KR101707032B1 - OsMYB5P gene improving phosphate uptake efficiency in plant and uses thereof - Google Patents

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양원태
홍소연
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동아대학교 산학협력단
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Abstract

A gene coding rice-derived transcriptional regulatory protein, Oryza sativa MYB5P (OsMYB5P), improves phosphoric acid absorption efficiency in plants, thereby being used for developing plants with improved phosphoric acid absorption rates through the expression regulation of OsMYB5P genes. Also, plants with improved phosphoric acid absorption abilities can overcome phosphoric acid deficiency stress, thereby being capable of obtaining effects of reducing agriculture production costs and preventing environmental pollution.

Description

식물의 인산 흡수 효율을 증진시키는 OsMYB5P 유전자 및 이의 용도{OsMYB5P gene improving phosphate uptake efficiency in plant and uses thereof}OsMYB5P gene and its use for enhancing the phosphoric acid uptake efficiency of plants (OsMYB5P gene improving phosphate uptake efficiency in plant and uses thereof)

본 발명은 식물의 인산 흡수 효율을 증진시키는 OsMYB5P 유전자 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to OsMYB5P gene and its use for promoting phosphoric acid absorption efficiency of plants.

인산은 식물이 필요로 하는 필수 영양소 중 하나로 에너지 전달, 신호 전달, 효소 활성 조절, 대사산물의 생합성, 광합성 및 호흡 등 식물 세포 내에서 일어나는 모든 물질대사 과정에서 중요한 기능을 수행한다. 인산은 또한 인지질 및 핵산의 중요한 구성 성분이기 때문에 질소와 함께 식물체가 가장 많이 필요로 하는 영양원소이다.Phosphoric acid is one of the essential nutrients needed by plants and plays an important role in all metabolism processes occurring in plant cells such as energy transfer, signal transduction, regulation of enzyme activity, biosynthesis of metabolites, photosynthesis and respiration. Since phosphoric acid is also an important component of phospholipids and nucleic acids, it is the nutrient element most needed by plants with nitrogen.

지구의 암석권에는 인산이 많이 존재하지만 대부분의 토양 내 인산은 주로 식물이 이용할 수 없는 유기물 또는 철이나 알루미늄과 같은 금속 이온과 결합한 형태로 존재하기 때문에, 실제 식물이 이용할 수 있는 유효 인산의 양은 토양 속에 극히 적은 양으로 존재하고 있다. 따라서, 인산은 작물의 생산성을 제한하는 인자로 작용한다. 이에 따라 식물체의 성장에 필요한 인산을 비료 형태로 공급하고 있으나, 공급된 대부분의 인산이 토양에 존재하는 유기물 또는 금속 이온과 결합하여 식물이 이용할 수 없는 형태로 고정화되며, 특히, 산성 토양의 경우 과다 축적된 알루미늄 이온으로 인해 더 활발한 인산 고정화가 일어나기 때문에 토양의 인산 유효성이 더욱 낮다.Although there are a lot of phosphoric acid in the earth's lithosphere, most of the phosphoric acid in the soil exists in a form that is combined with an organic matter that is not available to plants or a metal ion such as iron or aluminum. Therefore, the amount of available phosphoric acid It is present in small quantities. Therefore, phosphoric acid acts as a factor limiting crop productivity. However, most of the supplied phosphoric acid is bound to the organic matter or metal ion present in the soil, and is fixed in a form that the plant can not use. In particular, in the case of acidic soil, Phosphoric acid availability in the soil is even lower because the accumulated aluminum ions cause more active phosphate immobilization.

이처럼 작물 생장에 필요한 토양의 유효 인산 농도를 증가시키기 위해 처리되는 비료는 농업 생산 비용을 증가시키는 원인이 된다. 뿐만 아니라 비료의 과다 사용으로 인해 미처 흡수되지 못한 비료는 토양에 집적되고 토양 산성화를 일으켜 작물의 생육에 악영향을 미치며, 지하수 오염 및 지표수의 부영양화를 초래한다. 농업 환경의 오염은 농산물 생산에 있어서 양적 및 질적 저하를 가져올 뿐만 아니라, 생활 환경도 오염시켜 국민 건강을 위협하므로 그 오염원의 제거는 매우 중요한 문제이다. 이러한 문제는 투입되는 화학 비료의 양을 줄임으로써 해결할 수 있다. 현재 화학 비료를 대체하기 위한 여러 가지 유기질 비료가 개발되어 사용되고 있으나, 아직 많은 문제점이 남아있다. 이러한 문제의 근본적인 해결 방안은 식물의 인산 흡수력을 향상시킴으로써 비료의 사용량을 줄이는 것이다. 따라서 인산 결핍 조건에서도 효율적으로 생장 가능한 작물의 개발이 요구되고 있다.Thus, the fertilizer treated to increase the effective phosphoric acid concentration of the soil required for crop growth causes the increase in agricultural production costs. In addition, fertilizers that have not been absorbed due to excessive use of fertilizer are accumulated in the soil and acidify the soil, adversely affecting the growth of crops, causing groundwater pollution and eutrophication of surface water. The pollution of the agricultural environment not only leads to quantitative and qualitative deterioration in the production of agricultural products, but also pollutes the living environment and threatens the public health. This problem can be solved by reducing the amount of chemical fertilizer added. Currently, various organic fertilizers have been developed and used to replace chemical fertilizers, but many problems still remain. A fundamental solution to this problem is to reduce the use of fertilizer by improving the plant's ability to absorb phosphoric acid. Therefore, it is required to develop a crop that can grow efficiently even under the condition of phosphoric acid deficiency.

한편, 작물의 양분 이용 효율 개선을 위한 연구는 세계적으로 가장 중요한 식량 작물 중 하나인 벼를 대상으로 많이 수행되고 있으며, 벼의 전체 유전자 서열이 밝혀진 이후 유용 유전자를 확보하고 이를 선점하기 위해 많은 노력이 행해지고 있다. 식물의 무기양분 흡수와 관련된 연구는 재배학적 측면의 연구와 식물 생리학적 측면의 연구가 오래전부터 이루어져 왔으나, 최근에는 무기양분 흡수에 대한 분자 수준의 기초 연구를 토대로 무기양분 흡수와 관련한 유전자들을 이용하여 작물의 생육과 수량을 증가시키고, 극도로 양분이 제한된 조건에서도 생장이 가능한 작물을 육종하기 위한 연구들이 세계적으로 활발히 진행되고 있다.In the meantime, studies for improving the nutrient utilization efficiency of crops have been performed on rice, one of the most important food crops in the world, and many efforts have been made to obtain useful genes and to preoccupy them after the whole gene sequence of rice has been revealed . Studies on the inorganic nutrient uptake of plants have been carried out for a long time in the research of cultivated aspects and plant physiological aspects. Recently, based on the basic study on the molecular level of inorganic nutrient uptake, Studies have been actively conducted around the world to increase the growth and yield of crops and to breed crops capable of growing under extremely limited nutrient conditions.

