KR101708249B1 - OsNFY27 promoter specific for plant seed endosperm or aleurone layer and uses thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 식물 종자의 배유 또는 호분층 특이적 OsNFY27(Oryza sativa Nuclear Factor Y27) 프로모터, 및 이를 이용하여 외래 유전자를 형질전환 식물체의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for expressing an exogenous gene in an endosperm or a phyllosphere of a transgenic plant by using a plant seed ovum or a phylum-specific OsNFY27 (Oryza sativa Nuclear Factor Y27) promoter.
육종(breeding)이란 생물이 가진 유전적 성질을 이용하여 새로운 품종을 만들어 내거나 기존 품종을 개량하는 일을 말한다. 새로운 품종은 그 형질(특성)이 조금이라도 기존의 것과는 다르고, 그것이 작물 또는 가축으로서 농업생산에 유익한 우수성, 균등성 및 영속성을 지녀야만 한다. 육종사업은 과학적 이론을 바탕으로 그 목적을 달성하기 위하여 여러 가지 수단을 쓰고 있는데, 그것을 육종기술이라고 한다.Breeding is the production of new varieties or improvement of existing varieties using the genetic properties of the organisms. New varieties must have at least some of their traits (properties) different from those of existing ones, and should have excellence, uniformity and permanence that are beneficial for agricultural production as crops or livestock. The breeding business uses various means to achieve its purpose based on scientific theory, which is called breeding technique.
육종의 방법으로는 선발법, 교잡법, 잡종 강세 육종법, 배수성 육종법, 돌연변이법, 유전공학을 이용하는 방법 등 여러 가지 방법이 있으며, 최근 분자생물학 기술의 발전에 따라 분자 육종법이 주목을 받고 있다.There are various methods of breeding such as selection method, hybridization method, hybrid breeding method, hybrid breeding method, mutation method, and genetic engineering method. Recently, molecular breeding technique has attracted attention due to the development of molecular biology technology.
분자 육종법은 생물학이 발전함에 따라 생긴 것으로 생물의 유전정보인 DNA를 직접 조작하여 유용생물을 만들어내는 기술이다. 이미 사람의 단백질을 생산하는 재조합미생물 등이 육종되고 있다. 분자육종에 의하여 종래 육종법의 한계였던 종의 벽을 건너뛰었으며, 이로써 교배되지 않던 사람과 미생물 등의 사이에도 유전정보를 교환할 수 있게 되었다. 분자 육종을 하기 위해서는 유용한 유전자를 발현시킬 수 있는 수단 및 다양한 동식물에 대한 형질전환기법 등이 필요하며, 특히 원하는 유전자를 원하는 부위에서 발현시키기 위한 다양한 프로모터 및 벡터 개발의 필요성이 지속적으로 요구되고 있다.Molecular breeding is a technique that occurs as biology evolves, and is a technology that directly manipulates DNA, the genetic information of living things, to produce useful living things. Recombinant microorganisms that already produce human proteins are being breeded. By molecular breeding, we crossed the wall of the species that was the limit of conventional breeding, and it became possible to exchange genetic information between people who were not crossed and microorganisms. In order to carry out molecular breeding, a means for expressing a useful gene and a transformation technique for various animals and plants are required. In particular, there is a continuing need to develop various promoters and vectors for expressing a desired gene at a desired site.
최근 들어 유전공학 기술이 발달함에 따라 식물의 형질을 개량시키고자 하는 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 목적 유용 유전자를 형질전환 식물체로부터 얻고자 하는 기술들에 대해 많은 관심이 대두 되고 있는데 이러한 목적 유용 유전자를 형질전환 식물체에서 발현시키고자 할 때 유전자 발현에 관여하는 프로모터(promoter)가 요구된다.Recently, as the genetic engineering technology has developed, many researches have been carried out to improve the characteristics of plants. In particular, there is much interest in techniques for obtaining a useful gene from a transgenic plant. A promoter involved in expression of the gene is required when the desired gene is expressed in a transgenic plant.
일반적으로 프로모터란 유전자가 언제 어디서 어느 정도 발현할 것인가를 결정하는 작용을 하는 염기서열, 즉, 유전자의 발현을 조절하는 기능을 갖는 조절영역의 일종이다. 그동안 끊임없는 연구들을 통해 수많은 종류의 프로모터들이 밝혀진 바 있다. 종래 보고된 프로모터들은 상시적으로 발현을 유도하는 프로모터 및 시간 또는 위치 특이적으로 발현을 유도하는 프로모터 등 그 특징 및 기능에 따라 구분되어 질 수 있다. In general, a promoter is a kind of regulatory region having a function of regulating the expression of a nucleotide sequence, that is, a gene, which determines when and where a gene is to be expressed. Numerous types of promoters have been identified through endless research. Conventionally reported promoters can be classified according to their features and functions such as a promoter that induces expression at all times and a promoter that induces expression in time or position specific manner.
보다 구체적으로 살펴보면, 첫째로 발현 양을 최대화할 수 있는 강한 프로모터를 들 수 있다. 이는 목적 유전자의 발현량을 최대화하는데 이용되는 프로모터로써 초기에 많이 개발되었으며, 꽃양배추 모자이크 바이러스의 35S RNA 유전자의 프로모터(P35S) 및 벼의 액틴(actin) 유전자 프로모터가 대표적이다. 이들은 식물의 형질전환 시 선발 마커로 이용되는 항생제 저항성 유전자, 식물의 병충해 억제 유전자 또는 식물을 이용한 물질 생산 등의 목적으로 주로 사용되고 있다.More specifically, the first is a strong promoter capable of maximizing the expression level. This was initially developed as a promoter that is used to maximize the expression level of the target gene, and is representative of the 35S RNA gene promoter (P35S) of flower cabbage mosaic virus and the actin gene promoter of rice. They are mainly used for the purpose of production of antibiotic resistance genes used as selection markers in the transformation of plants, genes for inhibiting insect pests of plants, or plants.
둘째로, 발현 시기를 제한하는 프로모터를 들 수 있다. 이는 목적 유전자의 발현을 식물 발달 단계 중 특별한 시기에만 국한시키는 프로모터로서 많은 예들이 보고되어 있다. 예를 들어, 개화에 관련된 유전자들의 프로모터는 개화기에만 유전자를 발현시키며, 각종 생물학적(biotic) 또는 비생물학적(abiotic) 자극에 의하여 발현되는 유전자들의 프로모터들도 시기를 조절하는 프로모터에 포함시킬 수 있다.Second, promoters that limit the time of expression can be mentioned. This has been reported as a promoter that restricts the expression of a gene of interest only to a specific stage of the developmental stage of the plant. For example, promoters of genes involved in flowering can express genes only during the flowering season, and promoters of genes expressed by various biotic or abiotic stimuli can be included in the timing-regulated promoters.
셋째로, 발현 조직을 제한하는 조직 특이적인 프로모터를 들 수 있다. 이는 목적 유전자의 발현을 식물체의 특별한 조직에만 국한시켜 형질전환 목적을 달성하는데 이용되는 프로모터들이다. 이러한 조직 특이적인 발현을 유도하는 프로모터들은 사용하고자 하는 다양한 목적에 따라서 식물체의 각 조직에 대하여 많은 예가 보고된 바 있다.Third, tissue-specific promoters that limit expressed tissue are examples. This is the promoters that are used to achieve the transfection purpose by limiting the expression of the desired gene only to specific tissues of the plant. A number of examples of promoters inducing such tissue-specific expression have been reported for each tissue of a plant according to various purposes to be used.
특히, 상기와 같이 기능 및 특징에 따라 구분되어진 프로모터들 중 조직 특이적인 발현을 유도하는 프로모터들은 식물체 내에서 발현되는 조직에 따라 다시 다음과 같이 분류되고 있다. In particular, the promoters inducing tissue-specific expression among the promoters classified according to functions and characteristics are classified as follows according to the tissues expressed in the plant.
