KR101683721B1 - Transgenic plant with enhanced tolerance and resistance to environmental stress by introducing grxB gene and preparation method thereof - Google Patents

Transgenic plant with enhanced tolerance and resistance to environmental stress by introducing grxB gene and preparation method thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 grxB 유전자를 포함하는 식물의 환경 스트레스 저항성 향상용 조성물, 그리고 상기 조성물로 형질전환된 식물 세포 또는 식물체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 grxB 유전자를 식물에 형질전환시켜 환경 스트레스에 대한 저항성이 증진된 형질전환 식물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 grxB 유전자를 식물에 형질전환시켜 식물의 환경 스트레스에 대한 저항성을 증진시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for improving the environmental stress resistance of a plant comprising the grxB gene, and a plant cell or plant transformed with the composition. In addition, the present invention relates to a method for producing a transgenic plant having enhanced resistance to environmental stress by transforming a plant of the grxB gene into a plant. The present invention also relates to a method of transforming a plant into a plant to enhance resistance to environmental stress.

Description

grxB 유전자가 형질전환된 환경 스트레스에 대한 내성 및 저항성이 증진된 형질전환 식물체 및 그 제조방법 {Transgenic plant with enhanced tolerance and resistance to environmental stress by introducing grxB gene and preparation method thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a transgenic plant having enhanced tolerance and resistance to environmental stress in which a grxB gene is transformed and a method for producing the same.

본 발명은 grxB (glutaredoxin B)유전자를 포함하는 식물의 환경 스트레스 저항성 향상용 조성물, 그리고 상기 조성물로 형질전환된 식물 세포 또는 식물체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 grxB 유전자를 식물에 형질전환시켜 환경 스트레스에 대한 저항성이 증진된 형질전환 식물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 grxB 유전자를 식물에 형질전환시켜 식물의 환경 스트레스에 대한 저항성을 증진시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for enhancing environmental stress resistance of a plant containing a grxB (glutaredoxin B) gene, and a plant cell or plant transformed with said composition. In addition, the present invention relates to a method for producing a transgenic plant having enhanced resistance to environmental stress by transforming a plant of the grxB gene into a plant. The present invention also relates to a method of transforming a plant into a plant to enhance resistance to environmental stress.

다양한 산화효소 및 과산화효소의 활성을 통해 발생되는 활성산소 (Reactive oxygen species, ROS)는, 내부 발생 신호 또는 외부 환경 자극에 반응하여 세포 내 신호전달 물질로 작용하여 항산화효소나 열충격 단백질과 같은 식물생체 방어에 필요한 유전자들의 발현을 유도하게 되지만, ROS 의 농도가 증가되면 생리적인 장해를 유발하게 된다. 가뭄, 고온, 저온, 염분, 건조, 공해, 상처, 오존, 과다한 자외선 노출 및 삼투압 충격과 같은 각종 비생물적 환경 스트레스에 의하여 식물 내 ROS 가 과도하게 축적될 수 있으며, 이에 의하여 세포 내 거대분자들(macromolecules)을 손상되고 세포가 죽음에 이를 수 있다.Reactive oxygen species (ROS) generated through the activity of various oxidase and peroxidase enzymes act as an intracellular signaling substance in response to an internal developmental signal or an external environmental stimulus, The expression of genes necessary for defense is induced, but the increase of ROS concentration causes physiological disorder. ROS in plants may accumulate excessively due to various abiotic environmental stresses such as drought, high temperature, low temperature, salinity, dryness, pollution, wound, ozone, excessive ultraviolet ray exposure and osmotic shock, (macromolecules) and can lead to cell death.

최근 식물에서 ROS에 의하여 매개되는 신호전달 경로에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이들 경로를 조절하게 되면 세포 내의 항산화 효소 및 생체방어 단백질의 발현을 증가시킬 수가 있고 궁극적으로는 각종 환경 스트레스에 저항성을 가진 식물체를 개발할 수 있을 것으로 기대되고 있다.Recently, interest in ROS-mediated signal transduction pathways has been increasing in plants. Regulation of these pathways may increase the expression of antioxidant enzymes and bio-defense proteins in cells, and ultimately resistance to various environmental stresses It is expected to be able to develop plants.

한편, 식물 내 항산화 시스템에서, 글루타레독신 (glutaredoxin, Grx)의 생리적 역할은 잘 알려져 있지 않다. Grx 는 거의 모든 동물, 식물, 미생물에 존재하는 글루타치온-의존성 환원효소로 알려져 있으며, 글루타치온 의존적 반응을 촉매하여 활성산소에 의한 손상으로부터 특정 세포 단백질을 보호한다. E.coli 는 5개의 Grx (EcGrxA , EcGrxB , EcGrxC , EcGrxD, 및 EcNrdH)를 가지고 있으며, 애기장대는 31개의 Grx 를 가지고 있다. On the other hand, the physiological role of glutaredoxin (Grx) in plant antioxidant systems is not well known. Grx is known as a glutathione-dependent reductase present in almost all animals, plants and microorganisms and catalyzes glutathione-dependent reactions to protect specific cellular proteins from damage by reactive oxygen species. E. coli has five Grx ( EcGrxA , EcGrxB , EcGrxC , EcGrxD , and EcNrdH ), and Arabidopsis has 31 Grx.

본 발명자들은 E.coli 의 Grx 유전자들이 식물의 환경 스트레스에 대한 저항성에 미치는 영향을 연구하던 중, grxB 유전자가 형질전환된 식물체의 경우 고염 스트레스, 고온 스트레스, 건조(가뭄) 스트레스, 침수 스트레스, 저산소 스트레스 및 자외선 스트레스에 대한 저항성 및 내성을 나타내는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors have studied the effect of the Grx genes of E. coli on the environmental stress tolerance of plants. In the case of the transformed plant, the grxB gene has been found to be resistant to high salt stress, high temperature stress, dry (drought) stress, Stress and ultraviolet stress, and completed the present invention.

대한민국 특허등록 제10-1431124호 (2014. 8. 18)Korea Patent Registration No. 10-1431124 (Aug. 18, 2014)

본 발명의 하나의 목적은 grxB 유전자를 포함하는, 식물의 환경 스트레스 저항성 향상용 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a composition for improving the environmental stress resistance of a plant, which comprises the grxB gene.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 조성물로 형질전환된 식물 세포를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a plant cell transformed with the above composition.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 조성물로 형질전환된 식물을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a plant transformed with said composition.

본 발명의 또 하나의 목적은 grxB 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는, 환경 스트레스에 대한 저항성이 증진된 형질전환 식물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a transgenic plant having enhanced resistance to environmental stress, which comprises transforming a plant into a plant.

본 발명의 또 하나의 목적은 grxB 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는, 식물의 환경 스트레스에 대한 저항성을 증진시키는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for enhancing the resistance of a plant to environmental stress, including a step of transforming a plant into a plant.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 grxB 유전자를 포함하는, 식물의 환경 스트레스 저항성 향상용 조성물에 관한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a composition for improving the environmental stress resistance of a plant, which comprises the grxB gene.

바람직한 양태로서, 상기 환경 스트레스는 환경 스트레스는 고염 스트레스, 고온 스트레스, 건조(가뭄) 스트레스, 침수 스트레스, 저산소 스트레스 또는 자외선 스트레스를 포함한다.In a preferred embodiment, the environmental stress includes environmental stress such as high salt stress, high temperature stress, dry (drought) stress, submergence stress, hypoxic stress or ultraviolet stress.

바람직한 양태로서, 상기 grxB 유전자는 대장균(E.coli) 유래의 것일 수 있다.In a preferred embodiment, the grxB gene may be derived from E. coli.

바람직하게, 상기 grxB 유전자는 서열번호 1의 아미노산 서열을 코딩하는 핵산 서열로 이루어진 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게, 상기 grxB 유전자는 서열번호 2의 핵산 서열로 이루어진 것일 수 있다.Preferably, the grxB gene may comprise a nucleic acid sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and more preferably, the grxB gene may comprise the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 2.

