KR101825596B1 - CaLOP gene from Capsicum annuum regulating growth, development and disease resistance of plant and uses thereof - Google Patents

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Abstract

When TMV-P0, TMV-P2, PepMoV, and red chili pathogen are individually inoculated to plants, stronger expression of CaLOP genes are confirmed compared to a comparison group without any pathogen. When the virus-induced gene silencing (VIGS) method is used to induce the silence of the GaLOP genes derived from red chili, the plants died while having reduced plant height and leaf areas. Accordingly, the GaLOP genes derived from the red chili, which can adjust the plant growth, development, and disease resistance, can be used to promote the growth and development of the plants while obtaining plants with strong disease resistance, thereby contributing to significantly improving the production, quality, and production efficiency of the cost-efficient crops.

Description

식물체의 생장, 발달 및 병 저항성을 조절하는 고추 유래의 CaLOP 유전자 및 이의 용도{CaLOP gene from Capsicum annuum regulating growth, development and disease resistance of plant and uses thereof}The present invention relates to a CaLOP gene derived from pepper that regulates plant growth, development and disease resistance, and a use thereof.

본 발명은 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성을 조절하는 고추 유래의 CaLOP 유전자 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a CaLOP gene derived from pepper and its use for regulating plant growth, development and disease resistance.

식물은 생장과 발달을 조절함으로써 여러 환경 변화에 대처 및 적응하는 체계를 갖추고 있다. 종자의 발아에서부터 개화에 이르는 전체 생활환경에 걸쳐 환경 자극과 식물의 발달 프로그램은 끊임없는 상호작용을 통해 식물의 생존 적합성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 그러한 환경 자극에 따른 식물의 발달 조절은 주로 외부환경과 식물의 내재적 발달 프로그램과의 상호 작용을 통해 일어나는 것으로 알려져 있다. 그리고 식물은 각종 병원균의 침입과 외부의 자극에 대하여 면역반응을 작동시켜 스스로를 보호하도록 진화해 왔다. 그러나 이러한 저항성 반응에도 불구하고, 식물이 외부의 자극이나, 병에 대하여 위협받게 되면, 작물의 생산 및 품질의 저하를 가져와 경제적으로 큰 피해를 일으키게 된다. 이러한 피해를 최소화하기 위하여 고추를 비롯한 다양한 경제작물의 병 저항성 품종의 육종에 대한 육성 프로그램들이 꾸준히 진행되어 왔으며, 병 저항성에 대한 이해 및 실제적 응용을 위해 식물에서의 저항성 기작에 대한 연구를 고추식물을 모델로서 수행하고 있다. Plants have a system to cope with and adapt to various environmental changes by controlling growth and development. Environmental stimuli and plant development programs throughout the entire life-span from seed germination to flowering are known to increase plant survival suitability through constant interactions. It is known that the regulation of the development of a plant by such environmental stimuli is mainly caused by the interaction with the external environment and the intrinsic developmental program of the plant. And plants have evolved to protect themselves by activating immune responses against invading various pathogens and external stimuli. However, despite this resistive response, if a plant is threatened by external stimuli or disease, the production and quality of the crop will be lowered, causing economic damage. In order to minimize these damages, programs for breeding of disease-resistant varieties of various economic crops including pepper have been steadily progressed. To understand the disease resistance and practical application, As a model.

고추(Capsicum annuum)는 가지과에 속하는 작물로서 남미가 원산지이며, 전 세계적으로 재배되고 향신료 및 붉은색 색소의 재료로서 이용되는 작물이다. 하지만, 고추는 바이러스, 역병, 탄저병 등의 다양한 병원균들에 의해 매년 전체 수확량의 10~30% 손실이 발생하게 된다. 이에 안정적인 생산성 증대와 병 저항성 품종 개발은 고추 육종의 중요 목표이다. 최근에는 고추 전체 염기서열 분석이 완료되어 고추의 병 저항성 인자 규명에 대한 연구가 가속화되고 있다. 하지만, 경제 및 산업적 중요성과 다른 작물들에 비해 고추의 안정적인 생육과 발달에 대한 연구는 아직 초기 단계이다. Capsicum annuum ) is a crop belonging to the genus Cucumis, originating in South America and cultivated worldwide and used as a spice and red pigment. However, the red pepper is caused by various pathogens such as virus, plague, and anthrax, resulting in a loss of 10 ~ 30% of the total yield each year. Therefore, stable productivity and development of disease-resistant varieties are important goals of the breeding of the capsicum. In recent years, the analysis of whole nucleotide sequence of pepper has been completed and studies on identification of disease resistance factor of pepper have been accelerated. However, research on the stable growth and development of pepper is still in its infancy compared to economic and industrial importance and other crops.

한편, 중국등록특허 제103667265호는 토마토 유래 LOX 유전자의 식물체 병 저항성을 조절하는 방법을 개시하고 있으나, 본 발명의 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성을 조절하는 고추 유래의 CaLOP 유전자 및 이의 용도에 대해 아직까지 개시된 바가 없다.On the other hand, Chinese Patent No. 103667265 discloses a method for controlling the plant disease resistance of a tomato-derived LOX gene. However, the CaLOP gene derived from pepper controlling the growth, development and disease resistance of the plant of the present invention and its use It has not yet been disclosed.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 TMV-P0(tobacco mosaic virus-P0), TMV-P2, PepMoV(pepper mottle virus) 및 고추역병 원인균(Phytophthora capsici)을 고추 식물체에 각각 접종하였을 때, 병원균을 접종하지 않은 대조군에 대비하여 CaLOP(Capsicum annuum lipoxgenase homology protein) 유전자가 강하게 발현되며, 바이러스 기반 유전자 침묵 기법(Virus-induced Gene Silencing, VIGS)을 이용하여 CaLOP 유전자가 침묵된 고추 식물체를 제조하여 표현형을 분석하였을 때 고사하거나 초장 및 엽면적이 감소되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and the present inventors have found that TMV-P0, TMV-P2, PepMoV (pepper mottle virus) and Phytophthora capsici) to when each inoculated on pepper plants, in contrast to the control not inoculated with the pathogen and the CaLOP (Capsicum annuum lipoxgenase homology protein) gene strongly expressed, using a virus-based gene silencing techniques (Virus-induced Gene Silencing, VIGS) The present inventors have completed the present invention by confirming that when a phenotype of a pepper plant in which a CaLOP gene is silenced is analyzed and phenotype is analyzed, the plant height and leaf area are decreased.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 CaLOP 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성을 조절하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the invention is by transforming the plant cell with a pepper-derived CaLOP (Capsicum annuum lipoxygenase protein homology) recombinant containing the gene encoding the protein vector CaLOP A method for regulating the growth, development and disease resistance of a plant comprising the step of regulating gene expression.

