment, leaves were harvested and frozen by liquid nitrogen. Total RNA was isolated from treated and control plant leaves using TRIzol reagent (Qiagen, CA, USA). Using a GeneFishing TM DEG kit (Seegene), a 344 bp partial cDNA fragment of EsHsp 16.9 was isolated using ACP-based PCR as described in Lee et al. (2012).

핵산, 아미노산 서열, 및 보존된 도메인을 NCBI-BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) 및 Bioedit (version 7.2.3) 소프트웨어 (Hall, 1999)를 사용하여 분석하였다. Eshsp16.9의 등전점(pI) 및 분자량을 ExPASy(http://web.expasy.org/compute_pi/)의 컴퓨터 pI/Mw 툴을 사용하여 계산하였다.Nucleic acids, amino acid sequences, and conserved domains were analyzed using NCBI-BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) and Bioedit (version 7.2.3) software (Hall, 1999) Respectively. The isoelectric point (pI) and molecular weight of Eshsp 16.9 were calculated using the computer pI / Mw tool of ExPASy (http://web.expasy.org/compute_pi/).

유전자 피싱 기술(gene-fishing technique)을 위해 DEG 분석을 사용하여, 몇몇 cDNA 절편을 고온 스트레서 노출된 시베리언 와일드 라이 mRNA로부터 수득하였다. 증폭된 절편을 용리하고 pTOPO 벡터에 분리 및 시퀀싱하였다. 블라스트 서치를 통해, 하나의 절편은 보리(Hordeum vulgare)의 17 kDa class I small Hsp와 높은 서열 상동성을 보였다. 전체 길이 cDNA는 45 내지 136 아미노산 사이의 보존된 α-크리스탈린 도메인(α-crystallin domain)을 갖는 151 아미노산을 코딩하는 456bp 오픈 리딩 프레임을 생산한다. small Hsps는 약 100 아미노산으로 구성된 보존된 α-크리스탈린 도메인에 의해 특성화되고, 장애가 있는(disordered) N-말단 암(arm) 및 짧고 유연한 C-말단 확장을 갖는다. 컴퓨터 pI/Mw 툴을 사용하여, 계산된 등전점(pI) 및 DEG66의 분자량은 각각 5.53 및 16,923 Da로 예상된다. 전체 길이 cDNA 서열은 accession number KM025035로 GenBank에 기탁하였다.
Using DEG analysis for gene-fishing technique, several cDNA fragments were obtained from Siberian wild-type mRNA exposed to high temperature stressor. The amplified fragments were eluted and separated and sequenced into pTOPO vector. Through Blast Search, one segment is the barley ( Hordeum vulgare ) Homologous with 17 kDa class I small Hsp. Full length cDNA produces a 456 bp open reading frame encoding a 151 amino acid with a conserved alpha-crystallin domain between 45 and 136 amino acids. The small Hsps is characterized by a conserved alpha -crystalline domain consisting of about 100 amino acids and has an N-terminal arm that is disordered and a short, flexible C-terminal extension. Using the computer pI / Mw tool, the molecular weights of calculated isoelectric point (pI) and DEG66 are expected to be 5.53 and 16,923 Da, respectively. The full length cDNA sequence was deposited on GenBank with accession number KM025035.

실시예 2: Eshsp16.9 유전자의 분자유전학적 계통도 분석Example 2: Molecular genetic analysis of Eshsp16.9 gene

Eshsp16.9가 어느 클래스에 속하는지 밝히기 위하여, 도 2에 나타낸 바와 같이 아라비답시스 small Hsps와 계통 분석을 실시하였다. 아라비답시스 내 small Hsps의 아미노산 서열 및 다른 식물 종으로부터 Eshsp16.9의 상동체를 NCBI-BLAST 내 blastp를 사용하여 유사도 검색 후 GenBankTM 데이터베이스로부터 검색하였다. 다중서열정렬은 ClustalX2(Larkin et al., 2007) 및 GeneDoc(version 2.7) 소프트웨어(Nicholas and Nicholas, 1997)를 사용하여 수행하였다. 계통도를 EMBL-EBI(http://www.ebi.ac.uk/Tools/phylogeny/clustalw2_phylogeny/) 상의 ClustalW2 프로그램으로부터 알고리즘을 사용하여 구성하였다.In order to clarify which class Eshsp16.9 belongs to, we carried out a phylogenetic analysis with Arabidopsis small Hsps as shown in Fig. The homology of Eshsp16.9 from the amino acid sequence of small Hsps in arabinic acid and other plant species was retrieved from the GenBank database after searching for similarity using the blastp in NCBI-BLAST. Multiple sequence alignments were performed using ClustalX2 (Larkin et al., 2007) and GeneDoc (version 2.7) software (Nicholas and Nicholas, 1997). The scheme was constructed using the algorithm from the ClustalW2 program on EMBL-EBI (http://www.ebi.ac.uk/Tools/phylogeny/clustalw2_phylogeny/).