또한 바람직하게, 상기 grxB 유전자는 식물 발현용 재조합 벡터 형태로 포함된 형태일 수 있다.Also preferably, the grxB gene may be in the form of a recombinant vector for plant expression.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 조성물로 형질전환되어 환경 스트레스 저항성이 증진된 식물 세포에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a plant cell transformed with the above composition and having enhanced environmental stress resistance.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 조성물로 형질전환되어 환경 스트레스 저항성이 증진된 식물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a plant transformed with the above composition and having enhanced environmental stress resistance.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 grxB 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는, 환경 스트레스에 대한 저항성이 증진된 형질전환 식물을 제조하는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for producing a transgenic plant having enhanced resistance to environmental stress, comprising the step of transforming a plant into a plant.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 grxB 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는, 식물의 환경 스트레스에 대한 저항성을 증진시키는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for enhancing the resistance of a plant to environmental stress, including the step of transforming a plant into a plant.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

글루타레독신 (glutaredoxin, Grx)은 거의 모든 동물, 식물, 미생물에 존재하는 글루타치온-의존성 환원효소로 알려져 있으며, CXXC, CXXS 를 활성 부위로 가지고 있고, 글루타치온 의존적 반응을 촉매하여 활성산소에 의한 손상으로부터 특정 세포 단백질을 보호한다. E.coli 는 5개의 Grx (EcGrxA , EcGrxB , EcGrxC , EcGrxD, 및 EcNrdH)를 가지고 있다. Glutaredoxin (Grx) is known as a glutathione-dependent reductase present in almost all animals, plants and microorganisms. It has CXXC and CXXS as active sites and catalyzes the glutathione-dependent reaction, Protects specific cellular proteins. E. coli has five Grx ( EcGrxA , EcGrxB , EcGrxC , EcGrxD , and EcNrdH ).

본원에서, grxB 유전자는 대장균 유래의 것이 바람직하다. 본원에서, 대장균 유래의 grxB 유전자는 서열번호 2의 핵산 서열을 가지며, 이에 의해 코딩되는 단백질은 서열번호 1의 아미노산 서열을 가진다. In the present invention, the grxB gene is preferably derived from Escherichia coli. Herein, the grxB gene derived from E. coli has the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 2, and the protein encoded thereby has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

바람직하게, 본 발명에서 grxB 유전자는 기능적으로 균등한 코돈 또는 (코돈의 축퇴성에 의해) 동일한 아미노산을 코딩하는 코돈, 또는 생물학적으로 균등한 아미노산을 코딩하는 코돈을 포함하는 핵산분자를 포함한다. 또한, 생물학적 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 본 발명에서 이용되는 유전자는 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 배열하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 배열된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성, 보다 바람직하게는 70%의 상동성, 보다 더 바람직하게는 80%의 상동성, 가장 바람직하게는 90%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. 서열비교를 위한 배열 방법은 당업계에 공지되어 있다. Preferably, in the present invention, the grxB gene comprises a nucleic acid molecule comprising a functionally equivalent codon or a codon encoding the same amino acid (by codon degeneracy), or a codon encoding a biologically equivalent amino acid. In addition, considering a mutation having biological equivalent activity, the gene used in the present invention is interpreted to include a sequence showing substantial identity with the sequence described in the sequence listing. The above-mentioned substantial identity is determined by arranging the above-mentioned sequence of the present invention and any other sequence to correspond to each other as much as possible, and analyzing sequences arranged using algorithms commonly used in the art, at least 60% , More preferably 70% homology, even more preferably 80% homology, and most preferably 90% homology. Arrangement methods for sequence comparison are known in the art.

Grx 가 식물 내 항산화 시스템에서 환경 스트레스 저항성에 어떤 영향을 미치는지는 알려져 있지 않은 상황에서, 본 발명자들은 grxB 유전자을 형질전환시킨 식물체의 환경 스트레스에 대한 저항성이 월등하게 향상됨을 처음으로 규명하였다. 따라서, grxB 유전자를 이용하여 환경 스트레스 저항성이 증진된 식물을 제조할 수 있다.In a situation where it is not known how Grx affects environmental stress resistance in the plant antioxidant system, the inventors have for the first time demonstrated that the resistance to environmental stress of the plant transformed with the grxB gene is greatly improved. Therefore, a plant having enhanced environmental stress resistance can be produced using the grxB gene.

식물체 내에 grxB 유전자의 도입은 당업계에 공지된 다양한 방법에 의하여 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 식물 형질전환용 발현벡터가 이용될 수 있다. 벡터에 포함되는 적합한 프로모터로는, 식물체의 유전자 도입을 위해 당업계에서 통상적으로 이용되는 어떠한 것도 이용될 수 있으며, 예를 들어, SP6 프로모터, T7 프로모터, T3 프로모터, PM 프로모터, 옥수수의 유비퀴틴 프로모터, 컬리플라워 모자이크 바이러스(CaMV) 35S 프로모터, 노팔린 씬타아제(nos) 프로모터, 피그워트 모자이크 바이러스 35S 프로모터, 수가크레인 바실리폼 바이러스 프로모터, 콤멜리나 엘로우 모틀 바이러러스 프로모터, 리불로오스-1,5-비스-포스페이트 카르복실라아제 스몰 서브유티트(ssRUBISCO)의 광유도성 프로모터, 벼 사이토졸 트리오스포스페이트 이소머라아제(TPI) 프로모터, 아라비돕시스의 아데닌 포스포리보실트랜스퍼라아제 (APRT) 프로모터, 옥토파인 신타아제 프로모터 및 BCB(blue copper binding protein) 프로모터를 포함할 수 있다. Introduction of the grxB gene into the plant may be accomplished by a variety of methods known in the art, and preferably an expression vector for plant transformation may be used. Suitable promoters to be included in the vector may be any of those conventionally used in the art for transgenic introduction of plants, such as SP6 promoter, T7 promoter, T3 promoter, PM promoter, ubiquitin promoter of corn, (CaMV) 35S promoter, nopaline synthase (nos) promoter, Piguet mosaic virus 35S promoter, water crane basil lipid viral promoter, comeline yellow mothball virus promoter, ribulose-1,5- (TPI) promoter of Arabidopsis, adenine phospholiposyl transferase (APRT) promoter of Arabidopsis, a tryptophan synthase promoter of Octopane synthase (ssRUBISCO), a rice cytosolic triosephosphate isomerase An azeotropic promoter and a blue copper binding protein (BCB) promoter. .

또한, 상기 벡터는 3'-말단의 폴리아데닐화를 야기시키는 폴리 A 시그널서열을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아그로박테리움 투메파시엔스의 노팔린 신타아제 유전자로부터 유래된 것(NOS 3' end), 아그로박테리움 튜머페이션스의 옥토파인 신타아제 유전자로부터 유래된 것, 토마토 또는 감자의 프로테아제 억제자 I 또는 Ⅱ 유전자의 3' 말단 부분, CaMV 35S 터미네이터 및 OCS 터미네이터(octopine synthase terminator)서열을 포함할 수 있다.The vector may also comprise a poly A signal sequence which results in a 3'-terminal polyadenylation, for example from the nopaline synthase gene of Agrobacterium tumefaciens (NOS 3 ' end of the protease inhibitor I or II gene of the tomato or potato, the CaMV 35S terminator and the octopine synthase terminator sequence of Agrobacterium tumefaciens. can do.