또한, 본 발명은 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계를 포함하는 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a transformed plant, which comprises transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding CaLOP ( Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) protein derived from pepper, A method for producing a plant is provided.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성이 조절된 형질전환 식물체 및 이의 형질전환된 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant having controlled growth, development and disease resistance of the plant produced by the above method, and a transformed seed thereof.

또한, 본 발명은 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 유효성분으로 함유하는 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성 조절용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for regulating the growth, development and disease resistance of a plant containing, as an active ingredient, a gene encoding CaLOP ( Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) protein derived from pepper.

본 발명에서는 TMV-P0, TMV-P2, PepMoV 및 고추역병 원인균을 식물체에 각각 접종하였을 때, 병원균을 접종하지 않은 대조군에 대비하여 CaLOP 유전자가 강하게 발현되는 것을 확인하였고, 또한 바이러스 기반 유전자 침묵 기법(Virus-induced Gene Silencing, VIGS)을 이용하여 고추 유래의 CaLOP 유전자 침묵을 유도하였을 때, 식물체가 고사하거나 초장 및 엽면적이 감소되는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 식물의 생장, 발달 및 병 저항성을 조절하는 고추 유래의 CaLOP 유전자를 이용하여 식물의 생장 및 발달이 촉진되고 병 저항성이 강한 식물체를 얻음으로써, 경제 작물 등의 생산량과 품질 향상 및 생산 효율 증대에 크게 기여할 수 있다.In the present invention, when the TMV-P0, TMV-P2, PepMoV, and pepper-eradicating bacteria were inoculated into the plant, the CaLOP gene was strongly expressed against the control group not inoculated with the pathogen, Virus-induced Gene Silencing (VIGS) was used to induce the silencing of CaLOP gene from pepper. Therefore, the CaLOP gene derived from pepper, which regulates the growth, development and disease resistance of the plant of the present invention, promotes the growth and development of the plant and obtains a plant having high resistance to disease, It can contribute greatly to increase production efficiency.

도 1은 본 발명의 고추 유래 CaLOP 유전자의 염기서열 및 이의 상동성 유전자들의 염기서열 비교분석(A)과 CaLOP 유전자의 도메인 구조(B)를 나타낸 것이다. CaTin1CaTin1 -2는 고추 유래의 유전자; Sotub03g021410Sotub03g021420는 감자 유래의 유전자; Niben101Scf05326g00010.1Niben101Scf05326g00012 . 1는 담배 유래의 유전자; Solyc03g096540Solyc03g096550는 토마토 유래의 유전자; Os02g51710는 벼 유래의 유전자; 및 AT2G22170는 애기장대 유래의 유전자이다.
도 2는 본 발명의 고추 유래 CaLOP 유전자와 이의 상동성 유전자들 사이의 유연관계를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 고추 유래 CaLOP 유전자 및 이의 상동성 유전자인 CaTin1에 대한 고추 식물체 조직별 발현 양상을 나타낸 것이다. PL은 과피(Placenta); PR은 태좌(Pericarp); MG는 과실의 녹색기; B는 과실의 변색기; 및 DPA(day post anthesis)는 개화 후를 의미한다.
도 4는 TMV-P0(tobacco mosaic virus-P0)(A), TMV-P2(tobacco mosaic virus-P2)(B), PepMoV(pepper mottle virus)(C) 및 고추역병 원인균(Phytophthora capsici)(D)을 고추 식물체에 각각 접종하였을 때, 본 발명의 CaLOP 유전자 및 이의 동종상동성 유전자인 CaTin1의 발현 양상을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 CaLOP 유전자 및 이의 동종상동성 유전자인 CaTin1 침묵 유도를 위해 사용된 TRV-CaLOP(A) 및 TRV-CaTin1(B)의 벡터 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 CaLOP 유전자가 침묵된 고추 식물체의 사진(A)과 RT-PCR 분석 결과(B)를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 CaLOP 유전자가 침묵된 고추 식물체 표현형의 분석 결과(A)와 CaLOP 유전자 및 CaTin1 유전자가 침묵된 고추 식물체의 엽면적(B) 및 초장(C) 측정결과를 나타낸 것이다.
Brief Description of the Drawings Fig. 1 shows the nucleotide sequence of the pepper-derived CaLOP gene of the present invention and the nucleotide sequence comparison (A) of the homologous genes thereof and the domain structure (B) of the CaLOP gene. CaTin1 and CaTin1 -2 gene in pepper stems; Sotub03g021410 and Sotub03g021420 are potato-derived genes; Niben101Scf05326g00010.1 and Niben101Scf05326g00012 . 1 is a gene derived from tobacco; Solyc03g096540 and Solyc03g096550 are genes derived from tomato; Os02g51710 is a gene derived from rice; And AT2G22170 are genes derived from Arabidopsis.
Fig. 2 shows a flexible relationship between the pepper-derived CaLOP gene of the present invention and its homologous genes.
Fig. 3 shows the expression patterns of the pepper-derived CaLOP gene of the present invention and its homologous gene CaTin1 by the plant tissues of the paprika. PL is Placenta; PR is the Pericarp; MG is the green of fruit; B is a fruit discolouring machine; And DPA (day post-synthesis) mean post-flowering.
FIG. 4 is a graph showing the results of the detection of TMV-P0 (tobacco mosaic virus-P0) (A), TMV-P2 (tobacco mosaic virus-P2), PepMoV (pepper mottle virus), and Phytophthora capsici ) Were respectively inoculated into the capsicum plants, the expression patterns of the CaLOP gene of the present invention and its homologous homologous gene CaTin1 were shown.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the CaLOP gene of the present invention and its homologous homologous gene CaTin1 The vector structure of TRV-CaLOP (A) and TRV-CaTin1 (B) used for silencing induction is shown.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the CaLOP (A) and RT-PCR analysis (B) of the pepper plants with silenced genes.
FIG. 7 is a graph showing the effect of the CaLOP The results of analysis of phenotypic phenotype of gene silenced (A) and CaLOP Gene and CaTin1 (B) and plant height (C) of the pepper plants with silenced genes.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 CaLOP 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성을 조절하는 방법을 제공한다.According to an aspect of the invention, the invention is by transforming the plant cell with a pepper-derived CaLOP (Capsicum annuum lipoxygenase protein homology) recombinant containing the gene encoding the protein vector CaLOP A method for regulating the growth, development and disease resistance of a plant comprising the step of regulating gene expression.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 CaLOP 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어질 수 있으며, CaLOP 유전자는 서열번호 1의 염기 서열로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 염기서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 구체적으로, 상기 유전자는 서열번호 1의 염기 서열과 각각 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제(즉, 갭)를 포함할 수 있다.In the method according to an embodiment of the present invention, the CaLOP protein may be an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, and the CaLOP gene may be a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto. In addition, homologues of the nucleotide sequences are included within the scope of the present invention. Specifically, the gene has a nucleotide sequence having a sequence homology of 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more, with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 . "% Of sequence homology to polynucleotides" is ascertained by comparing the comparison region with two optimally aligned sequences, and a portion of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence for the optimal alignment of the two sequences (I. E., A gap) relative to the < / RTI >