Eshsp16.9는 세포질 클래스 I small Hsp에 속하는 AtHsp18.1과 높은 서열 상동성(70.9%)를 보였고, 게다가 아라비답시스의 다른 세포질 클래스 I small Hsp와 60~70% 서열 상동성을 공유한다. 추가적으로, Eshsp16.9를 다른 식물에 존재하는 다른 세포질 클래스 I small Hsps와 비교하였다(도 3). 서열 상동성은 Eshsp16.9가 밀(96%) 또는 보리(94.7%)의 클래스 I small Hsps에 가까운 것으로 나타났다. 또한, Eshsp16.9는 외떡잎에서 80% 초과, 쌍떡잎에서 70% 정도의 높은 유사성을 보였다(도 4).
Eshsp16.9 showed high sequence homology (70.9%) with AtHsp18.1 belonging to the cytoplasmic class I small Hsp, and shares 60-70% sequence homology with other cytoplasmic class I small Hsp of Arabidopsis. In addition, Eshsp16.9 was compared to other cytoplasmic classes I small Hsps present in other plants (Figure 3). Sequence homology showed that Eshsp16.9 was close to the class I small Hsps of wheat (96%) or barley (94.7%). In addition, Eshsp16.9 showed a high similarity of more than 80% in the monocots and 70% in the dicotyledons (Fig. 4).

실시예 3: 비생물적 스트레스 처리에 따른 Eshsp16.9 유전자의 발현 조사Example 3: Expression of Eshsp16.9 gene by abiotic stress treatment

Eshsp16.9의 발현 분석을 위해, 4주령의 시베리안 와일드 라이그라스 유식물에 각각 고온(42℃), 저온(4℃), 염(300mM NaCl), 구리(CuSO4, 500μM), 카드뮴(CdCl2, 500μM), 비소(Na2HAsO4.7H2O, 500μM), 메틸 비올로겐(MV, 1 mM) 또는 과산화수소(H2O2, 10 mM)를 처리하였다. 고온 또는 저온 처리를 위해, 유식물을 42℃ 또는 4℃의 온도 조절된 생장상으로 옮겼다. 염 또는 중금속 처리를 위해, 유식물을 상기 농도의 염 또는 중금속을 포함하는 물로 관수하였다. 메틸비올로겐 및 과산화수소 처리를 위해, 상기 농도의 MV 또는 과산화수소를 포함하는 물 위에 잎 조각을 띄웠다. 스트레스 처리된 식물을 수확하고, 액체 질소로 냉각시켜 사용 전까지 -80℃에서 보관했다.
(4 ° C), salt (300 mM NaCl), copper (CuSO 4 , 500 μM), and cadmium (CdCl 2 , respectively) were added to 4-week-old Siberian wild- , 500 μM), arsenic (Na 2 HAsO 4 .7H 2 O, 500 μM), methyl viologen (MV, 1 mM) or hydrogen peroxide (H 2 O 2 , 10 mM). For high or low temperature treatments, the oil plants were transferred to a temperature-controlled growth phase at 42 ° C or 4 ° C. For the treatment of salts or heavy metals, the oil plants were irrigated with water containing the above concentrations of salts or heavy metals. For methyl viologen and hydrogen peroxide treatment, leaf slices were floated on water containing MV or hydrogen peroxide at the above concentrations. The stressed plants were harvested, cooled with liquid nitrogen and stored at -80 ° C until use.