또한, 상기 벡터는 선택적으로, 리포터 분자(예: 루시퍼라아제 및 β-글루쿠로니다아제)를 코딩하는 유전자를 추가적으로 포함할 수 있으며, 선택 표지로서 항생제(예: 네오마이신, 카베니실린, 카나마이신, 스펙티노마이신, 하이그로마이신 등) 또는 제초제(예: 바스타) 내성 유전자(예: 네오마이신 포스포트랜스퍼라아제 (nptⅡ), 하이그로마이신 포스포트랜스퍼라아제(hpt) 등)를 포함할 수 있다.In addition, the vector may optionally further comprise a gene encoding a reporter molecule (e.g., luciferase and beta -glucuronidase), and may further comprise an antibiotic (such as neomycin, carbenicillin, kanamycin, spectinomycin, hygromycin, etc.) or a herbicide (e.g., Basta) resistance gene (e.g., neomycin phospho-transferase dehydratase (nptⅡ), hygromycin phospho transferase dehydratase comprise the like) (hpt) .

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 식물발현용 재조합벡터는 아그로박테리움(Agrobacterium) 바이너리 벡터, 코인테그레이션 벡터(cointegration vector) 또는 T-DNA 부위를 포함하지는 않지만 식물에서 발현될 수 있도록 디자인된 일반 벡터가 사용될 수 있다. 이 중, 바이너리 벡터는 Ti(tumor inducible) 플라스미드에서 이동에 필요한 부분인 LB(left border)와 RB(right border)를 가지는 플라스미드와 타겟 뉴클레오타이드를 옮기는데 필요한 유전자를 가진 플라스미드를 두 개로 나누어 놓은 벡터를 말하며, 그 내부에 식물체에서 발현시키기 위한 프로모터 부위와 폴리아데닐화 신호 서열을 포함하는 벡터를 사용할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the recombinant vector for plant expression of the present invention does not contain an Agrobacterium binary vector, a cointegration vector or a T-DNA site but is designed so as to be expressed in a plant Can be used. Of these, the binary vector refers to a vector having two plasmids containing a plasmid having a left border (RB) and a right border (RB) necessary for movement in a Ti (tumor inducible) plasmid and a gene necessary for transferring a target nucleotide , A vector containing a promoter region and a polyadenylation signal sequence for expression in a plant can be used.

상기에서 바이너리 벡터 또는 코인테그레이션 벡터를 사용하는 경우, 식물체에 상기 재조합 벡터를 도입하기 위한 형질전환용 균주로는 아그로박테리움을 사용하는 것이 바람직하며(Agrobacterium - mediated transformation), 이때 아그로박테리움 투메파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens ) 또는 아그로박테리움 라이조게네스 (Agrobacterium rhizogenes )를 사용할 수 있다. 그밖에 T-DNA 부위를 포함하지 않는 벡터를 이용하는 경우에는, 전기천공법(electroporation), 입자 총법(microparticle bombardment), 폴리에틸렌 글리콜 침전법(polyethylene glycol-mediated uptake) 등이 재조합 플라스미드를 식물체로 도입하는데 이용될 수 있다. When a binary vector or a cointegration vector is used, it is preferable to use Agrobacterium - mediated transformation as a transformation strain for introducing the recombinant vector into a plant ( Agrobacterium - mediated transformation) Agrobacterium tumefaciens ) Or Agrobacterium ( Agrobacterium < RTI ID = 0.0 > rhizogenes ) Can be used. In the case of using a vector that does not contain a T-DNA region, electroporation, microparticle bombardment, polyethylene glycol-mediated uptake and the like are used to introduce a recombinant plasmid into a plant .

본원에서 형질전환의 대상이 되는 식물은, 성숙한 식물뿐만 아니라 성숙한 식물로 발육할 있는 식물 세포, 식물 조직 및 식물의 종자 등을 모두 포함하는 의미로서 이해된다.Plants to be transformed herein are understood to include both plant cells, plant tissues, and plant seeds that develop into adult plants as well as mature plants.

본 발명의 방법이 적용될 수 있는 식물은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서 형질전환 대상이 되는 식물은, 벼, 밀, 보리, 옥수수, 대두, 감자, 밀, 팥, 귀리 및 수수로 이루어진 군에서 선택된 식량작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 및 당근으로 이루어진 군에서 선택된 채소작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 및 유채로 이루어진 군에서 선택된 특용작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 및 바나나로 이루어진 군에서 선택된 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 및 튤립으로 이루어진 군에서 선택된 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 및 페레니얼라이그라스로 이루어진 군에서 선택된 사료작물류일 수 있다. 바람직하게는, 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, 또는 완두 등의 쌍자엽 식물일 수 있으며, 가장 바람직하게는 애기장대일 수 있다.Plants to which the method of the present invention can be applied are not particularly limited. The plants to be transformed in the present invention include food crops selected from the group consisting of rice, wheat, barley, corn, soybean, potato, wheat, red bean, oats and sorghum; Vegetable crops selected from the group consisting of Arabidopsis, cabbage, radish, red pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, squash, onions, onions and carrots; Ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, beet, perilla, peanut and rapeseed; Apple trees, pears, jujubes, peaches, sheep grapes, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots and banana; Roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies and tulips; And feed crops selected from the group consisting of Ryegrass, Red Clover, Orchardgrass, Alpha Alpha, Tall Fescue, and Fereniallaigrus. Preferably, the plant is selected from the group consisting of Arabidopsis, potato, eggplant, cigarette, pepper, tomato, burdock, ciliaceae, lettuce, bellflower, spinach, modern sweet potato, celery, carrot, parsley, parsley, cabbage, cabbage, Can be a dicotyledon such as melon, cucumber, amber, pak, strawberry, soybean, mung bean, kidney bean, or pea, and most preferably it can be a rice cob.

grxB 유전자를 식물에 도입하여 고염, 고온, 가뭄, 침수, 저산소 및 자외선 스트레스에에 대한 내성 및 저항성을 증진시킬 수 있으므로, 이를 이용하여 기후 변화에 따른 이상 환경 스트레스에 견디거나 추운 지방이나 간척지 같은 과염 토양에서 농작물 또는 화훼작물의 생산성 증진을 도모할 수 있다.By introducing the grxB gene into plants, it is possible to increase tolerance and resistance to high salt, high temperature, drought, submergence, hypoxia and ultraviolet stress, so that it can tolerate abnormal environmental stress due to climate change, The productivity of crops or flower crops in the soil can be promoted.