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 CaLOP 유전자 발현을 저해시켜 야생형 식물체에 비해 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성을 감소시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In a method according to an embodiment of the present invention, the growth, development and disease resistance of a plant may be reduced by inhibiting the CaLOP gene expression, but not limited thereto.

또한, 상기 식물체의 생장 및 발달 감소는 야생형 식물체에 비해 엽면적 및 초장이 감소되거나 고사되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, the growth and development of the plant may be reduced or depleted in leaf area and plant height compared to the wild type plant, but the present invention is not limited thereto.

용어 "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 코딩된 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.

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

CaLOP 유전자 각각의 서열 및 적당한 전사/번역 조절 신호를 포함하는 발현 벡터는 당업자에 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 부위 및 전사 터미네이터를 포함할 수 있다.Expression vectors containing sequences of each of the CaLOP genes and appropriate transcription / translation control signals can be constructed by methods known to those skilled in the art. Such methods include in vitro recombinant DNA technology, DNA synthesis techniques, and in vivo recombination techniques. The DNA sequence can be effectively linked to appropriate promoters in the expression vector to drive mRNA synthesis. The expression vector may also include a ribosome binding site and a transcription terminator as a translation initiation site.

본 발명의 재조합 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-영역을 식물 세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터(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 the recombinant vector of the present invention is a Ti-plasmid vector capable of transferring a so-called T-region to a plant cell when present in a suitable host, such as Agrobacterium tumefaciens. 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 발현 벡터에서, 상기 프로모터는 형질전환에 적합한 프로모터들로서, 바람직하게는 CaMV 35S 프로모터, 액틴 프로모터, 유비퀴틴 프로모터, pEMU 프로모터, MAS 프로모터, 히스톤 프로모터 또는 Clp 프로모터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. "프로모터"란 용어는 구조 유전자로부터의 DNA 상부의 영역을 의미하며 전사를 개시하기 위하여 RNA 중합효소가 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 프로모터이며, 본 발명에서는 항시성 프로모터의 사용이 바람직할 수 있다. 따라서, 항시성 프로모터는 선택 가능성을 제한하지 않는다.In the recombinant expression vector of the present invention, the promoter may be, but is not limited to, the CaMV 35S promoter, the actin promoter, the ubiquitin promoter, the pEMU promoter, the MAS promoter, the histone promoter or the Clp promoter, . The term "promoter " refers to a region above the DNA 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. In the present invention, the use of a constant promoter may be desirable. Therefore, the constant promoter does not limit the selectivity.

본 발명의 재조합 벡터에서, 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 그 예로는 노팔린 신타아제 (NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 아그로박테리움 튜머파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)의 옥토파인(Octopine) 유전자의 터미네이터, 파세올린(phaseoline) 터미네이터, 대장균의 rrnB1/B2 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, conventional terminators can be used. Examples thereof include nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, Agrobacterium but are not limited to, the Octopine gene terminator of the tumefaciens , the phaseoline terminator of E. coli, and the rrnB1 / B2 terminator of E. coli. 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.

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(kanamycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol), G418, 블레오마이신(Bleomycin)과 같은 항생제 내성 유전자, aadA 유전자 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The recombinant vector may preferably comprise one or more selectable markers. The marker is typically a nucleic acid sequence having a property that can be selected by a chemical method, and includes all genes capable of distinguishing a transformed cell from a non-transformed cell. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinothricin, antibiotics such as kanamycin, hygromycin, chloramphenicol, G418, Bleomycin, Resistant gene, aadA gene, and the like, but are not limited thereto.

본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법, 하나한 방법(Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기천공 방법 등에 의해 실시될 수 있다. 또한, 숙주세포가 진핵세포인 경우에는, 유전자총-매개 형질전환 방법(bombardment), 아그로박테리움-매개 형질전환법, 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법 및 DEAE-덱스트란 처리법 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The method of delivering the vector of the present invention into a host cell can be carried out by the CaCl 2 method, one method (Hanahan, D., J. MoI. Biol., 166: 557-580 (1983)) when the host cell is a prokaryotic cell, And an electric drilling method or the like. In addition, when the host cell is a eukaryotic cell, it can be produced by a method such as gene bombardment, Agrobacterium-mediated transformation, microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome- The vector may be injected into the host cell by DEAE-dextran treatment or the like, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및 The present invention also provides a method for producing a plant cell, comprising the steps of: transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding CaLOP ( Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) protein of pepper, which is composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; And

상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.And regenerating the plant from the transformed plant cell. The present invention also provides a method of producing a transgenic plant having regulated plant growth, development and disease resistance.