노던 블롯 분석(Northern blot analysis)Northern blot analysis

다양한 비생물적 스트레스에 반응하는 Eshsp16.9 유전자의 전사 발현을 조사하기 위해, 전체 RNA를 TRIzol 시약(Qiagen, CA, USA)으로 각 스트레스 처리된 잎으로부터 분리하였다. 추출된 전체 RNA(10g)를 포름알데하이드를 포함하는 1.2% 아가로스 겔에 전기영동하여 분획한 후 Hybond-N+ 나일론 막(Amersham, Little Chalfont, UK)에 전이하였다. 블롯을 PCR 증폭된 Eshsp16.9 유전자인 32P-표지된 프로브(32P-labeled probe)로 65에서 하룻밤 혼성화하고, 노던 블롯 분석을 수행하였다.To investigate transcriptional expression of the Eshsp16.9 gene in response to various abiotic stresses, total RNA was isolated from each stressed leaf with TRIzol reagent (Qiagen, CA, USA). The extracted total RNA (10 g) was fractionated by electrophoresis on 1.2% agarose gel containing formaldehyde and transferred to a Hybond-N + nylon membrane (Amersham, Little Chalfont, UK). Hybridization overnight at 65 in a blot of the PCR-amplified gene Eshsp16.9 32 P- labeled probe (32 P-labeled probe), followed by performing a Northern blot analysis.

도 5에 나타낸 바와 같이, Eshsp16.9 mRNA의 양은 고온 스트레스 환경에서 급속하고 방대하게 증가하였고, 처리 후 36시간까지 높은 수준으로 유지되었다. 다른 한편으로는, 저온, 염, 구리, 또는 카드뮴 처리 하에서는 Eshsp16.9의 발현이 드물게 검출되었다. 비소 스트레스는 Eshsp16.9의 소량 증가를 유발하였고, 산화 스트레스를 일으키는 메틸비올로겐(MV) 및 과산화수소는 Eshsp16.9 mRNA의 방대한 증가를 유도하였다. 기근 스트레스 또한 물 공급 중단 36시간 이후 Eshsp16.9의 발현을 증가시켰다. 이러한 결과를 볼때, Eshsp16.9는 고온, 기근, 중금속, 또는 MV, 과산화수소와 같은 산화성 스트레스에 주요한 역할을 하는 것을 확인하였다.
As shown in Figure 5, the amount of Eshsp16.9 mRNA rapidly and dramatically increased in a high temperature stress environment and remained high until 36 hours after treatment. On the other hand, expression of Eshsp16.9 was rarely detected under low temperature, salt, copper, or cadmium treatment. Arsenic stress caused a slight increase in Eshsp16.9, and methylvioligen (MV) and hydrogen peroxide causing oxidative stress induced a massive increase in Eshsp16.9 mRNA. Familial stress also increased the expression of Eshsp16.9 after 36 hours of water withdrawal. These results indicate that Eshsp16.9 plays a major role in oxidative stresses such as high temperature, famine, heavy metals, or MV and hydrogen peroxide.

실시예 4: 재조합 Eshsp16.9 단백질의 발현 및 정제Example 4 Expression and Purification of Recombinant Eshsp16.9 Protein