첫째로, 전신 발현 유도 프로모터를 들 수 있다. 식물체 전신에서 발현을 유도하는 프로모터로는 발현 양을 최대화하는데 이용되는 프로모터이기도 한 꽃양배추 모자이크 바이러스(CaMV: cauliflower mosaic virus)의 35S RNA 유전자의 프로모터가 대표적인 쌍자엽 식물용 프로모터로 사용되고 있으며, 벼 등의 외떡잎식물용 전신발현 유도 프로모터로는 벼 액틴(actin) 및 옥수수 유비퀴틴(ubiquithin) 유전자의 프로모터들이 주로 이용되고 있고, 최근에는 벼 시토크롬 C유전자(OsOc1)의 프로모터가 개발된 바 있다(특허문헌 1). 이들도 상기 발현 양을 최대화하는 프로모터와 동일하게 형질전환 시 선발 마커로 이용되는 항생제나 제초제 저항성 유전자 및 리포터 유전자의 발현을 유도하는 목적으로 사용되고 있으며, 연구적인 측면에서 목적하는 유전자의 식물체내 기능을 밝히고자 시도할 때 우선적으로 고려되는 프로모터들이다.First, a systemic expression-inducible promoter can be mentioned. As a promoter that induces expression in plant whole body, a promoter of 35S RNA gene of cauliflower mosaic virus (CaMV), which is also a promoter used to maximize expression amount, is used as a representative promoter for a dicotyledonous plant. Promoters of rice actin and maize ubiquitin genes have been mainly used as the systemic expression inducing promoters for the monocotyledonous plants. Recently, promoters of rice cytochrome C gene (OsOc1) have been developed (Patent Document 1) . These genes are used for the purpose of inducing the expression of antibiotics, herbicide resistance genes and reporter genes used as selection markers in the transformation as in the case of the promoters maximizing the expression level. From the viewpoint of research, These are the promoters that are considered to be the priority when attempting to reveal.
둘째로, 종자 특이적 프로모터를 들 수 있다. 대표적인 예로는 벼 주요 저장 단백질 유전자의 프로모터들로서 황금쌀(golden rice) 개발에 사용된 벼 글루테린(glutelin) 프로모터가 현재까지 단자엽 식물의 종자 특이적 발현을 유도하는 경우에 많이 사용되고 있고, 쌍자엽 식물의 종자 특이적 발현을 유도하는데 주로 사용되는 프로모터로는 콩 유래 렉틴(lectin) 프로모터, 배추 유래 나핀(napin) 프로모터 및 애기장대의 종자에서 감마 토코페롤 메틸기 전이효소(γ-tocopherol methyl transferase:γ-TMT) 유전자 발현을 유도함으로써 비타민 E 생성을 증진시키는 연구에 사용된 당근 유래 DC-3 프로모터 및 들깨 유래 올레오신(oleosin) 프로모터가 있다.Second, seed-specific promoters can be mentioned. As a representative example, the rice glutelin promoter used for the development of golden rice as promoters of rice major storage protein gene is widely used to induce seed-specific expression of monocotyledonous plants. Promoters that are mainly used to induce seed-specific expression include soybean-derived lectin promoter, cabbage-derived napin promoter and γ-tocopherol methyl transferase (γ-TMT) in Arabidopsis seeds. There are carrot-derived DC-3 promoter and perilla derived oleosin promoter used in studies to promote vitamin E production by inducing gene expression.
셋째로, 뿌리 특이 발현 프로모터로서 이는 아직까지 상용화된 사례는 없으나 애기장대 퍼옥시다제(peroxidase, prxEa)가 분리되어 뿌리 특이적 발현을 확인하였고, 최근에는 고구마 유래의 매즈 유전자(ibMADS) 및 당 유도성 에이디피 글루코즈 파이로포스파타제(ADP-glucose pyrophosphatase, AGPase) 유전자가 분리되어 해당 프로모터가 뿌리에서 특이적으로 발현을 유도하며, 당근 및 무에서는 뿌리 특이적으로 일시적 발현을 유도한다는 내용이 보고된 바 있다.Third, root-specific expression promoter has not yet been commercialized. However, root-specific expression of pyruvate peroxidase (prxEa) has been isolated and confirmed recently. In recent years, the expression of maz genes (ibMADS) It has been reported that the ADP-glucose pyrophosphatase (AGPase) gene is isolated and the corresponding promoter induces a specific expression in the root and induces root-specific transient expression in carrot and radish .
넷째로, 잎 등의 기타 조직 특이 프로모터를 들 수 있는데, 이와 관련된 프로모터로는 잎 등의 광합성 조직에서만 강력한 유전자의 발현을 유도하는 벼 및 옥수수 유래의 알비씨에스(rbcS: ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit) 프로모터, 토마토 유래의 과실 성숙 특이 발현 유도 피디에스(PDS: phytoene synthase) 프로모터 및 배추 꽃의 화분 특이적인 배추 유래의 올레오신(oleosin) 프로모터 등이 있다.Fourthly, there are other tissue specific promoters such as leaves. The related promoters include ribosyl bisphosphate carboxylase / oxygenase small subunit (rbcS), which induces expression of strong genes only in photosynthetic tissues of leaves and the like. ) Promoter, tomato-derived fruit maturation-specific expression-inducing phytoene synthase (PDS) promoter, and pollen-specific plant-derived cabbage-derived oleosin promoter.
이러한 종자, 뿌리 또는 잎 특이적 발현 프로모터들은 식량이나 식품 또는 식품의 원료로 사용되는 주요 작물에서 농업적 형질 개량이나 유용 단백질 축적 및 유용 물질 생성 등을 목적으로 사용이 기대되고 있다.Such seed, root or leaf-specific expression promoters are expected to be used for the purpose of improving agricultural traits, accumulating useful proteins, and producing useful substances in major crops used for food, food, or food.
그러나 상기 공지된 프로모터들, 특히 식물체에서 조직 특이적으로 발현을 유도하는 것으로 알려진 종래의 프로모터들은 조직 특이적으로 목적 유전자를 발현시킬 수 있는 장점이 있으나, 그 발현 양이 미미한 단점이 있다. 따라서 식물체 내에서 목적 유전자의 발현을 조직 특이적이면서도 대량으로 발현시킬 수 있는 유용한 새로운 프로모터의 발굴이 시급한 실정이다.However, conventional promoters known to induce tissue-specific expression in the known promoters, particularly plants, have the advantage of being capable of expressing a target gene in a tissue-specific manner, but have a disadvantage in that the expression amount thereof is insignificant. Therefore, it is urgent to find useful new promoters capable of expressing a gene of interest in a plant in a tissue-specific and large-scale expression.
최근에는 식물의 특정 조직에서 목적 유전자를 발현시키기 위한 프로모터들이 개발되고 있으며, 예를 들어 벼 Os05g0543000 유전자 유래 소포자 또는 화분 특이적 발현 프로모터 등이 공개되어 있다(특허문헌 2).In recent years, promoters for expressing a target gene in specific tissues of plants have been developed. For example, there have been disclosed sporozoites or pollen-specific expression promoters derived from rice OsO5g0543000 gene (Patent Document 2).
이에 본 발명자들은 형질전환 식물체 제조에 이용될 수 있는 새로운 프로모터를 개발하기 위한 연구를 하여, 식물 종자의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 분리함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have conducted research to develop new promoters that can be used for the production of transgenic plants, and have completed the present invention by isolating promoters specifically expressed in the endosperm of the plant seeds or in the phylum.
본 발명의 목적은 식물 종자의 배유(endosperm) 또는 호분층(aleurone layer) 특이적 OsNFY27(Oryza sativa Nuclear Factor Y27) 프로모터를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an endosperm or an aleurone layer-specific OsNFY27 (Oryza sativa Nuclear Factor Y27) promoter of plant seeds.
본 발명의 다른 목적은 상기 OsNFY27 프로모터를 증폭하기 위한 프라이머 세트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a primer set for amplifying the OsNFY27 promoter.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 OsNFY27 프로모터를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a recombinant vector comprising the OsNFY27 promoter.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환 식물체를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a transgenic plant transformed with said recombinant vector.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 형질전환 식물체로부터 수득한 형질전환된 종자를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a transformed seed obtained from the transgenic plant.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 OsNFY27 프로모터를 이용하여 외래 유전자를 형질전환 식물체의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현시키는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for expressing a foreign gene specifically in the endosperm or horny layer of transgenic plants using the OsNFY27 promoter.
본 발명의 일 구체예는 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는, 식물 종자의 배유(endosperm) 또는 호분층(aleurone layer) 특이적 OsNFY27(Oryza sativa Nuclear Factor Y27) 프로모터를 제공한다.One embodiment of the present invention provides an endosperm or aleurone layer-specific OsNFY27 (Oryza sativa Nuclear Factor Y27) promoter of a plant seed comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
상기 OsNFY27(Oryza sativa Nuclear Factor Y27) 유전자는 NF-YC 계열 전사인자일 수 있다.The OsNFY27 (Oryza sativa Nuclear Factor Y27) gene may be an NF-YC family transcription factor.