상기 식물세포를 형질전환시키는 방법은 전술한 바와 같다.The method of transforming the plant cell is as described above.

또한, 본 발명의 방법은 상기 형질전환된 식물세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함한다. 형질전환 식물을 재분화하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다. 캘러스 또는 원형질체 배양으로부터 성숙한 식물의 재분화를 위한 기술은 수많은 여러 가지 종에 대해서 당업계에 주지되어 있다.In addition, the method of the present invention comprises regenerating a transgenic plant from the transformed plant cell. Regeneration of transgenic plants can be carried out by any method known in the art. Techniques for the regeneration of mature plants from callus or protoplast cultures are well known in the art for a number of different species.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성이 조절된 형질전환 식물체 및 이의 형질전환된 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant having controlled growth, development and disease resistance of the plant produced by the above method, and a transformed seed thereof.

상기 식물체는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수수, 귀리, 양파 등의 단자엽 식물 또는 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 식물일 수 있으며, 바람직하게는 쌍자엽 식물이며, 더욱 바람직하게는 고추 식물체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The plant may be selected from the group consisting of monocot plants such as rice, barley, wheat, rye, corn, sorghum, oats and onions or potatoes, potatoes, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, cilia, lettuce, spinach, And can be dicot plants such as celery, carrot, buttercup, parsley, cabbage, cabbage, gab, watermelon, melon, cucumber, amber, pak, strawberry, soybean, mung bean, kidney bean and pea. Preferably, it is a pepper plant, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 유효성분으로 함유하는 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성 조절용 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 유효성분으로 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 CaLOP 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하며, 상기 CaLOP 유전자 또는 상기 CaLOP 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 식물에 형질전환함으로써 식물체의 생장, 발달 및 병 저항성을 조절할 수 있는 것이다.
Further, the present invention provides a composition for regulating the growth, development and disease resistance of a plant comprising, as an active ingredient, a gene encoding CaLOP ( Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) protein derived from pepper which is composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. The composition comprises a gene encoding an CaLOP protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 as an active ingredient. By transforming the recombinant vector containing the CaLOP gene or the CaLOP gene into a plant, the growth, development and disease resistance Can be adjusted.

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.

재료 및 방법Materials and methods

1. 식물 재료, 바이러스 기반 유전자 침묵 기법 및 식물의 표현형 분석1. Plant materials, virus-based gene silencing techniques and phenotypic analysis of plants

고추는 23℃의 생장상(chamber)에서 16시간 광 및 8시간 암 조건으로 키웠으며, 떡잎의 상태일 때 TRV(tobacco rattle virus)-based VIGS(virus-induced gene silencing) 방법을 변형하여 수행하였다. pTRV1과 함께 CaTin1 CaLOP 유전자가 각각 클로닝된 2종류의 pTRV2 벡터를 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)에 삽입하여 사용하였다. 상기 CaTin1 CaLOP 유전자가 각각 삽입된 아그로박테리움 투메파시엔스를 리팜피신 50mg/ml 및 카나마이신 50mg/ml를 포함하는 YEP(Yeast extract peptone) 액체배지에서 2일 동안 30℃에서 진탕 배양하였으며, 배양 후 아그로박테리움 투메파시엔스 배양액을 원심분리하여 세포를 침전시켜 침투 버퍼(10mM MES 및 10mM MgCl2, pH 5.5)에 풀어준 후, 배양액의 흡광도를 0.5(Optical density, O.D.=0.5)로 정량을 하여 200μM의 아세토시린곤(Acetosyringone)을 넣어 상온에서 3~5시간 동안 배양한 후에 TRV1 벡터와 각각의 유전자가 클로닝된 TRV2 벡터가 삽입된 아그로박테리움을 1:1 비율로 혼합하였다. 이후 고추의 떡잎 뒷면에 배양액을 1ml의 주사기로 접종한 후 24시간 동안 16℃의 생장상에서 키운 후 23℃의 생장상(chamber)에서 16시간 광 및 8시간 암 조건으로 생육하였다. 표현형 분석은 접종 후 5주차의 식물에서 진행하였으며, 식물체의 초장(height) 및 엽면적(leaf area)을 측정하였으며, 엽면적은 각각의 식물체의 3번째 본엽을 채취하여 측정하였다. 통계분석은 SPSS 프로그램(PASW statistics 18, Chicago, USA)을 사용하여 분산분석(ANOVA)을 하였다. 분산분석 간에 평균의 비교는 터키(Tukey)의 다중비교법을 이용하였다.
The red pepper was grown in a growth chamber at 23 ° C. for 16 hours under light and 8 hours in dark condition and modified by TRV (tobacco rattle virus) -based VIGS (virus-induced gene silencing) . CaTin1 with pTRV1 And CaLOP gene the two types of Agrobacterium the pTRV2 vector Solarium Tome Pacific Enschede (Agrobacterium cloning each tumefaciens ). The CaTin1 And CaLOP gene were incubated in a YEP (yeast extract peptone) liquid medium containing 50 mg / ml of rifampicin and 50 mg / ml of kanamycin for 2 days at 30 ° C. After the incubation, Agrobacterium tumefaciens The culture of Tumefaciens was centrifuged to precipitate the cells, which were then dissolved in permeation buffer (10 mM MES and 10 mM MgCl 2 , pH 5.5), and the absorbance of the culture was determined to be 0.5 (Optical density, OD = 0.5) Acetosyringone was added and cultured at room temperature for 3 to 5 hours. Then, TRV1 vector and Agrobacterium containing TRV2 vector cloned with each gene were mixed at a ratio of 1: 1. Then, the culture was inoculated into the back of the cotyledon of red pepper with 1 ml of syringe and cultivated for 24 hours at 16 ° C in a growth chamber at 23 ° C for 16 hours light and 8 hours dark. Phenotypic analysis was carried out on the 5th plant after the inoculation, and the height and leaf area of the plant were measured. The leaf area was measured by collecting the third leaf of each plant. Statistical analysis was performed by ANOVA using the SPSS program (PASW statistics 18, Chicago, USA). The mean comparison between the variance analyzes was performed using the multiple comparison method of Turkey (Tukey).