실험방법은 글루타치온 S-트랜스퍼레이즈(glutathione S-transferase, GST) 및 6x-히스티딘-태그(6x-His tag)와 함께 재조합 Eshsp16.9 단백질의 발현을 위해, Eshsp16.9를 pET-41a 플라스미드에에 결합시켰다. 플라스미드를 대장균(E. coli) BL21(DE3) 세포로 형질전환시키고, 플라스미드를 포함하는 단일 콜로니를 37℃에서 하룻밤 생장시켰다. 배양물을 새로운 LB 액체배지에 접종시키고 OD600이 0.6-0.8에 이르기까지 배양했다. 재조합 단백질을 0.2 mM 아이소프로필-1-티오-β-D-갈락토피라노사이드(isopropyl-1-thio-β-D-galactopyranoside, IPTG) 첨가하여 유도했고 이후 세포를 4시간 동안 배양했다. 원심분리에 의한 수확 이후, 세포를 인산 버퍼 식염수(phosphate buffered saline, PBS)에 재현탁 및 사용 전까지 -80 °C에서 냉각시켰다. 해동 후, 재현탁된 세포를 1% 트리톤 X-100의 존재 하에 20분 동안 얼음 상에 배양시키고, 초음파분해로 분해하였다. 원심분리 후, 상청액을 글루타치온 세파로스 4B 친화성 칼럼에 처리했다. GST 융합된 Eshsp16.9 재조합 단백질을 10mM 감소된 글루타치온으로 용리하고, 이후 40mM HEPES (pH 7.5) 버퍼에 대하여 투석했다.For the expression of the recombinant Eshsp16.9 protein with glutathione S- transferase (GST) and 6x-histidine-tag (6x-His tag), Eshsp16.9 was added to the pET-41a plasmid Lt; / RTI > The plasmid was transformed into E. coli . BL21 (DE3) cells, and single colonies containing the plasmids were grown overnight at 37 占 폚. Cultures were inoculated into fresh LB liquid medium and cultured to an OD600 of 0.6-0.8. Recombinant proteins 0.2 mM isopropyl-1-thio -β- D - was induced by addition of galactosyl-pyrano side (isopropyl-1-thio-β- D -galactopyranoside, IPTG) were cultured for 4 hours after the cells. After harvesting by centrifugation, cells were resuspended in phosphate buffered saline (PBS) and chilled at -80 ° C until use. After thawing, resuspended cells were cultured on ice for 20 minutes in the presence of 1% Triton X-100 and degraded by sonication. After centrifugation, the supernatant was treated with a Glutathione Sepharose 4B affinity column. The GST-fused Eshsp16.9 recombinant protein was eluted with 10 mM reduced glutathione and then dialyzed against 40 mM HEPES (pH 7.5) buffer.

재조합 Eshsp16.9 단백질의 발현 조건을 위해, Eshsp16.9를 포함하는 세포를 0, 0.2 mM, 및 1 mM과 같은 다양한 IPTG 농도, 및 IPTG 유도 이후 18, 26, 및 37°C와 같은 다양한 온도에서 배양했다. 방대한 양의 재조합 Eshsp16.9 단백질이 0.2 mM IPTG 유도 이후에 4시간 동안 37°C의 조건에서 생성되었다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 재조합 Eshsp16.9 (43.8 kDa)의 예상되는 크기는 IPTG 유도 이후 전체 분획에서 높게 발현되는 반면, IPTG가 없이는(0 mM) 검출되지 않았다. 나아가, 재조합 Eshsp16.9 단백질은 상청액(S) 및 펠렛(P) 분획 모두에서 유사하게 발현되었다(도 6). 상청액 분획을 이용하여, 글루타치온 엑셀로스 수지(Glutathione Excellose resin)를 통해 정제, 감소된 글루타치온(GSH)을 통해 용리, 및 10% SDS-PAGE 상에 분리했다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 재조합 Eshsp16.9 단백질의 방대한 양이 정제되었다.
For expression conditions of the recombinant Eshsp16.9 protein, cells containing Eshsp16.9 were incubated at various temperatures, such as 18, 26, and 37 ° C, and various IPTG concentrations, such as 0, 0.2 mM, and 1 mM, Lt; / RTI > A vast amount of recombinant Eshsp16.9 protein was generated at 37 ° C for 4 hours after 0.2 mM IPTG induction. As shown in Figure 6, the expected size of the recombinant Eshsp16.9 (43.8 kDa) was highly expressed in the whole fraction after induction of IPTG, but not in the absence of IPTG (0 mM). Furthermore, the recombinant Eshsp16.9 protein was similarly expressed in both supernatant (S) and pellet (P) fractions (Figure 6). The supernatant fractions were used to purify through Glutathione Excellose resin, elute through reduced glutathione (GSH), and on 10% SDS-PAGE. As shown in Figure 7, a vast amount of recombinant Eshsp16.9 protein was purified.