상기 프로모터는 벼(Oryza sativa L.)로부터 분리된 것일 수 있고, 구체적으로 동진벼로부터 분리된 것일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 벼 출수 후 3~6일에서 25일 사이에 유전자 발현이 약 5배 이상 증가하는 OsNFY27 유전자의 번역시작 상위염기서열을 분리하였다.The promoter may be one isolated from rice ( Oryza sativa L. ), specifically, one separated from Dongjin rice. In the example of the present invention, the nucleotide sequence of translation initiation of the OsNFY27 gene, in which the gene expression is increased about 5 times or more, is isolated between 3 to 6 days and 25 days after rice seeding.
상기 프로모터는 종자 발아와 휴면 조절, 종자 특이적 발현에 관여하는 다양한 조절인자를 포함할 수 있으며, 구체적으로 종자 발아와 휴면에 관여하는 모티프(motif), 종자 특이적 발현에 관여하는 모티프, 당(sugar)에 반응하는 모티프, 건조(drought)에 반응하는 모티프, WRKY 전사인자 결합부위 등이 포함되어 있을 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.The promoter may include various regulatory factors involved in seed germination, dormancy regulation, and seed-specific expression, and specifically includes motifs involved in seed germination and dormancy, motifs involved in seed-specific expression, sugar motifs, drought-responsive motifs, WRKY transcription factor binding sites, and the like, but are not limited thereto.
본 명세서에서 사용된 용어, "프로모터"란 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.As used herein, 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.
상기 서열번호 1의 염기서열은 1,799 bp 크기일 수 있다. 상기 서열번호 1의 염기서열은 니폰바레(Nipponbarre)의 게놈 데이터베이스(genome database)에서 추출한 LOC_Os01g39850 유전자의 프로모터 염기서열 1,809 bp와 비교하였을 때, 10 bp가 결손되고 2 bp 염기서열이 다른 것일 수 있다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 may be 1,799 bp in size. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 may have a 10 bp deletion and a 2 bp nucleotide sequence in comparison with the promoter sequence of 1,809 bp of the LOC_Os01g39850 gene extracted from Nipponbarre's genome database.
상기 서열번호 1의 염기서열은 최근의 여러 가지 연구기법, 예를 들어 방향성 진화법(directed evolution) 또는 부위특이돌연변이기술(site-directed mutagenesis) 등의 방법을 통해 일정 정도 변형이 가능하다. 즉, 본 발명의 OsNFY27 프로모터 핵산 분자는 이와 기능적으로 동일한 작용을 수행하는 이의 작용성 등가물을 포함하는데, 상기 작용성 등가물은 인위적인 변형에 의해 뉴클레오타이드의 일부 염기서열이 결실(deletion), 치환(substitution), 삽입(insertion) 또는 이들의 조합에 의해 변형된 변이체(varients) 또는 동일한 작용을 수행하는 상기 폴리뉴클레오티드의 작용성 단편(fragments)을 포함할 수 있다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 can be modified to some extent by various recent research techniques, for example, directed evolution or site-directed mutagenesis. That is, the OsNFY27 promoter nucleic acid molecule of the present invention includes a functional equivalent thereof that performs a functionally equivalent function. The functional equivalent is an artificial mutation in which a part of the base sequence of the nucleotide is deleted, substituted, , Variants modified by insertion, or a combination thereof, or functional fragments of the polynucleotide that perform the same function.
본 기술분야의 통상의 기술자라면 이러한 인위적인 변형에 의해 70% 이상의 상동성이 유지되는 염기서열이 본 발명에서 목적하는 유전자 발현을 위한 프로모터 활성을 보유하는 한, 본 발명의 신규한 프로모터와 균등물로서 본 발명의 권리 범위에 속함을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that as long as a base sequence retaining 70% or more homology by such an artificial modification retains the promoter activity for the gene expression desired in the present invention, It is easily understood that the present invention belongs to the scope of the present invention.
따라서, 상기 프로모터는 서열번호 1의 염기서열과 70% 이상의 상동성(homology)을 나타내고, 프로모터 활성을 가지는 뉴클레오타이드 서열을 포함한다.Accordingly, the promoter has a homology of 70% or more with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and includes a nucleotide sequence having promoter activity.
본 명세서에서 사용된 용어, "상동성"은 핵산 서열 간의 유사도를 나타낵 위한 것으로서, 서열번호 1의 염기 서열과 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상 동일한 염기서열을 포함한다.As used herein, the term "homology" is intended to indicate the similarity between nucleic acid sequences and is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, , And most preferably at least 95%.
상기 프로모터는 서열번호 1의 염기서열과 70% 이상의 상동성을 나타내고 프로모터 활성을 가지는 뉴클레오타이드 서열에 상보적인(complementary) 뉴클레오타이드 서열을 포함하는데, 바람직하게는, 이들은 상기 뉴클레오타이드와 동등한 프로모터 활성을 가지는 것이 좋다.The promoter includes a nucleotide sequence complementary to a nucleotide sequence which exhibits 70% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and has promoter activity. Preferably, the promoter has promoter activity equivalent to that of the nucleotide .
본 명세서에서 사용된 용어, "상보적인"은 뉴클레오타이드 또는 핵산, 예를 들어 이중가닥 DNA 분자의 2개의 가닥 간의 하이브리드화 또는 염기 짝지음을 의미한다.As used herein, the term "complementary" means hybridization or base pairing between two strands of a nucleotide or nucleic acid, e. G., A double stranded DNA molecule.
본 명세서에서 사용된 용어, "배유(endosperm)"란 배젖이라고도 하며, 종자 식물의 배낭 내에서 형성된 영양조직으로 자엽내 포함되어 있거나 배의 주변조직에 있다. 씨앗이 발아하여 배가 생장하는데 필요한 양분을 공급하는 조직으로, 외배유와 내배유의 두 종류가 있다.As used herein, the term "endosperm", also referred to as endosperm, is a nutritional tissue formed within the backpack of a seed plant, which is contained in the cotyledons or in the surrounding tissue of the embryo. There are two types of tissues that supply the nutrients needed for germination and growth of the seeds.
본 명세서에서 사용된 용어, "호분층(aleurone layer)"이란 볏과, 대나무과 종피의 안쪽에서 볼 수 있는 호분립을 다량으로 포함한 세포층을 의미하는 것으로, 배유(endosperm) 주변부의 세포에서 분화되며, 벼에서는 2~3의 세포층으로 되어 있다.As used herein, the term "aleurone layer " refers to a cell layer containing a large amount of crest, crest, and callus visible from the inside of bamboo and seed coat. It is differentiated from cells in the endosperm periphery, 2 to 3 cell layers.
본 명세서에서 사용된 용어, "특이적"은 프로모터의 발현 활성이 동일한 식물체 내의 적어도 하나 이상의 다른 조직보다 특정한 조직 내에서 더 높다는 것을 의미한다. 프로모터의 발현 활성의 수준은 본 기술분야에서 공지된 방법을 이용하여 미리 측정된 조직 내에서의 프로모터의 발현 수준을 다른 조직 내에서의 것과 비교함으로써 평가될 수 있다. 일반적으로 프로모터의 발현 수준은 프로모터의 조절 하에서 발현된 유전자 생성물, 예를 들어 단백질 및 RNA 등의 생성량에 의해 측정된다.As used herein, the term "specific" means that the expression activity of a promoter is higher in a particular tissue than in at least one other tissue in the same plant. The level of expression activity of a promoter can be assessed by comparing the level of expression of the promoter in tissues previously measured using methods known in the art to those in other tissues. Generally, the level of expression of a promoter is measured by the amount of gene product expressed under the control of the promoter, for example, protein and RNA.
따라서, 용어 "식물의 배유(endosperm) 또는 호분층(aleurone layer) 특이적"이란 프로모터의 발현 활성이 동일한 식물 내 다른 조직 보다 식물 종자의 배유 또는 호분층 조직 내에서 더 높다는 것을 의미한다.Thus, the term "plant endosperm or aleurone layer specific" means that the expression activity of the promoter is higher in the endosperm or hornbreak tissue of the plant seed than other tissues in the same plant.