도 1은 본 발명에서 대자윤 유래 grxB 유전자(이하, EcGrxB)이 식물에 형질전환하기 위한 플라스미드를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 형질전환 식물체들에서 EcGrxB의 발현을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 EcGrxB 형질전환 식물의 순(shoot)의 형태를 나타낸 것이다.
도 4는 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 뿌리 표현형을 비교한 결과를 나타낸다.
도 5는 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 뿌리 길이를 측정한 결과를 나타낸다. 뿌리 길이 측정은 독립적으로 세 번 반복하여 실시되었다 (p-value < 0.01, n=6).
도 6은 고염 스트레스에 대한 EcGrxB 형질전환 식물체들의 민감성을 나타낸 것이다. (A)는 고염 스트레스 처리후에 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 형태로, 사진은 7일간의 회복 후에 찍었다. (B) 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 생존율로, 실험은 세 번 반복되었다 (n=12 : EcGrxB 형질전환 식물체 각각, n=20 : 야생형).
도 7은 열 스트레스에 대한 EcGrxB 형질전환 식물체들의 민감성을 나타낸 것이다. (A) 열 스트레스 처리후에 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 형태로, 사진은 14일간의 회복 후에 찍었다. (B) 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 생존율로, 실험은 세 번 반복되었다 (n=12 : EcGrxB 형질전환 식물체 각각, n=20 : 야생형).
도 8은 가뭄 스트레스에 대한 EcGrxB 형질전환 식물체들의 민감성을 나타낸 것이다. (A) 가뭄 스트레스 처리후에 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 형태로, 사진은 7일간의 회복 후에 찍었다. (B) 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 생존율로, 실험은 세 번 반복되었다 (n=12 : EcGrxB 형질전환 식물체 각각, n=20 : 야생형).
도 9는 침수 스트레스에 대한 EcGrxB 형질전환 식물체들의 민감성을 나타낸 것이다. (A) 침수 스트레스 처리후에 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 형태로, 사진은 7일간의 회복 후에 찍었다. (B) 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 생존율로, 실험은 세 번 반복되었다 (n=12 , 각각).
도 10은 저산소 스트레스에 대한 EcGrxB 형질전환 식물체들의 민감성을 나타낸 것이다. (A) 저산소 스트레스 처리후에 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 형태로, 사진은 3일간의 회복 후에 찍었다. (B) 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 생존율로, 실험은 세 번 반복되었다 (n=19 , 각각).
도 11은 UV-B 스트레스에 대한 EcGrxB 형질전환 식물체들의 민감성을 나타낸 것이다. (A) UV-B 스트레스 처리후에 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 형태로, 사진은 3일간의 회복 후에 찍었다. (B) 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 생존율로, 실험은 세 번 반복되었다 (n=12 , 각각).
FIG. 1 shows a process for producing a plasmid for transforming plants with a GrxB gene (hereinafter referred to as &quot; EcGrxB &quot;
Figure 2 shows the results of confirming the expression of EcGrxB in transgenic plants.
Figure 3 shows the shoot form of the EcGrxB transgenic plant.
Figure 4 shows that the wild type and EcGrxB And the root phenotype of transgenic plants.
FIG. 5 shows the results of a comparison between the wild type and EcGrxB The root length of the transgenic plants was measured. Root length measurements were performed independently three times (p-value <0.01, n = 6).
Figure 6 shows the sensitivity of EcGrxB transgenic plants to high salt stress. (A) was taken in the form of wild-type and EcGrxB transgenic plants after high salt stress treatment, and the pictures were taken after 7 days of recovery. (B) The survival rate of wild-type and EcGrxB transgenic plants, the experiment was repeated three times (n = 12: EcGrxB transgenic plants, n = 20: wild type).
Figure 7 shows the sensitivity of EcGrxB transgenic plants to thermal stress. (A) In the form of wild-type and EcGrxB transgenic plants after thermal stress treatment, the photographs were taken after 14 days of recovery. (B) The survival rate of wild-type and EcGrxB transgenic plants, the experiment was repeated three times (n = 12: EcGrxB transgenic plants, n = 20: wild type).
Figure 8 shows the sensitivity of EcGrxB transgenic plants to drought stress. (A) In the form of wild-type and EcGrxB transgenic plants after drought stress treatment, photographs were taken after 7 days of recovery. (B) The survival rate of wild-type and EcGrxB transgenic plants, the experiment was repeated three times (n = 12: EcGrxB transgenic plants, n = 20: wild type).
Figure 9 shows the sensitivity of EcGrxB transgenic plants to submergence stress. (A) In the form of wild-type and EcGrxB transgenic plants after immersion stress treatment, the photographs were taken after 7 days of recovery. (B) Survival of wild-type and EcGrxB transgenic plants, the experiment was repeated three times (n = 12, respectively).
Figure 10 shows the sensitivity of EcGrxB transgenic plants to hypoxic stress. (A) In the form of wild-type and EcGrxB transgenic plants after hypoxic stress treatment, the photographs were taken after 3 days of recovery. (B) Survival of wild-type and EcGrxB transgenic plants, the experiment was repeated three times (n = 19, respectively).
Figure 11 shows the sensitivity of EcGrxB transgenic plants to UV-B stress. (A) In the form of wild-type and EcGrxB transgenic plants after UV-B stress treatment, the photographs were taken after 3 days of recovery. (B) Survival of wild-type and EcGrxB transgenic plants, the experiment was repeated three times (n = 12, respectively).

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 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 by the following examples.

실시예Example 1. 식물 재료 및 성장조건 1. Plant material and growth conditions

애기장대(Arabidopsis thaliana ecotype Columbia)씨를 세척용액(0.05% Triton-X 100: Clorox: 멸균 증류수= 3:2:2)으로 10분 동안 소독하고 멸균 증류수로 4-6 회 세척한 후 이틀간 4℃에서 암처리하였다. MS 배지 (0.8% phytoagar, 0.5x MS(Murashige and Skoog medium, Duchefa), 1% sucrose)에 심고, 100 μmolm-2s- 1 의 빛 강도 하에서 생장시켰다. 7일 후에 흙으로 식물을 옮겨준 후 9일간 16 hr/8 hr 낮:밤의 주기와 65% 습도를 유지하는 23도 생육실에서 생장시켰다.
Arabidopsis thaliana ecotype Columbia seedlings were sterilized for 10 minutes with washing solution (0.05% Triton-X 100: Clorox: sterilized distilled water = 3: 2: 2) and washed 4-6 times with sterile distilled water. Cancer treatment. MS planted in the culture medium (0.8% phytoagar, 0.5x MS ( Murashige and Skoog medium, Duchefa), 1% sucrose), 100 μmolm -2 s - were grown under a light intensity of one. After 7 days, the plants were transferred to soil and grown in a 23-day growth chamber maintained for 9 days at 16 hr / 8 hr day-night cycle and 65% humidity.

실시예Example 2.  2. EcGrxBEcGrxB 형질전환 식물체 제조 Transgenic plant production

EcGrxB 형질전환 식물체를 제조하는 과정을 도 1에 나타내었다. 추출한 대장균의 유전체 DNA에서 두 종류의 Forward primer : 5'-ACG CTG CAG GTG AAG CTA TAC AT-3'(서열번호 3)와 reverse priemr : 5'-AGC GGA TCC TTA AAT CGC CAT TGA-3'(서열번호 4)를 이용하여 EcGrxB 유전자를 증폭시켰다. 증폭된 EcGrxB 유전자를 pSAT6.rbcP.MCS.rbcT entry vector에 삽입한 후, 핵산내부가수분해효소 PI - PspI를 사용하여 pRCS2.ocs.bar에 넣었다. 삽입된 유전자서열은 DNA Sequencing에 의해 확인되었으며, rbc promoter forward primer(5'-gtccgttagatagcaaacaaca-3' (서열번호 5) 와 EcGrxB 유전자 고유 reverse primer의 두 종류가 사용되었다. 제조된 과발현 플라스미드를 4주된 애기장대에 침지법(floral dipping)을 통해 식물체에 형질전환시켰다. 20μg ml-1 BASTA를 뿌려서 T1 선별을 하였고, 50μg ml-1 PPT(phosphinothricin)배지에서 키워서 T2(75% 생존율)와 T3(100% 생존율)선별을 하였다.
The process for producing EcGrxB transgenic plants is shown in Fig. (SEQ ID NO: 3) and reverse priem: 5'-AGC GGA TCC TTA AAT CGC CAT TGA-3 '(SEQ ID NO: 3) in the genomic DNA of the extracted E. coli. SEQ ID NO: 4) was used to amplify the EcGrxB gene. The amplified EcGrxB gene was inserted into the pSAT6.rbcP.MCS.rbcT entry vector and inserted into the pRCS2.ocs.bar using the nucleic acid internal hydrolase PI - Psp I. The inserted gene sequence was confirmed by DNA sequencing, and two kinds of rbc promoter forward primer (5'-gtccgttagatagcaaacaaca-3 '(SEQ ID NO: 5) and EcGrxB gene specific reverse primer were used. (75% viability) and T3 (100% viability) were grown in 50 μg ml -1 PPT (phosphinothricin) medium by the addition of 20 μg ml -1 BASTA, Survival rate).

실시예Example 3.  3. 비생물적Abiotic 스트레스에 대한 민감성 분석 Sensitivity to stress

아래에 기술된 스트레스의 처리 후에, 총 식물체중 생존식물체의 수를 통해 스트레스에 대한 민감성(sensitivity)를 측정하였다.
After treatment of the stresses described below, the sensitivity to stress through the number of surviving plants in total plants was measured.