인산이 결핍된 조건에서 식물은 뿌리의 생장과 뿌리털의 형성을 촉진하여 표면적을 넓히고, 고친화성 인산 운반체, 탈인산화효소 및 유기산의 생합성과 분비에 관련된 유전자들의 발현을 유도함으로써 인산 흡수 능력을 향상시키고, 인산 이용성을 증진시킨다. 본 발명은 인산 결핍 조건에서 발현되는 벼 유래의 R2R3-MYB 전사 조절 유전자(OsMYB5P)의 기능을 분석하고, 상기 유전자를 이용하여 식물의 인산 흡수 효율을 증진시킴으로써 인산 결핍 조건에 적응할 수 있는 식물체를 개발하고자 한다.Under the conditions of phosphorus deficiency, the plant promotes root growth and root hair formation to broaden the surface area, and induces the expression of genes involved in the biosynthesis and secretion of highly phosphorylated phosphoric acid carriers, dephosphorylated enzymes and organic acids, , Thereby improving the phosphate availability. The present invention analyzes the function of the rice-derived R2R3-MYB transcriptional regulatory gene ( OsMYB5P ) expressed in a phosphate-deficient condition and improves the phosphorus absorption efficiency of the plant using the gene to develop a plant capable of adapting to phosphorus deficiency conditions I want to.

한편, 한국등록특허 제0640284호에는 '인산 농도의 변화에 관계없이 벼의 모든 조직에서 항상 발현하는 고친화성 인산 운반체 유전자, 상기 유전자의 프로모터 및 상기 유전자를 이용하여 형질전환된 식물체의 생산 방법'이 개시되어 있고, 한국등록특허 제0770203호에는 '담배 유래의 인산 수송자 유전자를 이용한 식물의 인산 흡수 증대 방법과 동 방법을 이용하여 인산 흡수율이 증대된 형질전환 식물체'가 개시되어 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 식물의 인산 흡수 효율을 증진시키는 OsMYB5P 유전자 및 이의 용도에 대해서는 개시된 바가 없다.Korean Patent No. 0640284 discloses a method for producing a high-affinity phosphate carrier gene, a promoter of the gene, and a plant transformed using the gene, which are always expressed in all tissues of rice regardless of changes in the phosphoric acid concentration Korean Patent No. 0770203 discloses a method of increasing the absorption of phosphoric acid by a plant using a gene of a tobacco-derived phosphoric acid transporter, and a transgenic plant in which the rate of absorption of phosphoric acid is increased by the same method. However, as in the present invention, the OsMYB5P gene which promotes the phosphoric acid absorption efficiency of a plant and its use has not been disclosed.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 벼 유래의 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 OsMYB5P 유전자를 과발현시킨 형질전환된 벼 식물체를 배양했을 때, 야생형에 비해 식물체 내 인산 함량이 증가하는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and the present inventors have found that rice transcription control protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P), the present inventors have completed the present invention by confirming that the transgenic rice plant overexpressing the OsMYB5P gene is cultivated and the phosphoric acid content in the plant is increased compared to the wild type.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 벼 유래의 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides rice transcription control protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P).

또한, 본 발명은 상기 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 코딩하는 유전자를 제공한다.The present invention also relates to the above transcription regulatory protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P).

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector comprising the gene.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다.The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 OsMYB5P 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 OsMYB5P 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 식물체의 인산 흡수 효율을 증가시키는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for increasing the phosphoric acid uptake efficiency of a plant as compared to a wild type comprising overexpressing OsMYB5P gene by transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding OsMYB5P protein.

또한, 본 발명은 OsMYB5P 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 이용한 야생형에 비해 인산 흡수 효율이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a transgenic plant having increased phosphorus absorption efficiency as compared to a wild type using a recombinant vector containing a gene encoding OsMYB5P protein.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 인산 흡수 효율이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.Also, the present invention provides a transgenic plant having enhanced phosphorus absorption efficiency produced by the above method and seeds thereof.

또한, 본 발명은 벼 유래의 OsMYB5P 단백질을 코딩하는 유전자를 함유하는 식물체의 인산 흡수 효율 증진용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for promoting phosphoric acid absorption efficiency of a plant containing a gene encoding OsMYB5P protein derived from rice.

본 발명의 벼 유래의 전자조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 코딩하는 유전자는 식물체의 인산 흡수 효율을 증진시키므로, 식물체에서 OsMYB5P 유전자의 발현 조절을 통해 인산 흡수율이 증진된 식물체를 개발하는데 이용할 수 있다. 또한, 인산 흡수 능력이 향상된 식물체는 인산 결핍 스트레스를 극복할 수 있으므로, 비료 투입량 절감에 따른 농업 생산 비용 감소 및 환경 오염 방지 효과도 얻을 수 있을 것으로 예상된다.The rice-derived electron control protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P) promotes the phosphorus uptake efficiency of plants, and thus can be used for the development of plants with enhanced absorption of phosphoric acid through regulation of OsMYB5P gene expression in plants. In addition, plants with improved phosphate absorption capacity can overcome phosphorus deficiency stress, and therefore, it is expected that reduction of agricultural production cost and prevention of environmental pollution due to reduction of fertilizer input amount can be obtained.

도 1은 벼 전사조절 유전자로 알려진 MYB2P -1OsMYB4P와 본 발명의OsMYB5P 유전자의 아미노산 서열을 비교한 것이다.
도 2는 질소, 인산, 칼륨 및 철 결핍 조건에서 OsMYB5P 유전자의 발현 양상(A) 및 동진벼(Oryza sativa)의 줄기 및 뿌리에서 인산 결핍 처리 시간별에 따른 OsMYB5P 유전자의 발현 양상(B)을 나타낸 것이다. EtBr은 로딩 컨트롤이다.
도 3은 OsMYB5P 과발현 형질전환체 및 RNAi 돌연변이체의 OsMYB5P 유전자 도입여부 및 OsMYB5P 유전자 발현 양상을 나타낸 것이다. A 및 B는 PCR 분석, C 및 D는 노던 블롯 결과이다.
도 4는 인산 충분 및 결핍 조건에서 야생형 식물체, OsMYB5P 과발현 형질전환체 및 RNAi 돌연변이체의 사진(A), 줄기 길이 측정 결과(B) 및 주근 길이 측정 결과(C)이다.
도 5는 인산 충분 및 결핍 조건에서 야생형 식물체, OsMYB5P 과발현 형질전환체 및 RNAi 돌연변이체의 주근 사진(A), 측근 밀도 측정 결과(B), 줄기 및 뿌리의 인산 함량 측정 결과(C) 및 측근 길이 측정 결과(D)를 나타낸 것이다.
도 6은 인산 충분 및 결핍 조건에서 야생형 애기장대 및 OsMYB5P 과발현 형질전환체의 사진(A), 주근 길이 측정 결과(B), 뿌리털 사진(C), 뿌리털 밀도 측정(D) 및 줄기 및 뿌리의 인산 함량 측정 결과(E)를 나타낸 것이다.
1 compares the amino acid sequences of the OsMYB5P gene of the present invention with MYB2P- 1 and OsMYB4P known as rice transcriptional regulatory genes.
FIG. 2 shows the expression pattern ( Os ) of OsMYB5P gene (A) and the expression level of OsmYB5P gene ( Oryza ) in the conditions of nitrogen, phosphoric acid, potassium and iron (B) of the OsMYB5P gene according to the treatment time of phosphate deficiency in the stem and root of S. sativa . EtBr is the loading control.
FIG. 3 is a graph showing the activity of OsMYB5P Whether the overexpressed transformants and RNAi mutants were transfected with OsMYB5P gene and OsMYB5P Gene expression pattern. A and B are PCR analysis, and C and D are Northern blot results.
FIG. 4 is a photograph (A) of a wild-type plant, OsMYB5P overexpressing transformant and RNAi mutant, a stem length measurement result (B), and a main length measurement result (C) under phosphate sufficiency and deficiency conditions.
FIG. 5 is a photograph showing the main muscle photograph (A) of the wild type plant, the OsMYB5P overexpressing transformant and the RNAi mutant at the phosphate sufficiency and depletion conditions, the result of measuring the anisometrical density (B), the result of measuring the phosphate content of the stem and root (C) And the measurement result (D).
FIG. 6 shows photographs (A), (B), (C), (C), (D) and (D) the phosphorus in the stem and root of the wild type Arabidopsis thaliana and OsMYB5P overexpressing transformants under phosphate sufficient conditions (E).