2. 유전자 서열 및 구조와 진화분석2. Analysis of gene sequence, structure and evolution

본 발명에 사용된 CaTin1 CaLOP 유전자의 전체 서열은 고추 게놈 사이트(http://genome.pepper.snu.ac.kr/)를 기반으로 검증 및 확보하였으며, 상기 두 유전자의 구조 분석은 스마트(http://smart.embl-heidelberg.de/)를 이용하였다. 다른 작물 유전체에서 이종상동성 유전자(Orthologous gene)들은 SOL(sol genomic network, https://solgenomics.net/)의 데이터베이스를 이용하여 토마토(Tomato Genome protein sequences (ITAG release 2.40)), 감자(Potato ITAG Release 1 predicted proteins (ST1.0)) 및 담배(N. benthamiana Genome v1.0.1 predicted proteins)의 서열을 확보하였고, 벼는 RGAP(rice genome annotation project, Gene in MSU RGAP Release 7-protein sequences, http://rice.plantbiology.msu.edu/), 애기장대는 TAIR(Arabidopsis information resource, TAIR10 Proteins (protein), https://www.arabidopsis.org)의 데이터베이스를 이용하여 유전자의 서열을 확보하였다. 유전자 서열분석(MSA, Multiple Sequences Alignment)은 EBI(http://www.ebi.ac.uk/)의 T-coffee 프로그램을 사용하였으며, 진화 계통수 분석은 MEGA7(http://www.megasoftware.net/) 프로그램을 사용하였다. 통계방법은 근연접합법(Neighbor-joining)을 사용하였으며, 계통발생 실험은 부트스트랩법(Bootstrap method)으로 100번 반복하여 수행하였다. 치환모델은 JTT(Jones-Taylor-Thornton) 모델을 사용하였으며, 부분 간의 비율은 Uniform rates를 사용하였다. 공백과 잘못된 데이터의 처리는 부분 삭제(Partial deletion)하였고 95% 이하로 겹치는 것은 제거하였다.
The CaTin1 used in the present invention And CaLOP The entire sequence of the gene was verified and secured based on the pepper genome site (http://genome.pepper.snu.ac.kr/), and the structural analysis of the two genes was performed by Smart (http: //smart.embl-heidelberg .de /) was used. Orthologous genes in other crop genomes were identified using Tomato genome protein sequences (ITAG release 2.40), potato (ITAG release 2.40), and tomato (Tomato genome) using a database of SOL (sol genomic network, https://solgenomics.net/) 1 predicted proteins (ST1.0)) and tobacco ( N. benthamiana genome v1.0.1 predicted proteins), and rice was identified as RGAP (rice genome annotation project, Gene in MSU RGAP Release 7-protein sequences, /rice.plantbiology.msu.edu/), Arabidopsis thaliana sequenced the gene using a database of TAIR (Arabidopsis information resource, TAIR10 Proteins (protein), https://www.arabidopsis.org). The MSA (Multiple Sequence Alignment) uses the T-coffee program of EBI (http://www.ebi.ac.uk/) and the evolutionary tree analysis uses MEGA7 (http://www.megasoftware.net) /) Program was used. Neighbor-joining was used for the statistical method, and the phylogenetic experiment was repeated 100 times by the bootstrap method. The substitution model is JTT (Jones-Taylor-Thornton) model, and the ratio between the parts is the uniform rate. Partial deletion of blank and bad data was performed and overlapping of less than 95% was removed.

3. RT-3. RT- PCRPCR (Reverse transcription polymerase chain reaction)(Reverse transcription polymerase chain reaction)

총 RNA의 추출은 VIGS(virus-induced gene silencing) 수행 후 5주차의 식물체를 대상으로 3~4번째 본엽에서 추출하였으며, 트리졸(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)을 이용하여 제조사의 지침에 따라 수행하였다. cDNA의 합성은 M-MLV 역전사 효소(Promega, Madison, USA)를 사용하였으며, 제조회사의 지침에 따라 수행하였다. 유전자들의 발현을 분석하기 위해 CaTin1_C_F(서열번호 3, GGCAGTGGTTACGACTACTT), CaTin1_C_R(서열번호 4, CATGATAGGACTGAGGATCG), CaLOP_N_F(서열번호 5, ACTGCCATGGGAGTAGCTCAGGT) 및 CaLOP_F_C_R(서열번호 6, GCCTACACAAATGATGAGATAACGT) 프라이머를 사용하였다.
The total RNA was extracted from the 3rd or 4th leaf of the 5th plant after virus-induced gene silencing (VIGS), and the RNA was extracted using triazole (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) Respectively. cDNA synthesis was performed using M-MLV reverse transcriptase (Promega, Madison, USA) and according to manufacturer's instructions. Was used CaTin1 _C_F (SEQ ID NO: 3, GGCAGTGGTTACGACTACTT), CaTin1 _C_R (SEQ ID NO: 4, CATGATAGGACTGAGGATCG), CaLOP _N_F (SEQ ID NO: 5, ACTGCCATGGGAGTAGCTCAGGT) and CaLOP _F_C_R (SEQ ID NO: 6, GCCTACACAAATGATGAGATAACGT) primers to analyze the expression of genes .