3-1. 염 스트레스 3-1. Salt stress

고염에 대한 민감성을 실험하기 위해, 16일 식물체(0.5X MS 배지에서 7일간 자란 후 토양에서 9일 자랐음)에 350 mM NaCl 용액을 24시간 동안 처리했다. 1주 후에, 식물체에 1-2주간 다시 물을 주었다.
To test for susceptibility to high salt, 350 mg NaCl solution was treated for 24 hours on a 16-day plant (grown in 0.5X MS medium for 7 days and then in soil for 9 days). One week later, the plants were again given water for 1-2 weeks.

3-2. 열 스트레스 3-2. Heat stress

고열에 대한 민감성을 실험하기 위해, 16일 식물체(0.5X MS 배지에서 7일간 자란 후 토양에서 9일 자랐음)를 50℃에 3시간 동안 처리했다. 1주 후에, 식물체에 2주간 다시 물을 주었다. 건조 스트레스를 주지 않기 위해 토양 위에 검은 비닐을 씌웠다.
To test for sensitivity to high heat, 16 plants (grown in 0.5X MS medium for 7 days and grown in soil for 9 days) were then treated at 50 ° C for 3 hours. One week later, the plants were again given water for two weeks. I put black plastic over the soil to avoid drying stress.

3-3. 가뭄(건조) 스트레스3-3. Drought (dry) stress

건조에 대한 민감성을 실험하기 위해, 13일 식물체(0.5X MS 배지에서 7일간 자란 후 토양에서 6일 자랐음)를 거의 17일 동안 물을 주지 않았다. 그리고, 식물체에 1주간 물을 주어 회복시켰다.
To test for susceptibility to drying, 13 plants (grown in 0.5X MS medium for 7 days and grown in soil for 6 days) were not watered for almost 17 days. Then, the plants were given water for one week to recover.

3-4. 침수 스트레스3-4. Immersion stress

침수에 대한 민감성을 실험하기 위해, 21일 식물체(0.5X MS 배지에서 7일간 자란 후 토양에서 14일 자랐음)를 침수 스트레스를 수행할 수 있는 물이 든 상자에 넣었다. 거의 1주 후에, 식물체를 1-2주간 회복시켰다.
To test for sensitivity to immersion, 21 plants (grown in 0.5X MS medium for 7 days and grown in soil for 14 days) were placed in a water-filled box capable of underwater stress. After almost a week, the plants were restored for 1-2 weeks.

3-5. 3-5. 저산소Hypoxia 스트레스 stress

저산소에 대한 민감성을 실험하기 위해, 14일 식물체(0.5X MS 배지에서 7일간 자란 후 sucrose없는 0.5X MS 배지에서 7일 자랐음)를 저산소 gas mixture(0.1% O2/ 99.9% N2)로 암소에서 5일 동안 처리했다. 그리고, 식물체를 3-5일간 정상 조건에서 회복시켰다.
To test for sensitivity to hypoxia, plants were grown in a hypoxic gas mixture (0.1% O 2 / 99.9% N 2 ) for 14 days in a plant (grown in 0.5X MS for 7 days and then grown in 0.5X MS without sucrose for 7 days) Cows were treated for 5 days. The plants were then restored under normal conditions for 3-5 days.

3-6. 자외선(3-6. UV-rays( UVUV -B) 스트레스-B) stress

자외선에 대한 민감성을 실험하기 위해, 14일 식물체(0.5X MS 배지에서 7일간 자란 후 sucrose없는 0.5X MS 배지에서 7일 자랐음)를 15μmol m-2 s-1 UV-B light(ETX-20M, Vilbert Lourmat)로 30분동안 처리했다. 그리고, 식물체를 3일간 회복시켰다.
In order to test the sensitivity to ultraviolet light, the plants were grown on a 14-day plant (grown in 0.5X MS medium for 7 days and grown in 0.5X MS medium without sucrose for 7 days) with 15 μmol m -2 s -1 UV-B light (ETX-20M , Vilbert Lourmat) for 30 minutes. Then, the plants were restored for 3 days.

실험결과Experiment result

1. One. EcGrxBEcGrxB 형질전환 식물체 제조 Transgenic plant production

애기장대에서 E. coli GrxB 유전자의 이소성 발현을 조사하기 위해, EcGrxB 형질전환 식물체를 만들었다. 각각 세 개의 T3계통(lines) 식물들(각각 EcGRxB #4-5, EcGRxB #10-8, EcGRxB #11-7로 명명함)이 선택되었고 형질전환 식물체에서 EcGrxB 유전자의 발현을 RT-PCR방법으로 확인하였다 (도 2).
To investigate ectopic expression of the E. coli GrxB gene in Arabidopsis, an EcGrxB transgenic plant was constructed. Three T3 lines plants (named EcGRxB # 4-5, EcGRxB # 10-8 and EcGRxB # 11-7, respectively) were selected and the expression of EcGrxB gene in transgenic plants was determined by RT-PCR (Fig. 2).

2. 2. EcGrxBEcGrxB 형질전환 식물에서 성장과 발달의 특징 Characteristics of growth and development in transgenic plants

대부분의 EcGrxB 형질전환 식물체들은 잎 성장과 뿌리 신장에서 야생형과 비슷했다. 하지만, EcGrxB 형질전환 식물체들의 잎 크기는 야생형에 비해 약간 컸다(도 3). EcGrxB 형질전환 식물체들의 뿌리 길이는 야생형에 비해 약간 짧았다(도 4 및 도 5).
Most of the EcGrxB transgenic plants were similar to the wild type in leaf growth and root height. However, the leaf size of EcGrxB transgenic plants was slightly larger than that of the wild type (Fig. 3). The root length of the EcGrxB transgenic plants was slightly shorter than that of wild type (FIGS. 4 and 5).

3. 3. EcGrxBEcGrxB 형질전환 식물체들의  Of transgenic plants 비생물적Abiotic 스트레스에 대한 민감성 Sensitivity to stress

EcGrxB의 발현의 효과가 어떠한지 알기 위해, EcGrxB 형질전환 식물체들에 6가지 다른 스트레스들을 처리했다. 배지에서 7일 자라고 토양으로 옮겨져 자란 16일차 식물체들에는 고염, 열, 가뭄 스트레스를 주었고, 21일차 식물체들에는 침수스트레스를 처리했다. 배지에서 14일 자란 식물체들에게는 저산소와 UV-B stress를 처리했다.
To see how the effect of EcGrxB expression is, EcGrxB We treated six different stresses on transgenic plants. On day 16, the plants grown and growing in the medium for 7 days gave high salt, heat, and drought stress, while the 21st plants treated immersion stress. Plants grown for 14 days in the medium were treated with hypoxic and UV-B stress.

(1) (One) 고염High salt 스트레스 stress

애기장대에서 모든 EcGrxB 유전자의 발현이 고염 저항을 강화할 수 있는지 실험하기 위해, 16일간 자란 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 세가지 T3계통(lines)들이 350 mM NaCl로 24시간 동안 처리되었다. 고염 처리는 살아남은 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체의 잎에서 전형적인 손상, 괴사, 백화현상을 야기했다. 식물체 생존율은 정상조건하에서 2주간의 회복 후에 관찰되었다. 전체적으로 t-test (P < 0.01)에 기반하여 야생형의 생존율은 22%였고, EcGrxB 에서는 각각 27.78% 였다 (도 6).All EcGrxB in Arabidopsis To test whether gene expression could enhance high salt resistance, three T3 lines of 16-day old wild-type and EcGrxB transgenic plants were treated with 350 mM NaCl for 24 hours. The high salt treatment was carried out with the surviving wild type and EcGrxB Resulting in typical damage, necrosis, and whitening in leaves of transgenic plants. Plant survival rates were observed after 2 weeks of recovery under normal conditions. Overall, the survival rate of wild-type was 22% based on t- test ( P <0.01) and 27.78% for EcGrxB (Fig. 6).