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 벼 유래의 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides rice transcriptional regulatory protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P).

본 발명에 따른 OsMYB5P 단백질의 범위는 벼(Oryza sativa)로부터 분리된 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 인산 흡수 효율 증진 활성을 의미한다. 본 발명은 또한 OsMYB5P 단백질의 단편, 유도체 및 유사체 (analogues)를 포함한다. 본원에 사용된, 용어 "단편", "유도체" 및 "유사체"는 본 발명의 OsMYB5P 폴리펩티드와 실질적으로 같은 생물학적 기능 또는 활성을 보유하는 폴리펩티드를 말한다.The range of the OsMYB5P protein according to the present invention is rice ( Oryza comprising the amino acid sequence shown in the SEQ ID NO: 2 isolated from sativa) comprises the functional equivalent of a protein and 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 physiological activity" means a phosphoric acid absorption efficiency enhancing activity. The invention also includes fragments, derivatives and analogues of the OsMYB5P protein. As used herein, the terms "fragments", "derivatives" and "analogs" refer to polypeptides that possess substantially the same biological function or activity as the OsMYB5P polypeptides of the present invention.

또한, 본 발명은 상기 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 코딩하는 유전자를 제공한다.The present invention also relates to the above transcription regulatory protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P).

본 발명의 유전자는 식물의 인산 흡수 효율을 증진시키는 특징이 있으며, OsMYB5P 단백질을 코딩하는 게놈 DNA, cDNA 및 합성 DNA를 모두 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 포함할 수 있다. 또한, 상기 염기 서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 구체적으로, 상기 유전자는 서열번호 1의 염기 서열과 각각 70% 이상, 더 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제(즉, 갭)를 포함할 수 있다.The gene of the present invention is characterized by enhancing the phosphoric acid uptake efficiency of plants, and includes genomic DNA, cDNA, and synthetic DNA encoding OsMYB5P protein. Preferably, the gene of the present invention may include the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. In addition, homologues of the nucleotide sequences are included within the scope of the present invention. Specifically, the gene includes a nucleotide sequence having a sequence homology of 70% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more, with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 can do. "% Of sequence homology to polynucleotides" is ascertained by comparing the comparison region with two optimally aligned sequences, and a portion of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence for the optimal alignment of the two sequences (I. E., A gap) relative to the < / RTI >

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 OsMYB5P 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. 본 발명의 재조합 벡터에서, 상기 OsMYB5P 유전자는 바람직하게는 서열번호 1의 염기서열로 이루어질 수 있다.The present invention also provides a recombinant vector comprising the OsMYB5P gene according to the present invention. In the recombinant vector of the present invention, the OsMYB5P The gene may preferably consist of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

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.The term "recombinant" refers to a cell in which a cell replicates a heterologous nucleic acid, expresses the nucleic acid, or expresses a protein encoded by a peptide, heterologous peptide or heterologous nucleic acid. The recombinant cell can express a gene or a gene fragment that is not found in the natural form of the cell in one of the sense or antisense form. In addition, the recombinant cell can express a gene found in a cell in its natural state, but the gene has been modified and reintroduced intracellularly by an artificial means.

용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "전달체"는 흔히 "벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 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. 진핵세포에서 이용가능한 번역 조절 요소인 인핸서(enhancer), 리보솜 결합 부위, 종결신호, 폴리아데닐레이션 신호 및 프로모터는 당업계에 공지되어 있다. 상기 발현 벡터는 당업계에 주지된 방법에 의해 구축될 수 있다. 상기 방법은 시험관 내 재조합 DNA 기술, DNA 합성 기술 및 생체 내 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 리보솜 결합 부의 및 전사 터미네이터를 포함할 수 있다.The term "vector" is used to refer to a DNA fragment (s), nucleic acid molecule, which is transferred into a cell. The vector replicates the DNA and can be independently regenerated in the host cell. The term "carrier" is often used interchangeably with "vector ". The term "expression vector" means a recombinant DNA molecule comprising a desired coding sequence and a suitable nucleic acid sequence necessary for expressing a coding sequence operably linked in a particular host organism. 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. Enhancers, ribosome binding sites, termination signals, polyadenylation signals, and promoters, which are available in eukaryotic cells, are well known in the art. The expression vector can be constructed by a method known 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.

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(EP 0 116 718 B1호 참조)는 현재 식물 세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 잡종 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다. Ti-플라스미드 벡터의 특히 바람직한 형태는 EP 0 120 516 B1호 및 미국 특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 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.A preferred example of a recombinant vector is a Ti-plasmid vector which is capable of transferring a so-called T-region to a plant cell when it is present in a suitable host such as Agrobacterium tumefaciens. Other types of Ti-plasmid vectors (see EP 0 116 718 B1) are currently used to transfer hybrid DNA sequences to plant cells or protoplasts in which new plants capable of properly inserting hybrid DNA into the plant's genome can be produced have. A particularly preferred form of the Ti-plasmid vector is a so-called binary vector as claimed in EP 0 120 516 B1 and U.S. Patent No. 4,940,838. Other suitable vectors that can be used to introduce 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.

본 발명의 재조합 벡터에서, 상기 프로모터는 형질전환에 적합한 프로모터들로서, 바람직하게는 CaMV 35S 프로모터, 액틴 프로모터, 유비퀴틴 프로모터, pEMU 프로모터, MAS 프로모터 또는 히스톤 프로모터일 수 있으며, 바람직하게는 CaMV 35S 프로모터일 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. "항시성(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 항시성 프로모터가 본 발명에서 바람직할 수 있다. 따라서, 항시성 프로모터는 선택 가능성을 제한하지 않는다.In the recombinant vector of the present invention, the promoter may be a promoter suitable for transformation, preferably a CaMV 35S promoter, an actin promoter, a ubiquitin promoter, a pEMU promoter, a MAS promoter or a histone promoter, preferably a CaMV 35S 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. Since the selection of the transformant can be carried out by various tissues at various stages, a constant promoter may be preferable in the present invention. Therefore, the constant promoter does not limit the selectivity.