4. 발현패턴 분석4. Expression pattern analysis

고추 유전자의 조직별 RNA 염기서열 정보는 김 등의 논문(Kim et al., 2014, Nat Genet, 46, 270-278)에서 확보하였고, CM334 품종에서 총 16단계의 정보 중에 잎(Leaf), 줄기(Stem), 뿌리(Root), 과피(Placenta, PL) 및 태좌(Pericarp, PR)의 정보와 과실의 숙도를 나타내는 녹색기(Mature green, MG) 및 변색기(Breaker, B)의 정보를 확보하였으며, 과피와 태좌는 각각 6일, 16일 및 25일, 녹색기 및 변색기 이후 5일 및 10일에 정보를 확보하여 사용하였으며, log2 RPKM의 값으로 변환하여 사용하였다. TMV-P0(tobacco mosaic virus-P0), TMV-P2, PepMoV(pepper mottle virus) 및 고추역병 원인균(Phytophthora capsici)을 접종한 CM334 품종의 RNA 염기서열 정보는 강 등의 논문(Kang et al., 2016, Sci Rep, 6, 33332)에서 확보하였으며, 병원균을 접종하지 않은 음성 대조군 값으로 정규화(normalization)한 후에 log2 RPKM(reads per kilobase million)의 값으로 변환하여 사용하였다. 히트맵(Heat map)은 RNA 염기서열 정보를 히트-맵 알 패키지(http://bioconductor.org/)를 이용하여 작성하였다.
The RNA sequence information of the red pepper genes was obtained from Kim et al. (2014, Nat Genet, 46, 270-278), and among the 16 levels of CM334, leaf, Information about the stam, Root, Placenta, PL, and pericarp (PR), information on the greenness (Mature green, MG) and discoloration (Breaker, B) , And the skin and placenta were obtained on the 6th, 16th, and 25th days after greening and discoloration on the 5th and 10th days respectively, and log 2 RPKM values were used. RNA base sequence information of CM334 cultivars inoculated with TMV-P0, TMV-P2, PepMoV (pepper mottle virus) and Phytophthora capsici (Kang et al. 2016, Sci Rep, 6, 33332) and normalized to the negative control value of the pathogens and then converted to log 2 RPKM (reads per kilobase million). The heat map was created by using the heat-map package (http://bioconductor.org/).

실시예Example 1.  One. CaLOPCaLOP 유전자의 동정 및 구조분석 Identification and structural analysis of genes

CaLOP 유전자의 전체 서열을 이용하여 단백질 수준에서의 유전자 비교분석을 수행하였다. 그 결과, CaLOP 유전자는 CaTin1 유전자와의 96%의 커버율(Query cover)을 가지고 있으며, 62%의 유사성을 가지고 있는 것을 확인하였다. CaLOP 유전자는 기존에 보고된 CaTin1 -2 유전자와 84%의 커버율을 가지고 99%의 유사성을 가지고 있는 것을 확인하였다. 이를 통해, 상기 두 유전자는 상동성은 높으나 다른 유전자라는 것을 확인할 수 있었다(도 1A). 또한, CaLOP 유전자의 서열을 스마트를 이용하여 구조분석을 한 결과, 뉴클레오타이드 서열의 53번째에서 130번째 뉴클레오타이드 서열까지 SP(signal peptide)가 존재하였으며, 151번째에서 532번째 구간까지 PLAT/LH2(Polycystin-1, Lipoxygenase, Alpha-Toxin/Lipoxygenase homology)가 존재하였다. 이들의 CDS 구간만을 이용하여 분석하였을 때, 1번째에서 26번째 구간까지 SP가 존재하였고, 33번째에서 160번째까지 PLAT/LH2 구조가 존재하였다(도 1B). CaLOP 유전자의 구조에서 PLAT/LH2 구조를 가지고 있는 것으로 보아 CaLOP 유전자는 잠재적인 리폭시게나아제(lipoxigenase)의 역할을 하는 단백질로 예측되었다. 따라서 CaLOP 유전자를 고추의 리폭시게나아제 유사성 단백질이라 하여 CaLOP(Capsicum annuum lipoxgenase homology protein)로 명명하였다. 또한, CaLOP 유전자의 생육과 발달에 관련된 기능분석을 위해, 동종상동성(Paralog)의 CaTin1 -2 유전자도 본 발명의 분석에 함께 사용하였다. CaLOP A gene comparison analysis at the protein level was performed using the entire sequence of the gene. As a result, CaLOP It was confirmed that the gene had a 96% coverage with the CaTi n1 gene and 62% similarity. CaLOP Gene was confirmed to have the gene and CaTin1 -2 keobeoyul of 84% previously reported to have a 99% similarity. As a result, it was confirmed that the two genes are highly homologous but different from each other (FIG. 1A). The structure of CaLOP gene was analyzed by using a smart. As a result, SP (signal peptide) was present from the 53rd nucleotide sequence to the 130th nucleotide sequence of the nucleotide sequence, and PLAT / LH2 (Polycystin- 1, Lipoxygenase, Alpha-Toxin / Lipoxygenase homology). When analyzed using only the CDS interval, SP was present from the 1st to 26th intervals, and the PLAT / LH2 structure was present from the 33rd to the 160th (FIG. 1B). The CaLOP gene has a PLAT / LH2 structure in the structure of the CaLOP gene, which is predicted to be a potential lipoxygenase. Therefore, CaLOP The gene was called lipoxygenase analogue protein of pepper and was named CaLOP ( Capsicum annuum lipoxgenase homology protein). Also, for functional analysis related to the growth and development of gene CaLOP, CaTin1 -2 gene of the same homologous (Paralog) was also used with the analysis of the present invention.