실시예 5: 체외 홀다제 샤페론(Holdase chaperone) 분석Example 5: Analysis of Holder chaperone in vitro

재조합 GST-융합된 Eshsp16.9 단백질을 아라비답시스 말산 탈수효소(malate dehydrogenase, MDH, EC 1.1.1.37)의 열응집을 감소시키는 능력을 측정함으로써 샤페론 활성을 실험하였다. MDH 응집은 45°C에서 온도조절 세포 홀더 어셈블리(thermostatic cell holder assembly)를 위해 베크만 DU-80 분광광도계(Beckman DU-80 spectrophotometer)를 사용하여 340 nm에서 흡수를 측정함으로써 40 mM HEPES(pH 7.5)와 함께 GST-융합된 Eshsp16.9의 부재 또는 다양한 농도에서 측정하였다.Chaperone activity was tested by measuring the ability of the recombinant GST-fused Eshsp16.9 protein to reduce thermal aggregation of arabicidal malate dehydrogenase (MDH, EC 1.1.1.37). MDH agglutination was assayed in 40 mM HEPES (pH 7.5) by measuring the absorbance at 340 nm using a Beckman DU-80 spectrophotometer for a thermostatic cell holder assembly at 45 ° C. In the presence or absence of GST-fused Eshsp16.9.

small Hsps는 고온 스트레스 조건에서 기질의 비가역적 응집을 방지하는 분자 샤페론으로 알려져 있다. Eshsp16.9의 기능적 샤페론 특성을 밝혀내기 위해, 샤페론 분석에 최적의 모델 기질의 하나인 말산 탈수소효소(malate dehydrogenase, MDH)를 45°C의 열응집 조건 하에 변성시키고 15분 동안 관찰하였다.Small Hsps are known as molecular chaperones that prevent irreversible aggregation of substrates under high temperature stress conditions. To elucidate the functional chaperone properties of Eshsp 16.9, malate dehydrogenase (MDH), one of the best model substrates for chaperone analysis, was denatured under thermal coagulation conditions at 45 ° C and observed for 15 min.

Eshsp16.9 단백질이 없으면, MDH는 고온 변성 조건에서 10분에 이르기까지 빠르게 변성되었고, 이후 곡선은 5분 동안 거의 평편해져 MDH가 완전히 변성됨을 가리켰다. 그러나 MDH 변성은 Eshsp16.9의 존재 하에서 강하고 투여량 의존적으로 보호되었으며, MDH보다 5 몰 농도 높은 Eshsp16.9는 MDH 변성에 대해 거의 90% 보호하였다. MDH가 없는 Eshsp16.9의 빛의 산란 값은 고온 변성 조건에서 증가하지 않았으며, 이는 Eshsp16.9 단백질이 고온 안정성 단백질임을 가리킨다(도 8).
In the absence of the Eshsp16.9 protein, MDH rapidly denatured to 10 minutes under high temperature denaturation conditions, and the curve then became nearly flat for 5 minutes indicating that the MDH was completely denatured. However, MDH denaturation was strongly and dose-dependently protected in the presence of Eshsp16.9 and Eshsp16.9, a 5-molar concentration higher than MDH, was almost 90% protected against MDH denaturation. The light scattering values of Eshsp16.9 without MDH did not increase at high temperature denaturation conditions, indicating that the Eshsp16.9 protein is a high temperature stability protein (Figure 8).

실시예 6: 대장균에서 비생물적 스트레스에 대한 생장 저해 분석Example 6: Growth inhibition assay against abiotic stress in Escherichia coli

스트레스를 가할때 전사 활성이 증가되는 Eshsp16.9 단백질의 비생물적 스트레스에 대한 저항성을 측정하였다. 이를 위해, 대장균 생장 저해 분석을 사용한 원핵생물 시스템을 적용하였다.Resistance to abiotic stress of Eshsp16.9 protein, which increases transcriptional activity when stress is applied, was measured. To this end, a prokaryotic system using E. coli growth inhibition assay was applied.