본 발명의 재조합 벡터에서, 터미네이터는 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 그 예로는 노팔린 신타아제 (NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 파세올린(phaseoline) 터미네이터, 아그로박테리움 튜머파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)의 옥토파인(Octopine) 유전자의 터미네이터 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터미네이터의 필요성에 관하여, 터미네이터 영역이 식물 세포에서의 유전자 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, the terminator can be a conventional terminator, such as nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium tumefaciens , Octopine gene terminator of Agrobacterium tumefaciens , and the like. Regarding the need for a terminator, it is generally known that the terminator region increases the certainty and efficiency of gene transcription in plant cells. Therefore, the use of a terminator is highly desirable in the context of the present invention.

본 발명의 재조합 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. 그 예로는 글리포세이트(glyphosate) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신, G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The recombinant vector of the present invention 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. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinothricin, antibiotic resistant genes such as kanamycin, G418, Bleomycin, hygromycin, chloramphenicol, However, the present invention is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다.The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector.

본 발명의 벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주세포는 당업계에 공지된 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 원핵세포의 예로는, 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. Host cells capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention in a stable manner can be any host cell known in the art. Examples of prokaryotic cells include E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli Bacillus sp. Strains such as RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, and Bacillus thuringiensis, and Salmonella typhimurium, Serratia marcesensis And enterobacteria and strains such as Pseudomonas spp.

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 (e.g., 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 재조합 벡터는 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법, 하나한 방법(Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기천공 방법 등에 의해 숙주세포 내로 운반될 수 있다. 또한, 숙주세포가 진핵세포인 경우에는, 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법 및 유전자 밤바드먼트 등에 의해 숙주세포 내로 벡터를 주입할 수 있다.The recombinant vector of the present invention can be produced by the CaCl 2 method, Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166: 557-580 (1983) And can be delivered into cells. When the host cell is a eukaryotic cell, the vector may be injected into the host cell by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, and gene bombardment have.

또한, 본 발명은 OsMYB5P 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 OsMYB5P 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 식물체의 인산 흡수 효율을 증가시키는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for increasing the phosphoric acid uptake efficiency of a plant as compared to a wild type comprising overexpressing OsMYB5P gene by transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding OsMYB5P protein.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 OsMYB5P 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the OsMYB5P protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 발명의 벡터를 식물세포에 형질전환시키는 경우에 숙주세포는 바람직하게는 벼과(Poaceae) 식물세포일 수 있으며, 더 바람직하게는 벼 세포일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 식물세포를 형질전환시키는 방법은 전술한 바와 같다.When transforming a vector of the present invention into a plant cell, the host cell may preferably be a Poaceae plant cell, and more preferably, it may be a rice cell, but is not limited thereto. The method of transforming the plant cell is as described above.

또한, 본 발명은 야생벼 유래의 인산 수송체 단백질 OsMYB5P를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계; 및The present invention also relates to a method for transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding a wild-type rice transporter protein OsMYB5P; And

상기 형질전환된 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 인산 흡수 효율이 증가된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다. And regenerating the transformed plant from the transformed plant cell. The present invention also provides a method for producing a transgenic plant having increased phosphorus absorption efficiency as compared to the wild type.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 OsMYB5P 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the OsMYB5P protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

상기 식물세포를 형질전환시키는 방법은 전술한 바와 같으며, 상기 형질전환된 식물세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다.The method of transforming plant cells is as described above. Regeneration of transgenic plants from the transformed plant cells can be carried out by any method known in the art.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 인산 흡수 효율이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.Also, the present invention provides a transgenic plant having enhanced phosphorus absorption efficiency produced by the above method and seeds thereof.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명에 이용되는 식물은 애기장대, 감자, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 상추, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 샐러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이, 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 완두 등의 쌍자엽 식물 또는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수 수, 귀리, 양파 등의 단자엽 식물일 수 있으며, 바람직하게는 단자엽 식물일 수 있으며, 더 바람직하게는 벼과(Poaceae) 식물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 벼(Oryza sativa)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the plants used in the present invention are selected from the group consisting of Arabidopsis, potato, eggplant, cigarette, pepper, tomato, burdock, ciliaceae, lettuce, bellflower, spinach, modern sweet potato, celery, carrot, Such as rice, barley, wheat, rye, corn, sugar cane, oats, onions, etc., such as Chinese cabbage, cabbage, gangbu, watermelon, melon, cucumber, amber, pak, strawberry, soybean, mung bean, May be monocotyledons, preferably monocotyledons, more preferably Poaceae plants, more preferably rice ( Oryza < RTI ID = 0.0 > sativa , but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 벼 유래의 OsMYB5P 단백질을 코딩하는 유전자를 함유하는 식물체의 인산 흡수 효율 증진용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for promoting phosphoric acid absorption efficiency of a plant containing a gene encoding OsMYB5P protein derived from rice.

상기 조성물은 유효성분으로 서열번호 2의 아미노산 서열을 코딩하는 유전자 또는 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 포함하며, 상기 유전자를 식물에 형질전환함으로써 식물체의 인산 흡수 효율을 증가시킬 수 있는 것이다.
The composition includes an effective component as a gene encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or a recombinant vector containing the gene. The gene can be transformed into a plant to increase the phosphoric acid absorption efficiency of the plant.

이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1. 벼 유래의 전사조절 유전자( 1. Rice-derived transcriptional control genes ( OsMYB5POsMYB5P )의 분리)

본 실시예에서는 우리나라 재배 품종인 동진벼(Oryza sativa cv. Dongjin)를 사용하였다. 동진벼에서 게놈 DNA를 분리하여 벼의 전체유전체 염기서열을 토대로 벼 유래의 R2R3-MYB 전사조절 유전자(OsMYB5P)에 특이적인, 올리고뉴클레오티드 프라이머(정방향 프라이머 5'-CACCATGGGGAGGGCGCCGTGCTG-3' (서열번호 3) 및 역방향 프라이머 5'-TTAAATCTGGGGCAAATTCT-3' (서열번호 4))를 제작하였다. 상기 프라이머로 PCR 방법을 이용하여 유전자의 코딩영역을 증폭한 후, 증폭된 산물을 pEntr-벡터에 클로닝하여 시퀀싱을 통해 유전자의 염기서열을 확인하였다. 인산결핍 조건에서 발현되는 전사조절 유전자인 OsMYB5P는 기존에 밝혀지지 않은 새로운 유전자로 서열번호 1의 염기서열(777bp)을 가지고 있으며, 서열번호 2의 258개의 아미노산 서열을 암호화하고 있다. 또한, 분리된 OsMYB5P 유전자와 기 밝혀진 MYB2P -1OsMYB4P 벼 전사조절 유전자들의 아미노산과의 상동성을 CLASTAL W 프로그램을 이용하여 비교한 결과, 이들 유전자들 간에는 70% 정도의 아미노산 서열 동일성이 있었다(도 1).
In this example, the cultivated varieties of Oryza sativa cv. Dongjin ) was used. Genomic DNA was isolated from Dongjin-jin, and oligonucleotide primers (forward primer 5'-CACCATGGGGAGGGCGCCGTGCTG-3 '(SEQ ID NO: 3)) specific for R2R3-MYB transcriptional regulatory gene ( OsMYB5P ) derived from rice were selected based on the entire genome sequence of rice. Reverse primer 5'-TTAAATCTGGGGCAAATTCT-3 '(SEQ ID NO: 4)). After amplifying the coding region of the gene using the primer using the PCR method, the amplified product was cloned into the pEntr-vector and the nucleotide sequence of the gene was confirmed by sequencing. OsMYB5P , a transcriptional regulatory gene expressed in phosphate-deficient conditions, is a novel gene that has not been previously identified and has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 (777 bp) and encodes 258 amino acid sequences of SEQ ID NO: 2. In addition, the homology of the isolated OsMYB5P gene to the amino acids of the previously identified MYB2P- 1 and OsMYB4P rice transcriptional control genes was compared with that of the CLASTAL W program. As a result, there was about 70% amino acid sequence identity between these genes One).