또한, CaLOPCaTin1 유전자를 이용하여 블라스트(Blast)를 수행하였다. 그 결과, 감자(Solanum tuberosum; Sotub03g021410, Sotub03g021420), 담배(Nicotiana sylbestris; Niben101Scf05326g00010 .1, Niben101Scf05326g00012 .1), 토마토(Solanum lycopersicum; Solyc03g096540, Solyc03g096550), 벼(Oryza sativa Japonica Group; Os02g51710) 및 애기장대(Arabidopsis thaliana; AT2G22170)에서 유사한 유전자들을 확인하였다. 벼와 애기장대의 경우, 상기 CaLOPCaTin1 유전자와 상동성이 높은 유전자인 Os02g51710 AT2G22170가 각각 하나씩 확인되었으며, 이들 유전자들을 CaLOP 유전자 동일하게 모두 SP 및 PLAT/LH2 도메인 구조를 가지고 있었으며, 단백질 서열의 상동성이 높은 것을 확인하였다. 계통도 분석(Phylogenetic analysis)을 통해 진화분석을 수행한 결과, 도 2에 개시한 바와 같이 총 3개의 그룹으로 볼 수 있었으며, 가지과 내에서는 CaLOP 유전자와 CaTin1 유전자를 중심으로 2개의 그룹으로 나뉘었다. CaLOP 유전자와 CaTin1 -2, Sotub03g021420, Solyc03g096540 Niben101Scf05326g00010 .1 유전자가 한 그룹으로 묶였으며, CaTin1 유전자와 Sotub03g021410, Solyc03g096550 Niben101Scf05326g00012.1 유전자가 다른 한 그룹으로 그룹핑되었다. 또한, 벼와 애기장대에서 확인된 Os02g51710AT2G22170 유전자는 가지과와 다른 그룹을 형성하는 것을 확인할 수 있었다(도 2).
In addition, CaLOP and CaTin1 Blast was performed using the gene. As a result, potatoes ( Solanum tuberosum ; Sotub03g021410 , Sotub03g021420 ), tobacco ( Nicotiana sylbestris ; Niben101Scf05326g00010 .1, Niben101Scf05326g00012 .1), tomato (Solanum lycopersicum; Solyc03g096540, Solyc03g096550) , rice (Oryza sativa Japonica Group; Os02g51710) and Arabidopsis (Arabidopsis thaliana ; AT2G22170 ). In the case of rice and Arabidopsis, the CaLOP and CaTin1 OsO2g51710, a gene having high homology with the gene And AT2G22170 , respectively, and these genes were cloned into CaLOP All of the genes had SP and PLAT / LH2 domain structure, and homology of the protein sequence was confirmed to be high. As a result of evolutionary analysis through phylogenetic analysis, as shown in Fig. 2, the total of three groups were observed. In the branching , CaLOP gene and CaTin1 The genes were divided into two groups. CaLOP gene CaTin1 -2, Sotub03g021420, Solyc03g096540 And Niben101Scf05326g00010 .1 gene was tied to a group, CaTin1 gene Sotub03g021410, Solyc03g096550 And the Niben101Scf05326g00012.1 gene were grouped into another group. In addition, OsO2g51710 and AT2G22170 identified in rice and Arabidopsis thaliana It was confirmed that the gene forms a different group from the branch (Fig. 2).

실시예Example 2.  2. CaLOPCaLOP 유전자의Gene 발현패턴 분석Analysis of expression patterns

본 실시예 2에서는 본 발명의 CaLOP 유전자와 비교대조군인 CaTin1 유전자의 식물체 조직별 발현패턴을 분석하였다. 그 결과, 도 3에 개시한 바와 같이 상기 두 유전자는 비슷한 발현 패턴을 보였으며, 뿌리에서 가장 높게 발현이 나타났으며, 개화 후 6일, 16일 및 25일의 과피(PL_6DPA, PL_16DPA 및 PL_25DPA)에서 발현이 높게 나타났다. 반면에, 과실의 녹색기를 포함한 변색기(PL_MG, PL_B, PL_B5, PR_MG, PR_B 및 PR_B5)의 과정에서 발현이 낮게 나타나는 것을 확인하였다(도 3). In Example 2, expression patterns of the CaLOP gene of the present invention and the CaTin1 gene as a control group were analyzed. As a result, as shown in Fig. 3, the two genes showed similar expression pattern, the highest expression was observed in the root, and the periplasm (PL_6DPA, PL_16DPA and PL_25DPA) of 6 days, , Respectively. On the other hand, it was confirmed that the expression was low in the course of discoloration machines (PL_MG, PL_B, PL_B5, PR_MG, PR_B, and PR_B5) including the green color of the fruit (FIG.

본 발명에서 사용된 TMV-P0(tobacco mosaic virus-P0)는 저항성 반응을 나타내고, TMV-P2는 감수성 반응을 나타낸다. CM334 품종에 대해 TMV-P0를 접종한 후의 발현패턴을 확인한 결과, TMV-P0 바이러스 접종 후 4시간째 이후로부터 CaLOPCaTin1 유전자 모두 발현이 점차 증가하는 것을 확인할 수 있었다(도 4A). 또한, TMV-P2 바이러스 접종 후 0.5시간째에 CaLOP 유전자의 발현이 나타나기 시작했으며, 두 유전자 모두 바이러스 접종 후 4시간째에 발현이 가장 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있었으나, 24시간 이후부터 두 유전자 모두 발현이 약해지는 것을 확인할 수 있었다(도 4B).TMV-P0 (tobacco mosaic virus-P0) used in the present invention shows a resistance reaction, and TMV-P2 shows a sensitivity reaction. As a result of confirming the expression pattern after inoculation of TMV-P0 against CM334 cultivars, it was confirmed that the expression of CaLOP and CaTin1 gene gradually increased from 4 hours after TMV-P0 virus inoculation (FIG. 4A). In addition, the expression of CaLOP gene began to appear 0.5 hour after the inoculation of TMV-P2 virus, and both genes showed the strongest expression at 4 hours after the inoculation of virus. However, (Fig. 4B).

또한, PepMoV(pepper mottle virus)에 대한 발현 패턴에서, 바이러스 접종 후 4시간째에 CaLOPCaTin1 유전자 모두 발현이 강하게 나타났다가 24시간 이후부터 약해지는 것을 확인할 수 있었으며, 다시 48시간 이후로 발현이 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(도 4C). 고추역병 원인균(Phytophthora capsici)에 대한 유전자의 발현을 분석결과, 고추역병 원인균 접종 후 4시간 이후부터 CaLOPCaTin1 유전자 모두 발현 정도가 증가하였지만 CaTin1 유전자의 경우, 고추역병 접종 48시간 이후에는 발현 정도가 크게 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 반면에, CaLOP 유전의 경우 48시간 이후에도 발현량이 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(도 4D).
In addition, in the expression pattern for PepMoV (pepper mottle virus), expression of CaLOP and CaTin1 gene was strongly observed at 4 hours after the inoculation of virus, and it became weak from 24 hours after the virus inoculation. (Fig. 4C). Phytophthora As a result, the expression level of both CaLOP and CaTin1 genes increased from 4 hours after inoculation with P. aeruginosa. However, the expression level of CaTin1 gene decreased significantly after 48 hours of inoculation with pepper there was. On the other hand, the CaLOP gene showed strong expression even after 48 hours (FIG. 4D).