본 발명의 다른 구체예는 상기 OsNFY27 프로모터를 증폭하기 위한, 서열번호 2 및 서열번호 3으로 표시되는 프라이머 세트를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a primer set represented by SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 for amplifying the OsNFY27 promoter.
본 명세서에서 사용된 용어, "프라이머"란 카피하려는 핵산 가닥에 상보적인 단일 가닥 올리고뉴클레오티드 서열을 말하며, 프라이머 연장 산물의 합성을 위한 개시점으로서 작용할 수 있다. 상기 프라이머의 길이 및 서열은 연장 산물의 합성을 시작하도록 허용해야 한다. 프라이머의 구체적인 길이 및 서열은 요구되는 DNA 또는 RNA 표적의 복합도(complexity)뿐만 아니라 온도 및 이온 강도와 같은 프라이머 이용 조건에 의존할 것이다. 프라이머로서 이용된 올리고뉴클레오티드는 또한 뉴클레오티드 유사체(analogue), 예를 들면, 포스포로티오에이트(phosphorothioate), 알킬포스포로티오에이트 또는 펩티드 핵산(peptide nucleic acid)를 포함할 수 있거나 또는 삽입 물질(intercalating agent)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 프라이머는 디옥시리보뉴클레오타이드이며 단일쇄이다. 본 발명에서 이용되는 프라이머는 자연(naturally occurring) dNMP(즉, dAMP, dGMP, dCMP 및 dTMP), 변형 뉴클레오타이드 또는 비-자연 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 또한, 프라이머는 리보뉴클레오타이드도 포함할 수 있다.As used herein, the term "primer " refers to a single-stranded oligonucleotide sequence complementary to a nucleic acid strand to be copied, and may serve as a starting point for the synthesis of a primer extension product. The length and sequence of the primer should allow the synthesis of the extension product to begin. The specific length and sequence of the primer will depend on the primer usage conditions such as temperature and ionic strength, as well as the complexity of the desired DNA or RNA target. Oligonucleotides used as primers can also include nucleotide analogs such as phosphorothioates, alkylphosphorothioates or peptide nucleic acids or they can contain an intercalating agent ). Preferably, the primer is a deoxyribonucleotide and is a single strand. The primers used in the present invention may include naturally occurring dNMPs (i.e., dAMP, dGMP, dCMP and dTMP), modified nucleotides or non-natural nucleotides. In addition, the primers may also include ribonucleotides.
상기 프라이머 세트를 이용하여 벼를 시료로 하여 PCR 증폭 반응을 수행하면 본 발명의 OsNFY27 프로모터를 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 프라이머 세트를 이용하여 동진벼의 게놈(genomic) DNA를 시료로 하여 PCR 증폭 반응을 수행하면 본 발명의 OsNFY27 프로모터를 분리할 수 있다.When PCR amplification reaction is performed using rice as a sample using the primer set, the OsNFY27 promoter of the present invention can be isolated. Specifically, when the primer set is used to perform PCR amplification using the genomic DNA of Dong Jin-jin as a sample, the OsNFY27 promoter of the present invention can be isolated.
본 명세서에서 사용된 용어 "증폭 반응"은 핵산 분자를 증폭하는 반응을 의미한다. 다양한 증폭 반응들이 당업계에 보고되어 있으며, 이는 중합효소 연쇄반응(PCR)(미국 특허 제4,683,195, 4,683,202, 및 4,800,159호), 역전사-중합효소 연쇄반응(RT-PCR)(Sambrook 등, Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001)), Miller, H. I.(WO 89/06700) 및 Davey, C. 등(EP 329,822)의 방법, 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction; LCR)(17, 18), Gap-LCR(WO 90/01069), 복구 연쇄 반응(repair chain reaction; EP 439,182), 전사-중재 증폭(transcription-mediated amplification; TMA)(19) (WO 88/10315), 자가 유지 염기서열 복제(self sustained sequence replication)(20)(WO 90/06995), 타깃 폴리뉴클레오티드 염기서열의 선택적 증폭(selective amplification of target polynucleotide sequences)(미국 특허 제6,410,276호), 컨센서스 서열 프라이밍 중합효소 연쇄 반응(consensus sequence primed polymerase chain reaction; CPPCR)(미국 특허 제4,437,975호), 임의적 프라이밍 중합효소 연쇄 반응(arbitrarily primed polymerase chain reaction; AP-PCR)(미국 특허 제5,413,909호 및 제5,861,245호), 핵산 염기서열 기반 증폭(nucleic acid sequence based amplification; NASBA)(미국 특허 제5,130,238호, 제5,409,818호, 제5,554,517호, 및 제6,063,603호), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification)(21, 22) 및 고리-중재 항온성 증폭(loopmediated isothermal amplification; LAMP)(23)를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 사용 가능한 다른 증폭방법들은 미국특허 제5,242,794, 5,494,810, 4,988,617호 및 미국 특허 제09/854,317호에 기술되어 있다.The term "amplification reaction" as used herein refers to a reaction to amplify a nucleic acid molecule. A variety of amplification reactions have been reported in the art, including polymerase chain reaction (PCR) (US Pat. Nos. 4,683,195, 4,683,202 and 4,800,159), reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) (Sambrook et al., Molecular Cloning. (LCR) (see, for example, A Laboratory Manual, 3rd Ed. Cold Spring Harbor Press (2001)), Miller, HI (WO 89/06700) and Davey, C. et al (EP 329,822) 17,18), Gap-LCR (WO 90/01069), repair chain reaction (EP 439,182), transcription-mediated amplification (TMA) 19 (WO 88/10315) (US Ser. No. 6,410, 276), self-sustained sequence replication (20) (WO 90/06995), selective amplification of target polynucleotide sequences (U.S. Patent No. 6,410,276), consensus sequence priming polymerase chain The consensus sequence primed polymerase chain reaction (CPPCR) (U.S. Patent No. 4,437,975), random (US Pat. Nos. 5,413,909 and 5,861, 245), nucleic acid sequence based amplification (NASBA) (U.S. Patent No. 5,130,238, 5,409,818, 5,554,517 and 6,063,603), strand displacement amplification (21,22) and loopmediated isothermal amplification (21,22). (LAMP) 23, but is not limited thereto. Other amplification methods that may be used are described in U.S. Patent Nos. 5,242,794, 5,494,810, 4,988,617 and U.S. Patent No. 09 / 854,317.
본 발명의 또 다른 구체예는 상기 OsNFY27 프로모터를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a recombinant vector comprising the OsNFY27 promoter.
상기 재조합 벡터는 상기 OsNFY27 프로모터에 작동가능하게 연결된 외래 유전자를 추가적으로 포함할 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.The recombinant vector may additionally include, but is not limited to, a foreign gene operably linked to the OsNFY27 promoter.
상기 재조합 벡터는 상기 외래 유전자를 식물 종자의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현시키기 위한 것일 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.The recombinant vector may be for expressing the foreign gene specifically in the endosperm or horny layer of a plant seed, but is not limited thereto.
본 명세서에서 사용된 용어, "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호화된 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.As used herein, 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.
본 명세서에서 사용된 용어, "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "발현 벡터"는 흔히 "재조합 벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "재조합 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용 가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.As used herein, the term "vector" is used to refer to a DNA fragment (s), nucleic acid molecule, which is delivered into a cell. The vector replicates the DNA and can be independently regenerated in the host cell. The term "expression vector" is often used interchangeably with a "recombinant vector ". The term "recombinant vector" means a recombinant DNA molecule comprising a desired coding sequence and a suitable nucleic acid sequence necessary for expressing a coding sequence operably linked in a particular host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotic cells are known.
발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함할 것이다. 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), 글루포시네이트암모늄(glufosinate ammonium) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 제한하지 않는다.The expression vector will 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, glufosinate ammonium or phosphinothricin, kanamycin, G418, Bleomycin, hygromycin, ), Chloramphenicol (chloramphenicol), but are not limited thereto.
본 명세서에서 사용된 용어, "작동가능하게 연결된"이란 프로모터 서열이 상기 코딩 서열의 전사를 개시 및 매개하도록, 상기 코딩 서열과 프로모터가 기능적으로 연결되어 있는 것을 의미한다.As used herein, the term "operably linked" means that the promoter sequence is operably linked to the coding sequence to initiate and mediate the transcription of the coding sequence.