실시예Example 2. 인산 결핍 조건에서 벼 식물체의  2. In the absence of phosphoric acid, OsMYB5POsMYB5P 유전자의 발현 양상 Expression pattern of gene

일반적으로 유사기능을 하는 유전자의 발현은 조직 특이적 또는 유도인자 특이적으로 조절되므로 분리된 전사조절 유전자의 발현 양상을 RNA 블롯 방법을 이용하여 조사하였다. 이때 OsMYB5p 전사조절 유전자 특이적인 염기서열을 가진 프라이머를 프로브로 사용하였다. 동진벼 종자를 이용하여 2주간 증류수를 이용하여 수경재배하여 벼의 생육에 영향을 미치는 질소(0.25mM (NH4)2SO4, KNO3), 인산(0.0125mM KH2PO4), 칼륨(0.01mM KNO3) 및 철(0.01mM Fe-EDTA) 성분이 결핍된 호글랜드 용액(Hogland solution; 200mM Ca(NO3)2·4H2O, 2.5mM K2SO4, 2mM MgSO4·7H2O, 1.25mM KH2PO4, 9mM KCl, 0.25mM MnSO4, 0.25mM H3BO3, 0.25mM ZnSO4, 0.25mM CuSO4, 0.25mM Na2MoO4, 20mM Fe-Sequestrate 및 0.5mM K2SO4, pH 5.5)에서 1주일 동안 배양하였다. 또한, 줄기 및 뿌리에 대해 인산 결핍 시간별로 유전자 발현 양상을 확인하기 위하여 인산 충분 조건(1.25mM KH2PO4) 및 인산 결핍 조건(0.0125mM KH2PO4)으로 처리한 호글랜드 용액에서 각각 7일간 배양하고 트리졸 시약(Invitrogen, 미국)을 이용하여 총 RNA를 분리하였다. 20㎍의 RNA를 1.2%(w/v) 변성 포름알데히드 아가로스 겔(denaturing formaldehyde agarose gel)에서 전기영동하여 나일론 멤브레인(Amersham, 영국)에 RNA를 부착시켰다. RNA가 부착된 나일론 멤브레인은 [32P] dCTP로 표지된 프로브를 20%(w/v) SDS, 20×SSPE, 100g/L PEG(8,000mwt), 250mg/L 헤파린 및 10㎖/L 청어 정자(Hering sperm) DNA(10mg/ml)가 포함된 용액과 함께 65℃에서 밤새 반응시켜 유전자의 발현 양상을 확인하였다. RNA 블롯을 수행하여 동진벼에서 OsMYB5P 유전자의 발현은 질소, 칼륨 또는 철이 결핍된 경우에서는 발현을 하지 않고 인산이 결핍된 경우에만 OsMYB5P 유전자 발현이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(도 2A). 또한, 인산 결핍 처리 시간별(0, 1, 3, 5 및 7일)로 발현량의 차이를 확인한 결과, OsMYB5P 유전자는 줄기에서 결핍처리시 초기에 발현하여 시간이 지남에 따라 점차 감소하였고, 뿌리에서 초기에는 발현하지 않고 7일째 높게 발현되는 것을 확인하였다(도 2B).
In general, the expression of a gene having a similar function is specifically regulated by a tissue - specific or inducible factor. Therefore, the expression pattern of the isolated transcription regulatory gene was examined using an RNA blotting method. At this time, a primer having an OsMYB5p transcription regulatory gene-specific base sequence was used as a probe. By using distilled water for two weeks by using the hydroponic seed dongjinbyeo to affect the growth of the rice plant nitrogen (0.25mM (NH 4) 2 SO 4, KNO 3), phosphoric acid (0.0125mM KH 2 PO 4), potassium (0.01 mM KNO 3), and iron (Fe-EDTA 0.01mM) a component-deficient hogeul land solution (Hogland solution; 200mM Ca (NO 3) 2 · 4H 2 O, 2.5mM K 2 SO 4, 2mM MgSO 4 · 7H 2 O , 1.25 mM KH 2 PO 4 , 9 mM KCl, 0.25 mM MnSO 4 , 0.25 mM H 3 BO 3 , 0.25 mM ZnSO 4 , 0.25 mM CuSO 4 , 0.25 mM Na 2 MoO 4 , 20 mM Fe-Sequestrate and 0.5 mM K 2 SO 4 , pH 5.5) for one week. In addition, phosphoric acid sufficient to confirm that the gene expression profiles in phosphate deficiency over time for the stem and root (1.25mM KH 2 PO 4) and phosphoric acid-deficient condition, respectively 7 in hogeul land solution was treated with (0.0125mM KH 2 PO 4) (Invitrogen, USA), and the total RNA was isolated. 20 μg of RNA was electrophoresed on 1.2% (w / v) denatured formaldehyde agarose gel to attach RNA to a nylon membrane (Amersham, UK). RNA-attached nylon membranes were prepared by incubating probes labeled with [ 32 P] dCTP in 20% w / v SDS, 20 x SSPE, 100 g / L PEG (8,000 mwt), 250 mg / L heparin and 10 mL / (Hering sperm) DNA (10 mg / ml) overnight at 65 ° C to confirm the expression pattern of the gene. RNA blots were performed to obtain OsMYB5P Expression of the gene showed that the expression of OsMYB5P gene was high only when phosphorus was deficient without expression in the case of deficiency of nitrogen, potassium or iron (Fig. 2A). In addition, OsMYB5P gene was expressed at the early stage of deficiency treatment in the stem and gradually decreased over time, and it was decreased from the root It was confirmed that it was not expressed at the early stage and was highly expressed at the 7th day (Fig. 2B).