빈 벡터(pET-41a) 및 Eshsp16.9(pET-41a:Eshsp16.9)를 포함하는 대장균 세포를 37℃에서 하룻밤 배양하고 1:100 부피비(세포:배지)의 신선한 LB 액체배지로 접종하였다. 세포를 OD600 0.6에 이르기까지 지속적으로 배양했다. IPTG (0.5 mM) 유도 이후, 세포를 NaCl(400 mM), 비소(As, 0.1mM), 폴리에틸렌글리콜(3%) 및 고온(48℃)와 같이 다양한 스트레스로 즉시 처리했다. 세포 생장을 4시간 동안 각 시간마다 분광광도계(OD600)로 측정했다. 결과는 6개의 독립적인 실험을 평균하였다.E. coli cells containing the empty vector (pET-41a) and Eshsp16.9 (pET-41a: Eshsp16.9) were cultured overnight at 37 DEG C and inoculated with fresh LB liquid medium at a 1: 100 volume ratio (cell: medium). The cells were continuously cultured to an OD600 of 0.6. After induction of IPTG (0.5 mM), the cells were immediately treated with various stresses such as NaCl (400 mM), arsenic (As, 0.1 mM), polyethylene glycol (3%) and high temperature (48 ° C). Cell growth was measured with a spectrophotometer (OD600) at each hour for 4 hours. The results averaged six independent experiments.

벡터(pET41a, 대조군) 또는 Eshsp16.9(pET41a:Eshsp16.9)를 포함하는 세포를 도 9a에서 나타낸 것처럼 IPTG를 통해 과발현시켰다. 그리고 세포들을 비생물적 스트레스 처리 전에 동일한 세포 광학 밀도(OD)를 보이도록 희석했다. 희석된 세포들을 즉시 염(NaCl), 비소(As), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 또는 고온(45℃) 스트레스에 노출시키고 4시간 동안 매시간 세포 생장을 체크하였다. Cells containing the vector (pET41a, control) or Eshsp16.9 (pET41a: Eshsp16.9) were over-expressed via IPTG as shown in Figure 9a. And cells were diluted to show the same cell optical density (OD) prior to abiotic stress treatment. Diluted cells were immediately exposed to salt (NaCl), arsenic (As), polyethylene glycol (PEG), or high temperature (45 ° C) stress and cell growth was monitored hourly for 4 hours.

스트레스가 없는 환경에서, 벡터 또는 Eshsp16.9를 포함하는 세포는 4시간 배양 동안 유사하게 생장하였다(도 9a). 그러나 벡터의 세포 성장은 다양한 스트레스의 존재 하에서 현저하게 억제되었다(도 9b~e).In a stress-free environment, cells containing the vector or Eshsp16.9 grew similarly during 4 hour incubation (Figure 9a). However, the cell growth of the vector was significantly inhibited in the presence of various stresses (Fig. 9b-e).

반면 Eshsp16.9를 포함하는 세포는 염, 비소, 및 PEG의 존재 하에도 벡터를 포함하는 세포에 비해 더욱 생장하였다(도 9b~d). 그러나 예상치 못하게 고온 스트레스에서는 Eshsp16.9 세포의 생장은 벡터의 생장과 유사하게 억제되었다(도 9e). 이러한 실험결과는 대장균 내 Eshsp16.9의 과발현은 염, 비소, 또는 PEG 스트레스에 대한 내성을 증가시킴을 가리킨다.
On the other hand, cells containing Eshsp16.9 grew more in the presence of salt, arsenic, and PEG than cells containing the vector (Fig. 9b-d). Unexpectedly, however, at high temperature stress, the growth of Eshsp16.9 cells was inhibited similarly to vector growth (Fig. 9e). These results indicate that overexpression of Eshsp16.9 in E. coli increases resistance to salt, arsenic, or PEG stress.

실시예 7: 모델 식물(담배)을 이용한 EsHsp16.9 단백질 발현에 따른 중금속 (비소)의 저항성 측정Example 7: Resistance measurement of heavy metals (arsenic) according to expression of EsHsp16.9 protein using model plant (tobacco)

본 실시예에서 사용된 형질전환 기술은 Dane K. Fisher and Mark J. Guiltinan. "Plant Molecular Biology Reporter" pp. 278-289, 1995에 의해 검토된 아그로박테리움 유전자 전달 시스템에 기초한다. 모델 식물에 EsHsp16.9 유전자를 형질전환시키기 위해 CaMV 35S 프로모터의 조절 하에서 식물 형질전환 벡터 pCAMBIA3300-EsHsp16.9 시스템을 사용하였다(도 10).The transformation techniques used in this example are described by Dane K. Fisher and Mark J. Guiltyinan. "Plant Molecular Biology Reporter" pp. 278-289, 1995. < / RTI > The plant transformation vector pCAMBIA3300-EsHsp16.9 system was used under the control of the CaMV 35S promoter to transform EsHsp16.9 gene into model plants (Fig. 10).