본 발명의 일 실시예에서, 벡터의 제작은 Gateway 벡터 시스템을 이용하였다. 구체적으로, 발현하고자 하는 유전자 서열의 양쪽 서열을 프라이머(primer) 서열로 하여 PCR(Polymerase chain reaction)을 이용하여 증폭하였다. attL1과 attL2 site를 가지고 있는 pENTR/Directional TOPO vector(Invitrogen)에 삽입하기 위하여 양 방향 프라이머 중 정 방향 프라이머 앞쪽에 CACC를 삽입하여 증폭된 유전자가 방향성을 가지고 pENTR™ Directional TOPO vector에 들어갈 수 있게 만들었다 (pENTR™ Directional TOPO Cloning Kits, Invitrogen). 그리고 이를 다시 attR1과 attR2를 가지고 있는 목적 Gateway 벡터 시스템에 LR Clonase II Enzyme Mix를 이용하여 목적 유전자를 목적 벡터(vector)에 삽입하였다. 이러한 방식으로 목적 유전자를 과발현하는 벡터를 제작하였다. att라 불리는 특이한 서열을 통한 위치 특이적 재조합(SSR, Site-specific recombination)을 이용한 것이다.In one embodiment of the invention, the construction of the vector used a Gateway vector system. Specifically, both sequences of the gene sequence to be expressed are amplified using a PCR (Polymerase chain reaction) as a primer sequence. To insert into the pENTR / Directional TOPO vector (Invitrogen) with att L1 and att L2 sites, insert CACC in front of the forward primer in the bi-directional primer so that the amplified gene can be directed into pENTR ™ Directional TOPO vector (PENTR TM Directional TOPO Cloning Kits, Invitrogen). Then, the target gene was inserted into the target vector using the LR Clonase II Enzyme Mix in the destination gateway vector system having att R1 and att R2. In this manner, a vector overexpressing the gene of interest was prepared. site-specific recombination (SSR) through a unique sequence called att .
상기 재조합 벡터는 프로모터의 하위(downstream)에 리포터 유전자를 연결시켜 프로모터의 활성 정도를 측정할 수 있으며, 예를 들어 리포터 유전자로는 GUS를 이용할 수 있다.The recombinant vector can be used to measure the activity of a promoter by connecting a reporter gene downstream of the promoter. For example, GUS may be used as a reporter gene.
본 발명의 일 실시예에서는 GUS 리포터 유전자를 포함하는 pBGWFS7 벡터에 OsNFY27 프로모터를 삽입하여 제조한 재조합 벡터 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터를 예시하고 있으나, 본 발명은 이러한 특정 벡터에 한정되는 것은 아니다. 상기 GUS 리포터 유전자는 프로모터의 활성 정도를 측정하기 위한 것으로, 본 발명의 재조합 벡터에서 GUS 리포터 유전자 대신 식물 종자의 배유 또는 호분층에서 특이적 발현을 유도하기 위한 목적하는 외래 유전자를 도입할 수 있음은 자명한 것이다.In one embodiment of the present invention, a recombinant vector OsNFY27 promoter-GUS expression vector prepared by inserting an OsNFY27 promoter into a pBGWFS7 vector containing a GUS reporter gene is exemplified, but the present invention is not limited to this specific vector. The GUS reporter gene is used for measuring the activity of a promoter. It is possible to introduce a desired foreign gene to induce specific expression in the endosperm or hornbreak of a plant seed instead of the GUS reporter gene in the recombinant vector of the present invention. It is.
본 발명의 또 다른 구체예는 상기 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환 식물체를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a transgenic plant transformed with said recombinant vector.
상기 재조합 벡터의 식물체로의 도입은 당 기술분야에 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 이에 한정되지는 않으나 아그로박테리움(Agrobacterium sp.)-매개에 의한 방법, 입자 총 충격법(particle gun bombardment), 실리콘 탄화물 위스커(Silicon carbide whiskers), 초음파 처리(sonication), 히트 쇼크법(heat shock), 전기천공법(electroporation) 및 PEG(Polyethylenglycol)에 의한 침전법을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 아그로박테리움-매개에 의한 방법, 즉 본 발명에 따른 발현벡터가 도입된 아그로박테리움을 이용하여 식물 세포를 형질전환시키는 방법을 통해 본 발명의 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.The introduction of the recombinant vector into a plant can be carried out by a method known in the art. For example, but not limited to, Agrobacterium sp. -Mediated methods, particle gun bombardment, silicon carbide whiskers, sonication, heat shock A heat shock, an electroporation method and a precipitation method using PEG (Polyethylenglycol) can be used. In one embodiment of the present invention, a plant cell is transformed into a recombinant vector of the present invention by a method of Agrobacterium-mediated method, that is, a method of transforming plant cells using Agrobacterium to which an expression vector according to the present invention is introduced, But the present invention is not limited thereto.
상기 재조합 벡터가 도입되는 식물 세포는 세포가 식물로 재생될 수 있는 한 특정한 형태로 특별히 제한되는 것은 아니다. 이들 세포는, 예를 들면, 배양된 세포 부유물, 원형질체(protoplast), 잎 절편(leaf section) 및 캘러스(callus)를 포함한다.The plant cell into which the recombinant vector is introduced is not particularly limited to a specific form as long as the cell can be regenerated as a plant. These cells include, for example, cultured cell suspension, protoplasts, leaf sections and callus.
상기 형질전환 식물체는 벼, 보리, 밀, 수수 및 옥수수로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있고, 구체적으로 벼일 수 있고, 예를 들어 동진벼일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The transgenic plant may be any one selected from the group consisting of rice, barley, wheat, sorghum and corn, and may be rice, and may be, for example, Dongjin rice.
본 발명의 또 다른 구체예는 상기 형질전환 식물체로부터 수득한 형질전환된 종자를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a transformed seed obtained from said transgenic plant.
본 발명의 일 실시예에서, OsNFY27 프로모터 삽입이 확인된 형질전환 벼의 종자를 발달단계에 따라 채취하여 GUS 염색법으로 분석한 결과, 출수 후 약 25일 이전에는 호분층에서 GUS 발현이 유도되고, 출수 후 약 25일 이후에는 배유에서 GUS 발현이 유도되는 특성이 있는 것을 확인하였다. 그러나 종자의 배(embryo)에서는 GUS 발현이 거의 유도되지 않았으므로, 배유 또는 호분층 특이적으로 발현됨을 확인하였다. In one embodiment of the present invention, seeds of transgenic rice plants having OsNFY27 promoter inserted therein were harvested at the developmental stage and analyzed by GUS staining. As a result, GUS expression was induced in the rumen layer about 25 days after the outbreak, After 25 days, it was confirmed that GUS expression was induced in the endosperm. However, GUS expression was hardly induced in the embryo of the seeds, and thus it was confirmed that the expression was specifically expressed in the endosperm or hornblende.
본 발명의 또 다른 구체예는 상기 OsNFY27 프로모터를 이용한 외래 유전자를 형질전환 식물체의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현시키는 방법을 제공하며, 보다 구체적으로 Another embodiment of the present invention provides a method for specifically expressing a foreign gene using the OsNFY27 promoter in an endosperm or hornbreak of a transgenic plant, more specifically,
1) 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 OsNFY27(Oryza sativa Nuclear Factor Y27) 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된 외래 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제조하는 단계;1) preparing a recombinant vector comprising an OsNFY27 (Oryza sativa Nuclear Factor Y27) promoter consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and a foreign gene operably linked thereto;
2) 상기 단계 1)에서 제조된 재조합 벡터를 아그로박테리움을 이용하여 식물체에 형질전환하는 단계;를 포함하는, 외래 유전자를 형질전환 식물체의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현시키는 방법을 제공한다.2) transforming the recombinant vector prepared in the step 1) into a plant using Agrobacterium to express the foreign gene specifically in the endosperm of the transgenic plant or in the phylum.
상기 단계 2)의 식물체는 벼, 보리, 밀, 수수 및 옥수수로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있고, 구체적으로 벼일 수 있고, 예를 들어 동진벼일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The plant of step 2) may be any one selected from the group consisting of rice, barley, wheat, sorghum and corn, and may be rice, and may be, for example, Dongjin rice.