실시예Example 3.  3. OsMYB5POsMYB5P 유전자의 과발현 형질전환체 및  Overexpressing transformants of the genes and RNAiRNAi 돌연변이체의 제작 Production of Mutants

벼에서 분리한 MYB 전사조절 유전자의 식물체 내에서 그 기능을 조사하기 위해, 동진벼에 OsMYB5P를 과발현하는 형질전환체 및 RNAi 돌연변이체를 만들었다. 벼의 형질전환체 생산 과정은 다음과 같다. OsMYB5P 유전자의 코딩 영역을 강한 항시성 프로모터인 CaMV 35S 프로모터에 의해 발현이 조절되는 데스티네이션 벡터(destination vector; pH7WG2D,1)에 클로닝한 구축물을 제작하였고, OsMYB5p 유전자의 절편을 특이적인 올리고뉴클레오티드 프라이머(정방향 프라이머 '5-CACC CGTCGTCCGGCCGGGAAGCC-3' (서열번호 5), 역방향 프라이머 '5- CCGAGGTGAAACTGTCCGTG-3' (서열번호 6))를 이용하여 데스티네이션 벡터(destination vector; pB7GWIWG2(Ⅱ))에 클로닝하여 유전자가 넉-아웃(Knock-out)되는 구축물을 만들어 삼친교배(triparental mating) 방법으로 아그로박테리움 튜머파시엔스 EHA105에 도입하였다. 동진벼 캘러스에 상기 구축물이 포함된 아그로박테리움 튜머파시엔스 EHA105를 사용하여 형질전환하였다. 형질전환하여 얻은 T0 식물체에서 OsMYB5P 유전자의 도입여부와 유전자 발현량을 PCR 분석(도 3A 및 3B) 및 RNA 블롯 방법(도 3C 및 3D)으로 확인한 후에 유전자 발현량이 높은 과발현 형질전환체(#2, #3 및 #9) 및 유전자 발현이 넉-아웃된 RNAi 돌연변이체(#3, #5 및 #8)를 선발하였다. 애기장대의 경우, 동일한 방법으로 야생형(Col-0) 화기에 상기 OsNMYB5P 유전자를 포함하는 벡터가 포함된 아그로박테리움 튜메파시엔스 GV3301 균주를 사용하여 형질전환하였다.
In order to investigate the function of MYB transcriptional control genes isolated from rice in plants, transformants and RNAi mutants overexpressing OsMYB5P were constructed in Dongjinbil. The production process of rice transgenic plants is as follows. The coding region of the OsMYB5P gene was cloned into a destination vector (pH7WG2D, 1) whose expression was regulated by the CaMV 35S promoter, which is a strong allosteric promoter, and a fragment of the OsMYB5p gene was cloned into a specific oligonucleotide primer Was cloned into a destination vector (pB7GWIWG2 (II)) using the forward primer '5-CACC CGTCGTCCGGCCGGGAAGCC-3' (SEQ ID NO: 5) and the reverse primer '5- CCGAGGTGAAACTGTCCGTG-3' (SEQ ID NO: Was knocked out and introduced into Agrobacterium tumefaciens EHA105 as a triparental mating method. The callus was transformed with Agrobacterium tumefaciens EHA105 containing the construct. After confirming the introduction of OsMYB5P gene and the expression level of the gene in the transformed T0 plants by PCR analysis (FIGS. 3A and 3B) and RNA blotting method (FIG. 3C and 3D), overexpressing transformants (# 2, # 3 and # 9) and gene expression knock-out RNAi mutants (# 3, # 5 and # 8) were selected. In the case of Arabidopsis, the wild-type (Col-0) firefly was transformed in the same manner with the Agrobacterium tumefaciens GV3301 strain containing the OsNMYB5P gene.

실시예Example 4.  4. OsMYB5POsMYB5P 유전자의 과발현 형질전환 식물체의 생육 특성 Growth characteristics of transgenic plants overexpressing genes

수확한 과발현 형질전환체 및 RNAi 돌연변이체 종자를 대조군과 함께 2주간 수경재배한 후, 인산결핍(0.0125mM KH2PO4)과 인산충분(1.25mM KH2PO4) 조건으로 7일간 호글랜드 용액을 처리하여 배양하면서 식물생육 상태를 야생형과 비교 조사하였다. 인산 충분 및 결핍 조건에서 과발현 형질전환체의 생육이 대조군인 야생형 식물체와 비교하여 더 좋은 것을 확인하였다. 반면에, RNAi 형질전환체의 경우, 생육이 대조군인 야생형 식물체와 비교하여 나빠지는 것을 확인하였다(도 4A). 정량적인 조사 결과에서도 야생형 식물체와 비교하여 과발현 형질전환체에서 줄기와 주근생장이 좋은 것을 확인하였고, 돌연변이체에서는 줄기와 주근생장이 감소하는 것을 확인하였다(도 4B 및 4C). The harvested over-expressing transformants and the RNAi mutant seeds were hydroponically cultured for 2 weeks with the control group, and then treated with the hogleland solution for 7 days under the conditions of phosphate deficiency (0.0125 mM KH 2 PO 4 ) and phosphoric acid sufficiency (1.25 mM KH 2 PO 4 ) Were cultured and cultured, and the growth condition of the plants was compared with the wild type. The growth of overexpressed transgenic plants was found to be better than that of the control wild type plants in the conditions of phosphate sufficiency and deficiency. On the other hand, in the case of RNAi transformants, it was confirmed that the growth was worse than that of wild-type plants as the control group (Fig. 4A). As a result of quantitative investigation, it was confirmed that stem and main muscle growth was good in the overexpressed transformant as compared with the wild type plant, and stem and main muscle growth was reduced in the mutant (FIGS. 4B and 4C).

인산흡수관련 유전자의 경우 뿌리의 구조적인 변화를 일으켜 인산흡수 조절을 하는 것으로 밝혀져 있다. OsMYB5P 유전자의 기능을 확인하기 위하여, 측근과 뿌리털의 발달을 인산결핍(0.0125mM KH2PO4)과 인산충분(1.25mM KH2PO4) 조건으로 7일간 처리한 주근을 이용하여 관찰하였다(도 5A). 과발현 형질전환체의 경우, 대조구인 야생형 벼와 비교하여 측근 밀도 및 길이가 증가한 반면, RNAi 돌연변이체의 경우 측근 밀도 및 길이가 감소하는 것을 확인하였다(도 5B 및 5D). 줄기와 뿌리의 인산함량을 측정한 결과, 과발현체의 경우 대조구인 야생형 벼와 비교하여 인산 충분(1.25mM KH2PO4)과 결핍(0.0125mM KH2PO4) 조건에서 모두 증가하였고, RNAi 돌연변이체는 인산 충분과 결핍조건에서 모두 감소하는 것을 확인하였다(도 5C).Phosphorylation-related genes have been shown to cause structural changes in roots and regulate phosphorus uptake. To confirm the function of the OsMYB5P gene, the development of the lateral root and root hair was observed using a main muscle treated for 7 days under the conditions of phosphate deficiency (0.0125 mM KH 2 PO 4 ) and phosphoric acid (1.25 mM KH 2 PO 4 ) 5A). In the case of the overexpressed transformants, the anterior muscle density and length were increased in comparison with wild type rice, which was the control, whereas the anterior muscle density and length were decreased in the RNAi mutants (FIGS. 5B and 5D). Phosphorus contents of stem and root were increased in both phosphate-rich (1.25 mM KH 2 PO 4 ) and deficient (0.0125 mM KH 2 PO 4 ) conditions compared with wild-type rice in control, and RNAi mutation The sieve was found to decrease in both phosphate sufficiency and deficiency conditions (Fig. 5C).