고염 처리에 살아남은 식물 수Number of plants surviving high salt treatment n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 test4test4 test5test5 WTWT (n=20) (n = 20) 44 44 33 55 66 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 22 1One 1One 1One 1One EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 22 22 1One 22 22 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 1One 22 1One 1One 1One EcGrxBEcGrxB (n=12) (n = 12) 55 55 33 44 44

고염 처리시 식물의 생존율(%)Survival rate of plants at high salinity (%) n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 test4test4 test5test5 averageaverage stdevstdev p-p- valuevalue WTWT (n=20) (n = 20) 2020 2020 1515 2525 3030 2222 5.70 5.70 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 5050 2525 2525 2525 2525 3030 11.18 11.18 0.2560 0.2560 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 5050 5050 2525 5050 5050 4545 11.18 11.18 0.0036 0.0036 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 2525 5050 2525 2525 2525 3030 11.18 11.18 0.2560 0.2560

(2) 열 스트레스(2) Heat stress

애기장대에서 모든 EcGrxB 유전자의 발현이 열 저항을 강화할 수 있는지 실험하기 위해, 16일간 자란 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 발현 라인들을 50℃, 3시간 동안 처리하였다. 고온처리는 살아남은 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체의 잎에서 전형적인 손상, 괴사, 백화현상을 야기했다. 식물체 생존율은 정상조건하에서 2주간의 회복 후에 관찰되었다. 전체적으로 t-test (P < 0.01)에 기반하여 야생형의 생존율은 36.11%였고, EcGrxB 형질전환 식물체들은 61.11% 로써, 야생형에 비해 훨씬 높은 생존율을 보였다 (도 7). All EcGrxB in Arabidopsis To test whether gene expression could enhance thermal resistance, expression lines of 16-day-old wild-type and EcGrxB transgenic plants were treated at 50 ° C for 3 hours. The high-temperature treatment was carried out with the surviving wild type and EcGrxB Resulting in typical damage, necrosis, and whitening in leaves of transgenic plants. Plant survival rates were observed after 2 weeks of recovery under normal conditions. Overall survival rate was 36.11% on the basis of t- test ( P <0.01) and 61.11 % for EcGrxB transgenic plants, showing a much higher survival rate than the wild type (Fig. 7).

고온 처리에 살아남은 식물 수Number of plants surviving high temperature treatment n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 WTWT (n=20) (n = 20) 55 33 55 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 22 22 22 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 44 22 33 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 22 22 22 EcGrxBEcGrxB (n=12) (n = 12) 88 66 77

고온 처리시 식물의 생존율(%)Survival rate of plants at high temperature treatment (%) n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 averageaverage stdevstdev p-p- valuevalue WTWT (n=20) (n = 20) 2525 1515 2525 21.67 21.67 5.77 5.77 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 5050 5050 5050 5050 0.00 0.00 0.0136 0.0136 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 100100 5050 7575 7575 25.00 25.00 0.0447 0.0447 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 5050 5050 5050 5050 0.00 0.00 0.0136 0.0136

(3) 가뭄 스트레스(3) Drought stress

애기장대에서 모든 EcGrxB 유전자의 발현이 가뭄(건조)에 대한 저항을 강화할 수 있는지 실험하기 위해, 16일간 자란 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 세가지 발현 라인들을 17일 동안 물을 주지 않고 가뭄 처리하였다. 식물체 생존율은 정상조건하에서 1주간의 회복 후에 관찰되었다. 전체적으로 t-test (P < 0.01)에 기반하여 야생형의 생존율은 31.67%였고, EcGrxB 41.67% 였으며 상당한 차이를 보였다 (도 8).All EcGrxB in Arabidopsis To test whether gene expression could enhance resistance to drought (dry), the three expression lines of 16-day old wild-type and EcGrxB transgenic plants were drought-treated for 17 days without water. Plant viability was observed after one week of recovery under normal conditions. Overall, the survival rate of wild-type was 31.67% based on t- test ( P <0.01) and EcGrxB 41.67%, showing a significant difference (Fig. 8).

가뭄 처리에 살아남은 식물 수Number of plants surviving drought treatment n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 WTWT (n=20) (n = 20) 66 44 99 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 33 1One 33 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 33 22 1One EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 22 00 22 EcGrxBEcGrxB (n=12) (n = 12) 88 33 66

가뭄 처리시 식물의 생존율(%)Survival rate of plants in drought treatment (%) n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 averageaverage stdevstdev p-p- valuevalue WTWT (n=20) (n = 20) 3030 2020 4545 31.67 31.67 12.58 12.58 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 7575 2525 7575 58.33 58.33 28.87 28.87 0.1496 0.1496 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 7575 5050 2525 50.00 50.00 25.00 25.00 0.4493 0.4493 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 5050 00 5050 33.33 33.33 28.87 28.87 0.8995 0.8995

(4) 침수 스트레스(4) Immersion stress

애기장대에서 모든 EcGrxB 유전자의 발현이 침수 저항을 강화할 수 있는지 실험하기 위해, 21일간 생장한 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 세가지 발현 라인들을 1주 동안 침수 처리하였다. 침수 처리는 살아남은 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체의 잎에서 전형적인 손상, 괴사, 백화현상을 야기했다. 식물체 생존율은 정상조건하에서 1주간의 회복 후에 관찰되었다. 전체적으로 t-test (P < 0.01)에 기반하여 야생형의 생존율은 33.33%였고, EcGrxB에서 52.08% 였다. 침수 스트레스 처리시 EcGrxB 형질전환 식물체들은 야생형 조건에 비해 높은 생존율을 보였다 (도 9).All EcGrxB in Arabidopsis To test whether gene expression could enhance immersion resistance, the three expression lines of 21-day-old wild-type and EcGrxB transgenic plants were submerged for 1 week. Inundation treatments were carried out using surviving wild type and EcGrxB Resulting in typical damage, necrosis, and whitening in leaves of transgenic plants. Plant viability was observed after one week of recovery under normal conditions. Overall, the survival rate of wild-type was 33.33% based on t- test ( P <0.01) and 52.08% for EcGrxB . Underwater stress handling EcGrxB Transgenic plants showed higher survival rates compared to wild-type conditions (Figure 9).

침수 처리에 살아남은 식물 수Number of plants surviving in flood treatment n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 test4test4 WTWT (n=12) (n = 12) 33 33 66 44 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 22 22 33 22 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 22 22 22 33 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 1One 22 22 22 EcGrxBEcGrxB (n=12) (n = 12) 55 66 77 77

침수 처리시 식물의 생존율(%)Survival rate of plants in inundation (%) n=4n = 4 test2test2 test3test3 test4test4 averageaverage stdevstdev p-p- valuevalue WTWT (n=20) (n = 20) 2525 5050 33.33 33.33 36.11 36.11 12.73 12.73 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 5050 7575 5050 58.33 58.33 14.43 14.43 0.0153 0.0153 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 5050 5050 7575 58.33 58.33 14.43 14.43 0.2079 0.2079 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 5050 5050 5050 50.00 50.00 0.00 0.00 0.1994 0.1994

(5) (5) 저산소Hypoxia 스트레스 stress

애기장대에서 모든 EcGrxB 유전자의 발현이 저산소 스트레스 저항을 강화할 수 있는지 실험하기 위해, 14일간 생장한 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 세가지 발현 라인들을 5일간 0.1% O2/ 99.9% N2 로 처리하였다. 저산소 스트레스 처리는 살아남은 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체의 잎에서 전형적인 손상, 괴사, 백화현상을 야기했다. 식물체 생존율은 정상조건하에서 3일간의 회복 후에 관찰되었다. 전체적으로 t-test (P < 0.01)에 기반하여 야생형의 생존율은 47.37%였고, EcGrB 에서 61.40% 였다. 즉, 형질전환 식물체들은 야생형 조건에 비해 매우 높은 생존율을 보였다 (도 10). All EcGrxB in Arabidopsis To test whether gene expression could enhance hypoxic stress resistance, three expression lines of wild-type and EcGrxB transgenic plants grown for 14 days were treated with 0.1% O 2 / 99.9% N 2 for 5 days. Hypoxic stress treatment is the surviving wild type and EcGrxB Resulting in typical damage, necrosis, and whitening in leaves of transgenic plants. Plant survival rates were observed after 3 days of recovery under normal conditions. Overall, the wild-type survival rate was 47.37% based on t- test ( P <0.01) and 61.40% for EcGrB . That is, the transgenic plants showed a very high survival rate compared to the wild type condition (Fig. 10).