본 발명의 일 실시예에서, OsNFY27 프로모터 삽입이 확인된 형질전환 벼의 종자를 발달단계에 따라 채취하여 GUS 염색법으로 분석한 결과, 종자의 출수 후 배에는 거의 염색되지 않고, 배유와 호분층에서 특이적으로 강하게 염색되었으며, 유묘의 줄기와 잎에서는 대부분 염색이 관찰되지 않았으므로, OsNFY27 프로모터가 식물의 배유 또는 호분층에서 목적 유전자를 특이적으로 발현시킬 수 있음을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, seeds of transgenic rice plants having the OsNFY27 promoter insertion were harvested at the developmental stage and analyzed by GUS staining. As a result, the seeds were hardly stained in the embryos after the seeding of the seeds, , And it was confirmed that the OsNFY27 promoter can specifically express the target gene in the endosperm of the plant or in the horny layer because the stain and leaves of the seedlings were hardly stained.
본 발명의 구체예에 따른 OsNFY27 프로모터를 이용하면 외래 유전자를 식물의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현시킬 수 있다. 따라서, 성숙 종자 내에서의 목적 유전자 기능 분석에 유용하게 이용할 수 있고, 이를 통해 기능성 종자를 개발하는 데에 이용할 수 있다.By using the OsNFY27 promoter according to the embodiment of the present invention, the foreign gene can be expressed specifically in the endosperm of the plant or in the horny layer. Therefore, it can be usefully used for analyzing the function of the target gene in mature seeds, and thus can be used to develop functional seeds.
도 1은 벼 출수 후 종자발달 단계에 따른 전사체 분석을 통한 종자발현 전사인자의 선발을 나타낸 도이다;
(A) RNA의 마이크로어레이(microarray) 분석 결과 종자발달 과정에서 발현이 증가되는 유전자군의 벼 출수 후 일수(0, 3-6, 25, 40일째)에 따른 발현 수준을 나타낸 그래프;
(B) 벼 출수 후 종자발달 단계;
(C) 벼 출수 후 3~6일에서 25일 사이에 유전자 발현이 5배 이상 증가하는 전사인자 134종에 대한 기능군 분류 그래프; 및
(D) 선발된 전사인자의 발현량을 비교한 그래프.
도 2는 벼 출수 후 종자발달 단계에 따른 OsNFY27 유전자의 발현을 분석하기 위한 RT-PCR 결과이다.
도 3은 OsNFY27 프로모터의 염기서열을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터의 모식도를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터를 이용하여 형질전환시킨 벼에서 벡터 도입 여부를 확인한 PCR 분석 결과이다:
DJ: 대조구인 동진벼(Dongjin); 및
224, 225, 226: OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터로 형질전환된 벼.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터가 도입된 형질전환 종자의 출수 후 일수(0, 5, 10, 15, 25일 및 성숙 종자)에 따른 GUS 염색 결과(An, 꽃밥(Anther); OV, 배주(Ovule); OVT, 배주 관다발 경로(Ovular vascular tract); AL, 호분층(Aleurone layer); Em, 배(Embryo); En, 배유(Endosperm))를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터가 도입된 형질전환 벼의 성숙 종자의 GUS 염색 결과(Em, 배(Embryo); En, 배유(Endosperm); AL, 호분층(Aleurone layer))를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터가 도입된 형질전환 벼의 유묘에서 GUS 염색 결과(LB, 엽신(Leaf blade); LS, 엽초 (Leaf Sheath); R, 뿌리 (Root))를 나타낸 도이다.FIG. 1 is a diagram showing the screening of seed expression transcription factors through analysis of transcripts according to seed development stage after seeding in rice;
(A) A graph showing the expression levels according to days after rice seeding (0, 3, 6, 25, and 40 days) of a gene group in which expression was increased during seed development as a result of microarray analysis of RNA.
(B) Seed development stage after rice emergence;
(C) A functional grouping graph for 134 transcription factors with a 5-fold increase in gene expression between 3 and 6 days and 25 days after rice emergence; And
(D) a graph comparing the expression levels of the selected transcription factors.
FIG. 2 shows the results of RT-PCR for the expression of the OsNFY27 gene according to the seed development stage after rice seeding.
3 is a diagram showing the nucleotide sequence of the OsNFY27 promoter.
FIG. 4 is a schematic diagram of an OsNFY27 promoter-GUS expression vector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows the results of PCR analysis of whether or not the vector was introduced into rice plants transformed with the OsNFY27 promoter-GUS expression vector according to an embodiment of the present invention.
DJ: Dongjin, a control group; And
224, 225, 226: Rice transformed with the OsNFY27 promoter-GUS expression vector.
FIG. 6 is a graph showing the results of GUS staining (An, B, C, and D) of transgenic seeds transfected with OsNFY27 promoter-GUS expression vector according to one embodiment of the present invention, An, OV, OVT, Ovular vascular tract, AL, Aleurone layer, Em, Embryo, En, Endosperm).
FIG. 7 is a graph showing the results of GUS staining (Em, Embryo, En, Endosperm, AL, Aleurone) of the transgenic rice seedlings transfected with the OsNFY27 promoter-GUS expression vector according to an embodiment of the present invention layer).
8 is a graph showing the results of GUS staining (LB, Leaf blade, LS, Leaf Sheath, R, roots) in transgenic rice plants transfected with the OsNFY27 promoter-GUS expression vector according to an embodiment of the present invention Root).
이하 본 발명을 하기 실시예에서 보다 상세하게 기술한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail in the following Examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative only and do not limit or limit the scope of the present invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
<< 실시예Example 1> 벼 종자발달 1> Rice Seed Development 전사체Transcript 분석 및 전사인자 Analysis and transcription factors OsNFY27OsNFY27 유전자 선발 Gene selection
고품벼에서 출수 후 종자발달 단계에 따라 RNA를 분리하여 마이크로어레이(microarray) 분석을 수행하고, 출수 후 3~6일에서 25일 사이에 유전자 발현이 5배 이상 증가하는 전사인자 134종을 선발하였다 (도 1A 및 도 1B). 선발된 전사인자에 대한 기능군 분류를 수행하였고 (도 1C), 종자발달 과정에서 유전자 발현이 크게 증가하는 NF-YC 계열 전사인자 중에서 OsNFY27(Oryza sativa Nuclear Factor Y27) 유전자(LOC_Os01g39850)를 선발하였다 (도 1D).RNA was isolated and analyzed by microarray according to the stage of seed development in high-quality rice, and 134 transcription factors with gene expression more than 5-fold increased between 3-6 days and 25 days after heading (Figures 1A and 1B). Functional grouping of the selected transcription factors was performed (Fig. 1C), and OsNFY27 (Oryza sativa Nuclear Factor Y27) gene (LOC_Os01g39850) was selected among the NF-YC transcription factors whose gene expression was greatly increased during seed development 1D).
RT-PCR(역전사 PCR) 방법을 이용하여 종자 발달단계에 따른 OsNFY27 유전자 발현을 분석하였다. 구체적으로, 출수 후 0일, 25일, 40일된 종자와 성숙 종자에서 각각 RNA를 분리하였다. Total RNA를 주형으로 올리고(dT18) 프라이머(primer)와 역전사효소(Superscript II reverse transcriptase, Invitrogen)를 사용하여 단일 cDNA 사슬을 합성하였다. 합성된 cDNA를 주형으로 OsNFY27의 유전자 염기서열 특이적 프라이머 세트 (OsNFY27F: 5'-CTAGTGATGTTGCTGCTATA-3' (서열번호 4); OsNFY27R: 5'-CATCACGTCACCAAGGAATG-3' (서열번호 5))를 이용하여 94℃ 5분, 94℃ 30초-58℃ 20초-72℃ 30초 25사이클, 72℃ 5분의 조건으로 PCR을 수행하였다.Expression of OsNFY27 gene was analyzed by RT-PCR (Reverse Transcription PCR). Specifically, RNA was isolated from the seeds and mature seeds at 0, 25, and 40 days after heading, respectively. A single cDNA chain was synthesized using total RNA as template (dT 18 ), primer and reverse transcriptase (Superscript II reverse transcriptase, Invitrogen). Using the synthesized cDNA as a template, the nucleotide sequence-specific primer set of OsNFY27 (OsNFY27F: 5'-CTAGTGATGTTGCTGCTATA-3 '(SEQ ID NO: 4); OsNFY27R: 5'- CATCACGTCACCAAGGAATG-3' (SEQ ID NO: PCR was carried out under the conditions of 5 캜 for 5 minutes, 94 캜 for 30 seconds, -58 캜 for 20 seconds, 72 캜 for 30 seconds, 25 cycles and 72 캜 for 5 minutes.