또한 과발현 애기장대 식물체의 경우, 수확한 종자를 대조군과 함께 MS배지에 치상하고 5일 후에, 인산결핍(0.0125mM KH2PO4)과 인산충분(1.25mM KH2PO4) 조건의 MS 배지(200mM NH4NO3, 200mM KNO3, 3mM MgSO4·7H2O, 1.25mM KH2PO4, 6mM CaCl2·2H2O, 10mM Na2-EDTA, 10mM FeSO4·7H2O, 1mM H3BO3, 1.5mM MnSO4·4H2O, 0.3mM ZnSO4·7H2O, 0.5mM KI, 10uM Na2MoO4·2H2O, 55M Myo inositol, 3M Tiamin-HCl, 0.8M Nicotinic acid, 0.5M Pyridoxine HCl, 0.01M CuSO4·5H2O, 0.01M CoCl2·6H2O, 2.3mM MES, 1.2% Sucrose, 6% Agar; pH 5.7)로 옮겨 7일간 처리하여 배양하면서 생육 상태를 야생형과 비교하였다(도 6A). 정량적인 조사 결과에서 인산 충분 및 결핍 조건에서 형질전환체의 생육이 대조군인 야생형 식물체와 비교하여 주근의 발달이 더 좋은 것을 확인하였다(도 6B). 인산 충분과 결핍조건에서 뿌리털의 발달을 비교한 결과, 인산 결핍조건에서 과발현 형질전환체의 뿌리털 발달이 증가하는 것을 확인하였다(도 6C 및 6D). 인산 충분과 결핍조건에서 인산 함량을 야생형 식물체와 비교하여 형질전환체에서 인산 충분과 결핍조건 모두에서 인산 함량이 모두 증가한 것을 확인하였다(도 6E). 인산 흡수를 증가시키는 벼 유래 전사조절 유전자인 OsMYB5P는 쌍떡잎의 표본식물인 애기장대에서도 인산 흡수를 증가시키는 역할을 하는 것을 보여 준다. 또한, R2R3-MYB 전사조절 단백질에 의해 전사가 조절되는 모든 식물체에서 OsMYB5P 유전자의 과발현에 의한 인산 흡수 효율의 개선이 가능하다는 것을 제시한다.In the overexpressed Arabidopsis thaliana plants, the harvested seeds were placed on MS medium together with the control group, and after 5 days, the MS medium (0.0125 mM KH 2 PO 4 ) and phosphate-sufficient (1.25 mM KH 2 PO 4 ) 200 mM NH 4 NO 3 , 200 mM KNO 3 , 3 mM MgSO 4 .7H 2 O, 1.25 mM KH 2 PO 4 , 6 mM CaCl 2 .2H 2 O, 10 mM Na 2 -EDTA, 10 mM FeSO 4 .7H 2 O, 1 mM H 3 BO 3 , 1.5 mM MnSO 4 .4H 2 O, 0.3 mM ZnSO 4 .7H 2 O, 0.5 mM KI, 10 uM Na 2 MoO 4 .2H 2 O, 55M Myo inositol, 3M Tiamin-HCl, 0.8M Nicotinic acid, 0.5 The cells were transferred to M Pyridoxine HCl, 0.01 M CuSO 4 .5H 2 O, 0.01 M CoCl 2 .6H 2 O, 2.3 mM MES, 1.2% Sucrose, 6% Agar; pH 5.7) and cultured for 7 days. (Fig. 6A). Quantitative investigations showed that the growth of the transgenic plants was better in the phosphate-rich and deficient conditions than in the wild-type plants in which the growth of the transformants was the control (Fig. 6B). Comparing the development of root hair in phosphate sufficient and deficient conditions, it was confirmed that the root development of the overexpressed transformant was increased in the absence of phosphoric acid (FIGS. 6C and 6D). The phosphoric acid content was found to be increased in both the phosphoric acid sufficiency and the deficiency condition in the transformant compared to the wild type plant (Fig. 6E). OsMYB5P , a rice transcriptional regulatory gene that increases phosphorus uptake, also plays a role in increasing phosphorus uptake in Arabidopsis thaliana. It also suggests that it is possible to improve the phosphoric acid uptake efficiency by overexpression of the OsMYB5P gene in all plants transcriptionally regulated by the R2R3-MYB transcriptional regulatory protein.