EsHsp16.9가 형질전환된 담배(Tg-1) 식물체의 비소에 대한 내성을 분석하기 위하여 MS 배지에 300 M 비소(As)가 각각 첨가된 MS 배지에 형질전환된 담배 식물체를 발아시켜 2주 동안 배양한 후 식물체의 생장을 조사하였다. 그 결과 비소를 처리한 처리구에서는 비형질전환식물체 (NT)의 생장은 크게 억제되고 고사하였으나, EsHsp16.9가 형질전환된 담배(Tg-1)는 생육하였다(도 11). In order to analyze the tolerance of EsHsp16.9 transformed tobacco (Tg-1) plants to arsenic, transformed tobacco plants were germinated on MS medium supplemented with 300 M arsenic (As) After the cultivation, the growth of the plants was examined. As a result, the growth of the non-transformed plant (NT) was greatly suppressed and killed in the treatment with arsenic, but the transformed tobacco (Tg-1) transformed with EsHsp16.9 was grown.

이 결과로부터 형질전환된 EsHsp16.9 단백질의 발현이 식물체의 비소 스트레스에 대한 내성을 증진시키는 것을 확인하였다.From these results, it was confirmed that the expression of the transformed EsHsp16.9 protein enhances the resistance of the plant to arsenic stress.

<110> RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION <120> Eshsp16.9 gene and uses thereof <130> P14-236 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 456 <212> DNA <213> EsHsp16.9 (Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) <400> 1 atgtcgatcg tgcggcggag caacgtcttc gacccattcg ctgacctctg ggccgacccc 60 ttcgacacct tccgctccat cgttccggcg atctcaggca gcaacagcga gacggctgcg 120 ttcgccaacg cccgggtgga ctggaaggag acgccagagg cgcacgtctt taaggccgac 180 ctccccggcg tgaagaaaga ggaggtcaaa gttgaggtgg aggacggcaa cgtgctcgtc 240 gtcagcggtg agcgcactaa ggagaaggag gacaagaacg acaagtggca ccgcgtggag 300 cgaagcagcg gcaagttcga gcggcgcttc cgcctgccgg aggacgccaa ggtggaggag 360 gtcaaggctg ggctggagaa cggcgtgctc actgtcaccg tgcccaaggc agaggtcaag 420 aagcccgagg tgaaggccat cgagatctcc ggctga 456 <210> 2 <211> 151 <212> PRT <213> EsHsp16.9 (Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) <400> 2 Met Ser Ile Val Arg Arg Ser Asn Val Phe Asp Pro Phe Ala Asp Leu 1 5 10 15 Trp Ala Asp Pro Phe Asp Thr Phe Arg Ser Ile Val Pro Ala Ile Ser 20 25 30 Gly Ser Asn Ser Glu Thr Ala Ala Phe Ala Asn Ala Arg Val Asp Trp 35 40 45 Lys Glu Thr Pro Glu Ala His Val Phe Lys Ala Asp Leu Pro Gly Val 50 55 60 Lys Lys Glu Glu Val Lys Val Glu Val Glu Asp Gly Asn Val Leu Val 65 70 75 80 Val Ser Gly Glu Arg Thr Lys Glu Lys Glu Asp Lys Asn Asp Lys Trp 85 90 95 His Arg Val Glu Arg Ser Ser Gly Lys Phe Glu Arg Arg Phe Arg Leu 100 105 110 Pro Glu Asp Ala Lys Val Glu Glu Val Lys Ala Gly Leu Glu Asn Gly 115 120 125 Val Leu Thr Val Thr Val Pro Lys Ala Glu Val Lys Lys Pro Glu Val 130 135 140 Lys Ala Ile Glu Ile Ser Gly 145 150 <110> RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION <120> Eshsp16.9 gene and uses thereof <130> P14-236 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 456 <212> DNA <213> EsHsp16.9 (Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) <400> 1 atgtcgatcg tgcggcggag caacgtcttc gacccattcg ctgacctctg ggccgacccc 60 ttcgacacct tccgctccat cgttccggcg atctcaggca gcaacagcga gacggctgcg 120 ttcgccaacg cccgggtgga ctggaaggag acgccagagg cgcacgtctt taaggccgac 180 ctccccggcg tgaagaaaga ggaggtcaaa gttgaggtgg aggacggcaa cgtgctcgtc 240 gtcagcggtg agcgcactaa ggagaaggag gacaagaacg acaagtggca ccgcgtggag 300 cgaagcagcg gcaagttcga gcggcgcttc cgcctgccgg aggacgccaa ggtggaggag 360 gtcaaggctg ggctggagaa cggcgtgctc actgtcaccg tgcccaaggc agaggtcaag 420 aagcccgagg tgaaggccat cgagatctcc ggctga 456 <210> 2 <211> 151 <212> PRT <213> EsHsp16.9 (Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) <400> 2 Met Ser Ile Val Arg Arg Ser Asn Val Phe Asp Pro Phe Ala Asp Leu   1 5 10 15 Trp Ala Asp Pro Phe Asp Thr Phe Arg Ser Ile Val Pro Ala Ile Ser              20 25 30 Gly Ser Asn Ser Glu Thr Ala Ala Phe Ala Asn Ala Arg Val Asp Trp          35 40 45 Lys Glu Thr Pro Glu Ala His Val Phe Lys Ala Asp Leu Pro Gly Val      50 55 60 Lys Lys Glu Glu Val Lys Val Glu Val Glu Asp Gly Asn Val Leu Val  65 70 75 80 Val Ser Gly Glu Arg Thr Lys Glu Lys Glu Asp Lys Asn Asp Lys Trp                  85 90 95 His Arg Val Glu Arg Ser Ser Gly Lys Phe Glu Arg Arg Phe Arg Leu             100 105 110 Pro Glu Asp Ala Lys Val Glu Glu Val Lys Ala Gly Leu Glu Asn Gly         115 120 125 Val Leu Thr Val Thr Val Pro Lys Ala Glu Val Lys Lys Pro Glu Val     130 135 140 Lys Ala Ile Glu Ile Ser Gly 145 150