그 결과, 출수 후 25일된 종자에서 OsNFY27 유전자의 발현이 극대화되는 것을 확인하였다 (도 2).As a result, it was confirmed that the expression of OsNFY27 gene was maximized in
<< 실시예Example 2> 2> OsNFY27OsNFY27 프로모터 분리 및 재조합 벡터 제작 Promoter Isolation and Recombinant Vector Production
<2-1> <2-1> OsNFY27OsNFY27 프로모터의 분리 Isolation of promoter
상기 실시예 1에서 선발된 OsNFY27 유전자의 프로모터 영역을 분리하기 위하여, 번역시작 상위 염기서열 1,809 bp의 염기서열 정보를 벼(Nipponbarre) 게놈 데이터베이스(genome database)에서 추출하였다. 그 다음, 상기 염기서열을 특이적으로 증폭하는 한 쌍의 특이 프라이머 (OsNFY27P-F1/R)를 제작하였다(표 1). 상기 프라이머 세트를 이용하여 동진 벼의 게놈(genomic) DNA를 주형으로 PCR을 수행하였다. PCR은 94℃ 5분, 94℃ 30초-58℃ 40초-72℃ 2분 35사이클, 72℃ 5분의 조건으로 수행하였다. 증폭된 PCR 산물을 pENTR/D-TOPO(Invitrogen)에 클로닝하고 전체 염기서열을 결정하였다. 그 결과, Nipponbarre의 게놈 데이터베이스에서 추출한 LOC_Os01g39850 유전자의 프로모터 염기서열과 비교하였을 때 10 bp가 결손되고 2 bp의 염기서열이 다른 1,799 bp의 프로모터를 확인하였다 (도 3). 상기 1,799 bp의 서열을 서열번호 1로 하였다.In order to isolate the promoter region of the OsNFY27 gene selected in Example 1, nucleotide sequence information of 1,809 bp at the start of translation was extracted from a genome database of rice (Nipponbarre). Then, a pair of specific primers (OsNFY27P-F1 / R) was specifically prepared to specifically amplify the nucleotide sequence (Table 1). PCR was performed using the genomic DNA of Dongjin cotton as a template using the primer set. PCR was carried out under the conditions of 94 ° C for 5 minutes, 94 ° C for 30 seconds, -58 ° C for 40 seconds, -72 ° C for 2 minutes and 35 cycles, and 72 ° C for 5 minutes. The amplified PCR product was cloned into pENTR / D-TOPO (Invitrogen) and the entire nucleotide sequence was determined. As a result, when compared with the promoter sequence of the LOC_Os01g39850 gene extracted from the genome database of Nipponbarre, 10 bp was deleted and a 1,799 bp promoter having a different 2 bp sequence was detected (FIG. 3). The 1,799 bp sequence was designated as SEQ ID NO: 1.
<2-2> OsNFY27 프로모터를 포함하는 재조합 발현 벡터의 제작≪ 2-2 > Production of Recombinant Expression Vector Containing OsNFY27 Promoter
게이트웨이 시스템(Gateway system)을 이용하여 OsNFY27 프로모터를 포함하는 발현 벡터를 제조하였다.An expression vector containing the OsNFY27 promoter was prepared using a gateway system.
구체적으로, 분리한 프로모터는 GUS 리포터(reporter) 유전자를 포함하는 pBGWFS7 벡터(PSB사, Plans System Biology)에 클로닝하여 도 4와 같은 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터를 제작하였다. 즉, 진입클론으로서 pENTR/D-TOPO 벡터에 클로닝 되어있는 OsNFY27 프로모터를 LR clonase(Invitrogen)를 이용한 치환 방법을 통해서 목표 벡터인 GUS 리포터 유전자를 포함하는 pBGWFS7로 클로닝하였다.Specifically, the isolated promoter was cloned into a pBGWFS7 vector (PSB company, Plans System Biology) containing a GUS reporter gene to prepare an OsNFY27 promoter-GUS expression vector as shown in FIG. That is, the OsNFY27 promoter cloned into the pENTR / D-TOPO vector as an entry clone was cloned into pBGWFS7 containing a GUS reporter gene as a target vector through a substitution method using LR clonase (Invitrogen).
<2-3> <2-3> OsNFY27OsNFY27 프로모터에 존재하는 Present in the promoter 조절인자의Regulatory factor 확인 Confirm
OsNFY27 프로모터에 존재하는 조절인자를 확인하기 위해 공개 데이터베이스인 PLACE (plant cis-acting element database: http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/)를 이용하여 분석하였다. To identify the regulatory elements present in the OsNFY27 promoter, a public database PLACE (plant cis-acting element database: http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/) was used.
그 결과, OsNFY27 프로모터에는 종자 발아와 연관된 3종의 Amy box (Amy1, Amy2, Amy3)를 포함하고 있으며, 종자의 저장단백질 유전자에서 종자 특이적인 발현과 연관된 것으로 보고된 모티프(motif) (Pyrimidine box, RY/G box, E box, CANBNNAPA 또는 DPBFCOREDCDC3 등)가 다수 발견되었다. 또한, 종자 발아와 휴면을 조절하는 두 가지 호르몬 (ABA, GA)에 반응하는 모티프 (GARE; GA responsive element 및 ABRE; ABA responsive element), 당(sugar)에 반응하는 모티프 (SURE), 건조(drought)에 반응하는 모티프 (RD22) 및 WRKY 전사인자 결합부위 (W box)를 다수 포함하고 있음을 확인하였다. 그 외 OsNFY27 프로모터에는 뿌리와 화분 발현과 관련된 모티프가 있다는 것을 알 수 있었다(표 2).As a result, the OsNFY27 promoter contains three kinds of Amy boxes (Amy1, Amy2, and Amy3) associated with seed germination, and the motifs (Pyrimidine box, RY / G box, E box, CANBNNAPA or DPBFCOREDCDC3). In addition, there are two types of hormones (ABA, GA) that regulate seed germination and dormancy: GA-responsive element and ABRE-responsive element; sugar-responsive motif (SURE) (RD22) and a WRKY transcription factor binding site (W box). Other OsNFY27 promoters were found to have motifs related to root and pollen expression (Table 2).
<< 실시예Example 3> 3> OsNFY27OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터가 도입된 형질전환 벼의 제작 Production of transgenic rice plants into which a promoter-GUS expression vector was introduced
OsNFY27 프로모터의 기능을 연구하기 위하여 상기 실시예 2-2에서 제작한 OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터를 이용하여 형질전환 벼를 제작하였다.In order to study the function of the OsNFY27 promoter, transgenic rice was prepared using the OsNFY27 promoter-GUS expression vector prepared in Example 2-2 above.
구체적으로, OsNFY27 프로모터-GUS 발현 벡터를 아그로박테리아 LBA4404에 도입한 후, 동진벼 캘러스에 감염시켰다. 그 다음, 6 ug/l PPT(phosphinothricin) 조건에서 형질전환체를 선발하여 온실에서 생육하였다. 얻어진 형질전환 벼의 잎에서 게놈(genomic) DNA를 분리하여 도입 벡터에 존재하는 부분 (GUSA-anti)과 프로모터 부분 (OsNFY27P-F2)에 존재하는 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하여 도입한 벡터가 삽입되었는지 확인하였다(표 3 및 도 5).Specifically, the OsNFY27 promoter-GUS expression vector was introduced into Agrobacterium LBA4404 and then infected with Dong-Jinpyeong callus. Then, transformants were selected under 6 ug / l phosphinothricin (PPT) conditions and grown in the greenhouse. Genomic DNA was isolated from the leaves of the transgenic rice plants, and PCR was carried out using a primer present in a part (GUSA-anti) and a promoter part (OsNFY27P-F2) present in the introduced vector. (Table 3 and Fig. 5).