<110> Dong-A University Research Foundation For Industry-Academy Cooperation <120> OsMYB5P gene improving phosphate uptake efficiency in plant and uses thereof <130> PN15350 <160> 6 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 777 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 atggggaggg cgccgtgctg cgagaagatg gggctgaaga gggggccgtg gacggcggag 60 gaggacagga tcctggtggc gcacatcgag cggcacgggc acagcaactg gcgcgcgctg 120 ccgaggcagg ccggccttct ccgctgcggc aagagctgcc gcctccggtg gatcaactac 180 ctccgccccg acatcaagcg cggcaacttc acccgcgagg aggaggacgc catcatccac 240 ctccacgacc ttctcggcaa ccgatggtcc gcgattgcag cgaggctgcc ggggaggacg 300 gacaacgaga tcaagaatgt gtggcacact cacctcaaga agcggctgga gccgaagccg 360 tcgtccggcc gggaagccgc cgcgcccaag cgaaaggcga ccaagaaggc tgcggcggtg 420 gcggtggcga tcgacgttcc gaccaccgtg ccggtgtcgc cggagcagtc gctctcgacc 480 acgacgacgt cggccgccac caccgaggag tactcgtact cgatggcctc ctccgcggat 540 cacaacacca cggacagttt cacctcggag gaggagttcc agatcgacga cagcttctgg 600 tcggagacgc tggcaatgac ggtggacagc accgactccg ggatggagat gagcggcggc 660 gatcctctcg gcgcgggcgg tgcctcgccg tcgtcgagca acgacgacga catggacgac 720 ttctggctca agctgttcat ccaggccggt ggcatgcaga atttgcccca gatttaa 777 <210> 2 <211> 258 <212> PRT <213> Oryza sativa <400> 2 Met Gly Arg Ala Pro Cys Cys Glu Lys Met Gly Leu Lys Arg Gly Pro 1 5 10 15 Trp Thr Ala Glu Glu Asp Arg Ile Leu Val Ala His Ile Glu Arg His 20 25 30 Gly His Ser Asn Trp Arg Ala Leu Pro Arg Gln Ala Gly Leu Leu Arg 35 40 45 Cys Gly Lys Ser Cys Arg Leu Arg Trp Ile Asn Tyr Leu Arg Pro Asp 50 55 60 Ile Lys Arg Gly Asn Phe Thr Arg Glu Glu Glu Asp Ala Ile Ile His 65 70 75 80 Leu His Asp Leu Leu Gly Asn Arg Trp Ser Ala Ile Ala Ala Arg Leu 85 90 95 Pro Gly Arg Thr Asp Asn Glu Ile Lys Asn Val Trp His Thr His Leu 100 105 110 Lys Lys Arg Leu Glu Pro Lys Pro Ser Ser Gly Arg Glu Ala Ala Ala 115 120 125 Pro Lys Arg Lys Ala Thr Lys Lys Ala Ala Ala Val Ala Val Ala Ile 130 135 140 Asp Val Pro Thr Thr Val Pro Val Ser Pro Glu Gln Ser Leu Ser Thr 145 150 155 160 Thr Thr Thr Ser Ala Ala Thr Thr Glu Glu Tyr Ser Tyr Ser Met Ala 165 170 175 Ser Ser Ala Asp His Asn Thr Thr Asp Ser Phe Thr Ser Glu Glu Glu 180 185 190 Phe Gln Ile Asp Asp Ser Phe Trp Ser Glu Thr Leu Ala Met Thr Val 195 200 205 Asp Ser Thr Asp Ser Gly Met Glu Met Ser Gly Gly Asp Pro Leu Gly 210 215 220 Ala Gly Gly Ala Ser Pro Ser Ser Ser Asn Asp Asp Asp Met Asp Asp 225 230 235 240 Phe Trp Leu Lys Leu Phe Ile Gln Ala Gly Gly Met Gln Asn Leu Pro 245 250 255 Gln Ile <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 caccatgggg agggcgccgt gctg 24 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 ttaaatctgg ggcaaattct 20 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 cacccgtcgt ccggccggga agcc 24 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ccgaggtgaa actgtccgtg 20 <110> Dong-A University Research Foundation For Industry-Academy Cooperation <120> OsMYB5P gene improving phosphate uptake efficiency in plant and          uses thereof <130> PN15350 <160> 6 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 777 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 atggggaggg cgccgtgctg cgagaagatg gggctgaaga gggggccgtg gacggcggag 60 gaggacagga tcctggtggc gcacatcgag cggcacgggc acagcaactg gcgcgcgctg 120 ccgaggcagg ccggccttct ccgctgcggc aagagctgcc gcctccggtg gatcaactac 180 ctccgccccg acatcaagcg cggcaacttc acccgcgagg aggaggacgc catcatccac 240 ctccacgacc ttctcggcaa ccgatggtcc gcgattgcag cgaggctgcc ggggaggacg 300 gacaacgaga tcaagaatgt gtggcacact cacctcaaga agcggctgga gccgaagccg 360 tcgtccggcc gggaagccgc cgcgcccaag cgaaaggcga ccaagaaggc tgcggcggtg 420 gcggtggcga tcgacgttcc gaccaccgtg ccggtgtcgc cggagcagtc gctctcgacc 480 acgacgacgt cggccgccac caccgaggag tactcgtact cgatggcctc ctccgcggat 540 cacaacacca cggacagttt cacctcggag gaggagttcc agatcgacga cagcttctgg 600 tcggagacgc tggcaatgac ggtggacagc accgactccg ggatggagat gagcggcggc 660 gatcctctcg gcgcgggcgg tgcctcgccg tcgtcgagca acgacgacga catggacgac 720 ttctggctca agctgttcat ccaggccggt ggcatgcaga atttgcccca gatttaa 777 <210> 2 <211> 258 <212> PRT <213> Oryza sativa <400> 2 Met Gly Arg Ala Pro Cys Cys Glu Lys Met Gly Leu Lys Arg Gly Pro   1 5 10 15 Trp Thr Ala Glu Glu Asp Arg Ile Leu Val Ala His Ile Glu Arg His              20 25 30 Gly His Ser Asn Trp Arg Ala Leu Pro Arg Gln Ala Gly Leu Leu Arg          35 40 45 Cys Gly Lys Ser Cys Arg Leu Arg Trp Ile Asn Tyr Leu Arg Pro Asp      50 55 60 Ile Lys Arg Gly Asn Phe Thr Arg Glu Glu Glu Asp Ala Ile Ile His  65 70 75 80 Leu His Asp Leu Leu Gly Asn Arg Trp Ser Ala Ile Ala Ala Arg Leu                  85 90 95 Pro Gly Arg Thr Asp Asn Glu Ile Lys Asn Val Trp His Thr His Leu             100 105 110 Lys Lys Arg Leu Glu Pro Lys Pro Ser Ser Gly Arg Glu Ala Ala Ala         115 120 125 Pro Lys Arg Lys Ala Thr Lys Lys Ala Ala Ala Val Ala Val Ala Ile     130 135 140 Asp Val Pro Thr Thr Val Ser Ser Pro Glu Gln Ser Leu Ser Thr 145 150 155 160 Thr Thr Ser Ala Ala Thr Thr Glu Glu Tyr Ser Tyr Ser Ala                 165 170 175 Ser Ser Ala Asp His Asn Thr Thr Asp Ser Phe Thr Ser Glu Glu Glu             180 185 190 Phe Gln Ile Asp Asp Ser Phe Trp Ser Glu Thr Leu Ala Met Thr Val         195 200 205 Asp Ser Thr Asp Ser Gly Met Glu Met Ser Gly Gly Asp Pro Leu Gly     210 215 220 Ala Gly Gly Ala Ser Ser Ser Ser Asn Asp Asp Asp Met Asp Asp 225 230 235 240 Phe Trp Leu Lys Leu Phe Ile Gln Ala Gly Gly Met Gln Asn Leu Pro                 245 250 255 Gln Ile         <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 caccatgggg agggcgccgt gctg 24 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 ttaaatctgg ggcaaattct 20 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 cacccgtcgt ccggccggga agcc 24 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ccgaggtgaa actgtccgtg 20

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래의 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 OsMYB5P 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 식물체의 인산 흡수 효율을 증가시키는 방법.Comprising transfecting a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding a rice-derived transcription regulatory protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P) comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and overexpressing the OsMYB5P gene, A method for increasing phosphoric acid absorption efficiency. 삭제delete 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래의 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 인산 흡수 효율이 증가된 형질전환 식물체의 제조 방법.
Transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding a rice-derived transcription regulatory protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P) comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; And
And regenerating the transformed plant from the transformed plant cell, wherein the efficiency of absorption of phosphoric acid is increased compared to the wild type.
제8항의 방법에 의해 제조된 인산 흡수 효율이 증가된 형질전환 식물체.9. A transgenic plant having increased phosphorus absorption efficiency produced by the method of claim 8. 제9항에 있어서, 상기 식물체는 단자엽 식물 또는 쌍자엽 식물인 것을 특징으로 하는 형질전환 식물체.10. The transgenic plant according to claim 9, wherein the plant is a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant. 제9항에 따른 식물체의 형질전환된 종자.10. A transformed seed of a plant according to claim 9. 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진, 벼 유래의 전사조절 단백질 OsMYB5P(Oryza sativa MYB5P)를 코딩하는 유전자를 함유하는 식물체의 인산 흡수 효율 증가용 조성물.A composition for increasing the phosphoric acid uptake efficiency of a plant comprising the gene encoding the rice-derived transcription control protein OsMYB5P ( Oryza sativa MYB5P), which comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
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