저산소 스트레스 처리에 살아남은 식물 수Number of plants surviving the hypoxic stress treatment test1test1 test2test2 test3test3 WTWT (n=19) (n = 19) 99 88 1010 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 33 33 33 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 55 44 55 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 55 33 44 EcGrxBEcGrxB (n=15) (n = 15) 1313 1010 1212

저산소 스트레스 처리시 식물의 생존율(%)Survival rate of plants in hypoxic stress treatment (%) test1test1 test2test2 test3test3 averageaverage stdevstdev p-p- valuevalue WTWT (n=19) (n = 19) 47.37 47.37 42.11 42.11 52.63 52.63 47.37 47.37 5.26 5.26 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 (n=5) # 4-5 (n = 5) 6060 6060 6060 60.00 60.00 0.00 0.00 0.0533 0.0533 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 100100 8080 100100 93.33 93.33 11.55 11.55 0.0087 0.0087 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 100100 6060 8080 80.00 80.00 20.00 20.00 0.0878 0.0878

(6) (6) UVUV -B-B 스트레스stress

애기장대에서 모든 EcGrxB 유전자의 발현이 UV-B 스트레스 저항을 강화할 수 있는지 실험하기 위해, 14일간 생장한 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체들의 세가지 발현 라인들에 30분간 15 μmol m-2 s-1 UV-B 빛을 조사하였다. UV-B 처리는 살아남은 야생형과 EcGrxB 형질전환 식물체의 잎에서 전형적인 손상, 괴사, 급작스러운 백화현상을 야기했다. 식물체생존율은 정상조건하에서 3일간의 회복 후에 관찰되었다. 전체적으로 t-test (P < 0.01)에 기반하여 야생형의 생존율은 28.89%였고, EcGrxB 에서 51.11% 였다. UV-B 처리시 형질전환 식물체들은 야생형 조건에 비해 EcGrxB 형질전환 식물체들의 생존율은 야생형에 비해 높았다 (도 11). All EcGrxB in Arabidopsis To test whether expression of the gene could enhance UV-B stress resistance, three expression lines of wild-type and EcGrxB transgenic plants grown for 14 days were irradiated with 15 μmol m -2 s -1 UV-B light for 30 minutes . The UV-B treatment is a survival of wild type and EcGrxB Resulting in typical damage, necrosis, and sudden whitening of the leaves of transgenic plants. Plant survival rates were observed after 3 days of recovery under normal conditions. Overall, the wild-type survival rate was 28.89 % based on t- test ( P <0.01) and 51.11% for EcGrxB . During UV-B treatment Transgenic plants had higher survival rates of EcGrxB transgenic plants compared to wild type (Fig. 11).

자외선 처리에 살아남은 식물 수Number of surviving plants in ultraviolet treatment n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 WTWT (n=12) (n = 12) 22 44 66 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 # 4-5 22 33 33 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 33 33 44 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 33 33 33 EcGrxBEcGrxB (n=12) (n = 12) 88 99 1010

자외선 처리시 식물의 생존율(%)Survival rate of plants in UV treatment (%) n=4n = 4 test1test1 test2test2 test3test3 averageaverage stdevstdev p-p- valuevalue WTWT (n=19) (n = 19) 16.67 16.67 33.33 33.33 50.00 50.00 33.33 33.33 16.67 16.67 EcGrxBEcGrxB T3T3 #4-5 (n=5) # 4-5 (n = 5) 4040 6060 6060 53.33 53.33 11.55 11.55 0.0591 0.0591 EcGrxBEcGrxB T3T3 #10-8 # 10-8 6060 6060 8080 66.67 66.67 11.55 11.55 0.0225 0.0225 EcGrxBEcGrxB T3T3 #11-7 # 11-7 6060 6060 6060 60.00 60.00 0.00 0.00 0.1093 0.1093

4. 결론4. Conclusion

앞선 생리 실험 결과를 종합하면, EcGrxB 형질전환 식물체들은 고염, 고온, 가뭄(건조), 침수, 저산소 및 자외선 스트레스에 대하여 저항성 증진 효과가 크게 있었다. 따라서, EcGrxB 유전자를 농작물화훼 작물에 도입하면 기후 변화에 따른 이상 환경 스트레스에 견디거나 간척지와 같은 고염 토양 에서 생육을 시킬 수 있어 생산성 증진을 도모할 수 있을 것으로 기대된다.According to the results of previous physiological experiments, EcGrxB transgenic plants showed a high resistance to high salt, high temperature, drought (dry), submergence, hypoxic and UV stress. Therefore, introduction of EcGrxB gene into crops of flower crops is expected to be able to withstand abnormal environmental stress due to climate change or to grow in high salt soil such as reclaimed land.