<< 실시예Example 4> 4> OsNFY27OsNFY27 프로모터의 조직 발현 검정을 위한 형질전환 벼의 GUS 염색 분석 Analysis of GUS Staining of Transgenic Rice for Tissue Expression of Promoter
상기 실시예 3에 따라 OsNFY27 프로모터 삽입이 확인된 형질전환 벼의 종자를 발달단계에 따라 채취하여 GUS 염색법으로 분석하였다. GUS 염색은 GUS 염색액(X-gluc 20mM, NaH2PO4H2O 100mM, NaEDTA 10mM, 0.1% Triton-X / pH7.5)에 시료를 넣고 37℃ 암조건에서 18-24시간 동안 반응한 후 90% 에탄올을 이용해서 염색액을 제거해주었다.Transgenic rice seeds with OsNFY27 promoter insertion confirmed according to Example 3 were harvested at the developmental stage and analyzed by GUS staining. GUS staining was carried out in a GUS staining solution (X-gluc 20mM, NaH2PO4H2O 100mM, NaEDTA 10mM, 0.1% Triton-X / pH7.5) at 37 ° C for 18-24 hours and 90% ethanol To remove the staining liquid.
그 결과, 성숙한 종자의 배유에서 강하게 염색되는 것을 확인하였다. 종자 등숙이 시작되는 출수 후 약 25일 (25 DAH) 시기에서부터 뚜렷이 배유(endosperm)에서 GUS 발현이 유도되는 것을 알 수 있었다. 25 DAH 이전에는 호분층(aleurone layer)에서 특이적인 GUS 염색이 관찰되었으나, 배(embryo)에는 거의 염색되지 않았다 (도 6 및 도 7). As a result, it was confirmed that the seeds were strongly stained in the endosperm of the mature seeds. GUS expression was evident in endosperm from approximately 25 days (25 DAH) after heading when seedling maturation started. Prior to 25 DAH, specific GUS staining was observed in the aleurone layer, but was hardly stained in the embryo (FIGS. 6 and 7).
한편 발아 후 14일 된 형질전환 벼 유묘를 GUS 염색한 결과, 생장이 활발한 뿌리 조직 및 잎의 정단 등에서 일부 염색되었으나, 대부분의 줄기와 잎에서는 발현이 되지 않음을 확인하였다 (도 8).On the other hand, GUS staining of the transgenic rice seedlings after 14 days of germination showed that the stem was partially stained in root tissues and leaf tips, but not in most stems and leaves (FIG. 8).
따라서, OsNFY27 프로모터가 벼 종자의 배유 또는 호분층에서 목적유전자를 특이적으로 발현시킬 수 있음을 증명하였다.Therefore, it has been proved that the OsNFY27 promoter can specifically express the gene of interest in the endosperm of rice seeds or in the hornbone layer.
<110> REPUBLIC OF KOREA(MANAGEMENT : RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> OsNFY27 promoter specific for plant seed endosperm or aleurone layer and uses thereof <130> P16R12D0640 <160> 7 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1799 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 tactactttt ctatactttg gcaatcatgg atagatagct ttatgtaaat tttctgtttt 60 ctgttttctc cctctctccc ttcctttgta aatatctctc tcttataata tatatatata 120 tatatatatt gcagtaggag tctctcctgc tattttcatg tcaaaaaaaa aatactactt 180 ttctattagt gaggggcact ttttgttttt atccttaact actaaaatac ttgggatgac 240 taggaatcaa gttttttggg gaataaaggg agtgctatat atgccttgaa ctatttcgtt 300 tatcttttat tgtgtttcac tatttatttg tatgtggtat ggtactcttt gttaagctag 360 caagttccat gagtttattt atcaatgtac aatttggagt ggtatatttg attagcccgt 420 tttccttagg cgtcgcttgt agctaactgc taacatacaa aagtaattaa gtatgtataa 480 aattgaaaag atggcgagtc atgagagaga gcaatgtggc aaacaaactc tatattagca 540 ttcaaaagta aagtactaac atacaaagct tgttagctag tggttgctga ataacataca 600 aaagtaataa agtattaagt acatggagta taagttatgt agctaggacc acaaacaaca 660 catgatctat gcatggtatg catgcaaacc atgcacttac tgcaagcaag taggccagcc 720 aaagtccatc atgcatatat gtatggacat catggtttat tattaaatag gtcattagac 780 aattgcttgc gttacacaat gtacaaaaga aatgtaggat attaagctaa aatacaaaat 840 tctccagcag gaaaggcgcc gaaagtacac ttagtttgct agcaatggat cgagtactta 900 tctactgatc tagtcatcaa tccatgcatc catccatcat taaaccacgt agcatgtatt 960 ggctggaatc aagctatcac atatatgcgt gaatctaaag caaaacaaac tcctcgatat 1020 atcttgcaca catctagagc taaccgtccg ttgatcagct agctaactta gagatagatt 1080 agcatgtatg acacatcaat ttgaaatcat gatgcatatg catggtatag gagaggacaa 1140 acaaatatat gttcaattaa caagcaagtc aattcgtgac atgactaata tgttacgcaa 1200 ataaactgca ctactttatc ttggttgtct ttagcataag aagtgtggaa tgcatggttt 1260 agccttgtga gccccacata tattaaagct agctgtttca ctggaaaaga tacacgcaag 1320 gctaaaagat ttcaccaaac ccacaagaaa ctaataaacc tttttttctt tcttcaactc 1380 tttttcgtct cccttctcaa caatacagat atcatagaaa ccagaatctt ttaggcctat 1440 ataaaccacc ccaccttgca tactatgttc atcctcgtgt catattgtgt tcatcttcat 1500 actaccaacc aattagtgct aataggtagc attttctgta gttgcagctc aagtaaggta 1560 atgcacctac tagcttatta ttcttgtgcc tagtattaat tagtttttgt actggtactt 1620 gtgaaaattt gtgatttgag caatgctatt tgatttgtaa ttaagctagc tatctctttt 1680 tgttagactg caatgtaaca tcgttttgct aatttttgaa ctagaaaagt aagaaaaaga 1740 agtaacaaaa gtgtgtgctt gctatgtagg tctattattc agagcaacga agggaagga 1799 <210> 2 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsNFY27P-F1 primer <400> 2 gccgccccct tcacctacta cttttctata ctttggcaat c 41 <210> 3 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsNFY27P-R primer <400> 3 tcggcgcgcc caccctttcc ttcccttcgt tgctctg 37 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsNFY27F primer <400> 4 ctagtgatgt tgctgctata 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsNFY27R primer <400> 5 catcacgtca ccaaggaatg 20 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GUSA-Anti primer <400> 6 cgcgatccag actgaatgcc c 21 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsNFY27P-F2 primer <400> 7 gtgtgtgctt gctatgtagg tc 22 <110> REPUBLIC OF KOREA (MANAGEMENT: RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> OsNFY27 promoter specific for plant seed endosperm or aleurone layer and uses thereof <130> P16R12D0640 <160> 7 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 1799 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 tactactttt ctatactttg gcaatcatgg atagatagct ttatgtaaat tttctgtttt 60 ctgttttctc cctctctccc ttcctttgta aatatctctc tcttataata tatatatata 120 tatatatatt gcagtaggag tctctcctgc tattttcatg tcaaaaaaaa aatactactt 180 ttctattagt gaggggcact ttttgttttt atccttaact actaaaatac ttgggatgac 240 taggaatcaa gttttttggg gaataaaggg agtgctatat atgccttgaa ctatttcgtt 300 tatcttttat tgtgtttcac tatttatttg tatgtggtat ggtactcttt gttaagctag 360 caagttccat gagtttattt atcaatgtac aatttggagt ggtatatttg attagcccgt 420 tttccttagg cgtcgcttgt agctaactgc taacatacaa aagtaattaa gtatgtataa 480 aattgaaaag atggcgagtc atgagagaga gcaatgtggc 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catcacgtca ccaaggaatg 20 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GUSA-Anti primer <400> 6 cgcgatccag actgaatgcc c 21 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsNFY27P-F2 primer <400> 7 gtgtgtgctt gctatgtagg tc 22
Claims (9)
2) 상기 단계 1)에서 제조된 재조합 벡터를 아그로박테리움을 이용하여 식물체에 형질전환하는 단계;를 포함하는, 외래 유전자를 형질전환 식물체의 배유 또는 호분층에서 특이적으로 발현시키는 방법. 1) preparing a recombinant vector comprising an OsNFY27 (Oryza sativa Nuclear Factor Y27) promoter consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and a foreign gene operably linked thereto;
2) transforming the recombinant vector produced in step 1) into a plant using Agrobacterium to express the foreign gene specifically in the endosperm of the transformed plant or in the phylum.
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