Claims (7)

서열번호 2의 아미노산 서열로 표시되는 EsHsp16.9 (Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) 단백질을 포함하며,
염, 기근 및 중금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 식물 스트레스 내성 증진용 조성물.
An EsHsp16.9 ( Elymus sibiricus L. Heat shock protein 16.9) protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2,
Salt, famine, and heavy metal.
서열번호 1의 염기서열로 표시되는 유전자를 포함하며,
염, 기근 및 중금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 식물 스트레스 내성 증진용 조성물.
A gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
Salt, famine, and heavy metal.
제2항의 유전자 또는 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 포함하며,
염, 기근 및 중금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 식물 스트레스 내성 증진용 조성물.
A recombinant vector comprising the gene of claim 2 or a gene encoding the protein of claim 1,
Salt, famine, and heavy metal.
제2항의 유전자 또는 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포.A host cell transformed with a recombinant vector comprising the gene of claim 2 or a gene encoding the protein of claim 1. 제2항의 유전자 또는 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 식물 세포에 형질전환시켜 EsHsp16.9 유전자를 과발현하는 단계를 포함하며,
염, 기근 및 중금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 식물 스트레스 내성을 증진시키는 방법.
Transfecting a plant cell with a recombinant vector comprising the gene of claim 2 or a gene encoding the protein of claim 1, and overexpressing the EsHsp16.9 gene,
Salt, famine, and heavy metals.
제2항의 유전자 또는 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 식물 세포에 형질전환시켜 EsHsp16.9 유전자를 과발현시킨,
염, 기근 및 중금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체.
A recombinant vector comprising the gene of claim 2 or a gene encoding the protein of claim 1 is transformed into a plant cell to overexpress the EsHsp16.9 gene,
Wherein the stress tolerance of the transgenic plant is enhanced by at least one of the group consisting of a salt, a famine, and a heavy metal.
제2항의 유전자 또는 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및 상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는,
염, 기근 및 중금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 스트레스에 대한 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법.
Transforming a plant cell with a recombinant vector comprising the gene of claim 2 or a gene encoding the protein of claim 1; And regenerating the plant from the transformed plant cell.
Wherein the tolerance to stress is enhanced by a method selected from the group consisting of a salt, a famine, and a heavy metal.
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