<110> Ewha University - Industry Collaboration Foundation <120> Transgenic plant with enhanced tolerance and resistance to environmental stress by indroducing grxB gene and preparation method thereof <130> DPP20146008KR <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 215 <212> PRT <213> Escherichia coli <220> <221> PEPTIDE <222> (1)..(215) <223> amino acid sequence of grxB <400> 1 Met Lys Leu Tyr Ile Tyr Asp His Cys Pro Tyr Cys Leu Lys Ala Arg 1 5 10 15 Met Ile Phe Gly Leu Lys Asn Ile Pro Val Glu Leu His Val Leu Leu 20 25 30 Asn Asp Asp Ala Glu Thr Pro Thr Arg Met Val Gly Gln Lys Gln Val 35 40 45 Pro Ile Leu Gln Lys Asp Asp Ser Arg Tyr Met Pro Glu Ser Met Asp 50 55 60 Ile Val His Tyr Val Asp Lys Leu Asp Gly Lys Pro Leu Leu Thr Gly 65 70 75 80 Lys Arg Ser Pro Ala Ile Glu Glu Trp Leu Arg Lys Val Asn Gly Tyr 85 90 95 Ala Asn Lys Leu Leu Leu Pro Arg Phe Ala Lys Ser Ala Phe Asp Glu 100 105 110 Phe Ser Thr Pro Ala Ala Arg Lys Tyr Phe Val Asp Lys Lys Glu Ala 115 120 125 Ser Ala Gly Asn Phe Ala Asp Leu Leu Ala His Ser Asp Gly Leu Ile 130 135 140 Lys Asn Ile Ser Asp Asp Leu Arg Ala Leu Asp Lys Leu Ile Val Lys 145 150 155 160 Pro Asn Ala Val Asn Gly Glu Leu Ser Glu Asp Asp Ile Gln Leu Phe 165 170 175 Pro Leu Leu Arg Asn Leu Thr Leu Val Ala Gly Ile Asn Trp Pro Ser 180 185 190 Arg Val Ala Asp Tyr Arg Asp Asn Met Ala Lys Gln Thr Gln Ile Asn 195 200 205 Leu Leu Ser Ser Met Ala Ile 210 215 <210> 2 <211> 648 <212> DNA <213> Escherichia coli <220> <221> gene <222> (1)..(648) <223> nucleic acid sequence of grxB <400> 2 ttaaatcgcc attgatgata acaaattgat ttgtgtctgt ttcgccatat tatcgcggta 60 atcagcaacg cggcttggcc agttgattcc ggctaccagc gtcagattac gcagtagcgg 120 aaatagctga atatcatctt ccgaaagttc gccattcacg gcgttcggtt tgacgatcag 180 tttgtccagc gcacgcaaat catcgctgat attcttaatc agaccgtcag agtgggccag 240 caggtcggca aaattacccg cgctggcctc tttcttgtcg acgaaatatt tgcgcgcggc 300 gggagtagaa aactcatcaa atgccgattt ggcaaaacgc ggcaacagca gtttgttggc 360 gtagccattg actttgcgca gccactcttc aatggcaggg gaacgtttgc cggtcagtaa 420 cggtttgccg tcgagtttat cgacatagtg aacgatatcc atgctttctg gcatatagcg 480 gctgtcatct ttttgcagaa tgggaacctg tttttgaccg accatccggg tgggtgtttc 540 tgcgtcgtcg ttgagcagaa catgtaattc gacggggata tttttcaggc cgaaaatcat 600 gcgggctttg aggcagtaag ggcagtgatc gtaaatgtat agcttcac 648 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer <400> 3 acgctgcagg tgaagctata cat 23 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer <400> 4 agcggatcct taaatcgcca ttga 24 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> rbc promoter forward primer <400> 5 gtccgttaga tagcaaacaa ca 22 <110> Ewha University - Industry Collaboration Foundation <120> Transgenic plant with enhanced tolerance and resistance to          environmental stress by indroducing grxB gene and preparation          method thereof <130> DPP20146008KR <160> 5 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 215 <212> PRT <213> Escherichia coli <220> <221> PEPTIDE &Lt; 222 > (1) <223> amino acid sequence of grxB <400> 1 Met Lys Leu Tyr Ile Tyr Asp His Cys Pro Tyr Cys Leu Lys Ala Arg   1 5 10 15 Met Ile Phe Gly Leu Lys Asn Ile Pro Val Glu Leu His Val Leu Leu              20 25 30 Asn Asp Asp Ala Glu Thr Pro Thr Arg Met Val Gly Gln Lys Gln Val          35 40 45 Pro Ile Leu Gln Lys Asp Asp Ser Arg Tyr Met Pro Glu Ser Met Asp      50 55 60 Ile Val His Tyr Val Asp Lys Leu Asp Gly Lys Pro Leu Leu Thr Gly  65 70 75 80 Lys Arg Ser Ser Ala Ile Glu Glu Trp Leu Arg Lys Val Asn Gly Tyr                  85 90 95 Ala Asn Lys Leu Leu Leu Pro Arg Phe Ala Lys Ser Ala Phe Asp Glu             100 105 110 Phe Ser Thr Pro Ala Ala Arg Lys Tyr Phe Val Asp Lys Lys Glu Ala         115 120 125 Ser Ala Gly Asn Phe Ala Asp Leu Leu Ala His Ser Asp Gly Leu Ile     130 135 140 Lys Asn Ile Ser Asp Asp Leu Arg Ala Leu Asp Lys Leu Ile Val Lys 145 150 155 160 Pro Asn Ala Val Asn Gly Glu Leu Ser Glu Asp Asp Ile Gln Leu Phe                 165 170 175 Pro Leu Leu Arg Asn Leu Thr Leu Val Ala Gly Ile Asn Trp Pro Ser             180 185 190 Arg Val Ala Asp Tyr Arg Asp Asn Met Ala Lys Gln Thr Gln Ile Asn         195 200 205 Leu Leu Ser Ser Ale Ile     210 215 <210> 2 <211> 648 <212> DNA <213> Escherichia coli <220> <221> gene &Lt; 222 > (1) .. (648) <223> nucleic acid sequence of grxB <400> 2 ttaaatcgcc attgatgata acaaattgat ttgtgtctgt ttcgccatat tatcgcggta 60 atcagcaacg cggcttggcc agttgattcc ggctaccagc gtcagattac gcagtagcgg 120 aaatagctga atatcatctt ccgaaagttc gccattcacg gcgttcggtt tgacgatcag 180 tttgtccagc gcacgcaaat catcgctgat attcttaatc agaccgtcag agtgggccag 240 caggtcggca aaattacccg cgctggcctc tttcttgtcg acgaaatatt tgcgcgcggc 300 gggagtagaa aactcatcaa atgccgattt ggcaaaacgc ggcaacagca gtttgttggc 360 gtagccattg actttgcgca gccactcttc aatggcaggg gaacgtttgc cggtcagtaa 420 cggtttgccg tcgagtttat cgacatagtg aacgatatcc atgctttctg gcatatagcg 480 gctgtcatct ttttgcagaa tgggaacctg tttttgaccg accatccggg tgggtgtttc 540 tgcgtcgtcg ttgagcagaa catgtaattc gacggggata tttttcaggc cgaaaatcat 600 gcgggctttg aggcagtaag ggcagtgatc gtaaatgtat agcttcac 648 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer <400> 3 acgctgcagg tgaagctata cat 23 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer <400> 4 agcggatcct taaatcgcca ttga 24 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> rbc promoter forward primer <400> 5 gtccgttaga tagcaaacaa ca 22

Claims (12)

서열번호 1의 아미노산 서열을 코딩하는 핵산 서열로 이루어진 대장균(E.coli) 유래의 grxB (glutaredoxin B) 유전자를 포함하는, 식물의 환경 스트레스 저항성 향상용 조성물.
1. A composition for enhancing environmental stress resistance of a plant, which comprises a nucleic acid sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and a glxB (glutaredoxin B) gene derived from E. coli.
제1항에 있어서, 상기 환경 스트레스는 고염 스트레스, 고온 스트레스, 건조 스트레스, 침수 스트레스, 저산소 스트레스 또는 자외선 스트레스인 조성물.
The composition of claim 1, wherein the environmental stress is high salt stress, high temperature stress, dry stress, submergence stress, hypoxic stress or ultraviolet stress.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 grxB 유전자는 서열번호 2의 핵산 서열로 이루어진 것인 조성물.
2. The composition of claim 1, wherein the grxB gene comprises the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 2.
제1항에 있어서, 상기 grxB 유전자는 식물 발현용 재조합 벡터 형태로 포함된 것인 조성물.
The composition of claim 1, wherein the grxB gene is included in the form of a recombinant vector for plant expression.
제1항 내지 제2항 및 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항의 조성물로 형질전환된, 환경 스트레스 저항성이 증진된 식물 세포.
An environmental stress resistance enhanced plant cell transformed with the composition of any one of claims 1 to 2 and 5 to 6.
제1항 내지 제2항 및 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항의 조성물로 형질전환된, 환경 스트레스 저항성이 증진된 식물.
An environmental stress resistance enhanced plant transformed with the composition of any one of claims 1 to 2 and 5 to 6.
서열번호 1의 아미노산 서열을 코딩하는 핵산 서열로 이루어진 대장균(E.coli) 유래의 grxB (glutaredoxin B) 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는,
환경 스트레스에 대한 저항성이 증진된 형질전환 식물을 제조하는 방법.
(Glutaredoxin B) gene derived from E. coli consisting of a nucleic acid sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1,
A method for producing a transgenic plant having enhanced resistance to environmental stress.
제9항에 있어서, 상기 환경 스트레스는 고염 스트레스, 고온 스트레스, 건조 스트레스, 침수 스트레스, 저산소 스트레스 또는 자외선 스트레스인 방법.
10. The method of claim 9, wherein the environmental stress is high salt stress, high temperature stress, dry stress, submergence stress, hypoxic stress or ultraviolet stress.
서열번호 1의 아미노산 서열을 코딩하는 핵산 서열로 이루어진 대장균(E.coli) 유래의 grxB (glutaredoxin B) 유전자를 식물에 형질전환하는 단계를 포함하는,
식물의 환경 스트레스에 대한 저항성을 증진시키는 방법.
(Glutaredoxin B) gene derived from E. coli consisting of a nucleic acid sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1,
A method of enhancing the resistance of a plant to environmental stress.
제11항에 있어서, 상기 환경 스트레스는 고염 스트레스, 고온 스트레스, 건조 스트레스, 침수 스트레스, 저산소 스트레스 또는 자외선 스트레스인 방법.12. The method of claim 11, wherein the environmental stress is high salt stress, high temperature stress, dry stress, submergence stress, hypoxic stress or ultraviolet stress.
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