실시예Example 3.  3. CaLOPCaLOP 유전자의 침묵에 의한 식물체의 표현형 분석Phenotypic analysis of plants by gene silencing

본 실시예 3에서는 CaLOP 유전자의 기능을 분석하기 위해, VIGS를 통해 CaTin1CaLOP 유전자 침묵을 유도하여 대조군(TRV-GFP)과 비교 분석하였다. VIGS에 사용된 벡터에 삽입된 유전자 침묵구간은 유전자들의 N-말단(N-terminal) 구간을 사용하였으며(도 5), VIGS(virus-induced gene silencing) 후 5주째에, 대조군(TRV-GFP)과 CaTin1 유전자가 침묵된 식물체(TRV-CaTin1)의 표현형을 비교하였을 때, 표현형의 차이는 보이지 않았지만 CaLOP 유전자가 침묵된 식물체(TRV-CaLOP)의 경우, 초기 생육 단계에서 고사, 초장의 단축, 잎의 변형과 함께 초장이 줄어드는 3가지의 표현형이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 초장을 비교하였을 때, CaLOP 유전자가 침묵된 식물체는 대조군(TRV-GFP)과 비교하여 초장이 평균 7.8㎝가 줄어든 것을 확인할 수 있었다(도 6A). 이후 RT-PCR 분석을 통해, 상기 CaTin1 CaLOP 유전자의 발현 양상을 확인한 결과, CaTin1 유전자가 침묵된 식물체와 CaLOP 유전자가 침묵된 식물체에서 각각의 유전자의 발현이 줄어든 것을 통해 유전자 침묵현상이 일어난 것을 확인할 수 있었으며(도 6B), 반복 실험을 통해, CaLOP 유전자의 발현 억제를 통해 식물체의 생육 및 발달의 변화 양상을 확인할 수 있었다. In the third embodiment it was compared with the control group (TRV-GFP) in order to analyze the function of CaLOP gene, by inducing the CaTin1 CaLOP and gene silencing via VIGS. The gene silencing interval inserted in the vector used in VIGS was used in the N-terminal region of the genes (Fig. 5). At 5 weeks after virus-induced gene silencing (VIGS), the control (TRV-GFP) (TRV-CaTin1) and the CaTin1 gene-silenced plants (TRV-CaTin1) showed no phenotypic differences. However, in the case of the plant with the CaLOP gene silenced (TRV-CaLOP) And 3 kinds of phenotypes were observed. In addition, when the plant lengths were compared, it was confirmed that plants with silenced CaLOP gene had an average 7.8 cm of plant height reduced compared to the control (TRV-GFP) (Fig. 6A). Through RT-PCR analysis, the CaTin1 And CaLOP As a result of the expression pattern of the gene, CaTin1 gene silenced plant and CaLOP (FIG. 6B), and it was confirmed through repeated experiments that changes in the growth and development of plants were inhibited by inhibiting the expression of CaLOP gene I could confirm.

또한, CaLOP 유전자가 침묵된 식물체 전체 135개체 중에서 27개체(20%)의 식물체는 CaLOP 유전자 발현이 억제되면서 초기 생육 단계에서 고사하였고, 33개체(24%)의 식물체는 대조군(TRV-GFP)과 비교하였을 때 초장이 유의하게 감소된 것을 확인할 수 있었다. 나머지 75개체(56%)에서는 대조군(TRV-GFP)에 대비하여 초장이 유의하게 감소되고 잎의 모양이 변형되는 것을 확인할 수 있었다(도 7A). 식물체의 엽면적을 측정한 결과, VIGS 5주차 식물체의 엽면적에서 대조군(TRV-GFP)은 평균 11.1㎠, CaTin1 유전자가 침묵된 식물체에서는 8.5㎠, CaLOP 유전자가 침묵된 식물체에서는 0.9㎠으로, 대조군보다 CaTin1 유전자가 침묵된 식물체는 2.6㎠, CaLOP 유전자가 침묵된 식물체에서는 10.2㎠가 감소된 것을 확인할 수 있었다(도 7B). 또한, 초장을 측정한 결과, 대조군(TRV-GFP)은 평균 11.3㎝이며, CaTin1 유전자가 침묵된 식물체의 초장은 11.1㎝로 확인되어 대조군과 비교하였을 때 유의한 차이를 보이지 않은 반면, CaLOP 유전자가 침묵된 식물체에서는 평균 3.5㎝로 대조군과 비교하였을 때 초장이 평균 7.8㎝ 더 감소된 것을 확인할 수 있었다(도 7C). 이러한 결과들을 통해 CaLOP 유전자는 CaTin1 유전자와 달리 식물의 생육과 발달에 핵심적인 기능을 수행한다는 것을 확인할 수 있다. Further, CaLOP Twenty-seven (20%) plants out of 135 silent plants were killed at the early stage of development with inhibition of CaLOP gene expression and 33 plants (24%) were compared to the control (TRV-GFP) And the plant height was significantly decreased. In the remaining 75 individuals (56%), the plant height was significantly reduced compared to the control (TRV-GFP) and the leaf shape was changed (Fig. 7A). As a result of measuring the leaf area of the plants, the average level of the control (TRV-GFP) was 11.1 cm 2 in the leaf area of the VIGS 5th plant, 8.5 cm 2 in the plant in which the CaTin 1 gene was silenced, The plant is genetically CaLOP silence 0.9㎠, the plant with a gene than control CaTin1 silent 2.6㎠, the plant CaLOP gene silencing could be confirmed that the 10.2㎠ decreases (Fig. 7B). In addition, the plant height was 11.1 cm in the control group (TRV-GFP) and 11.3 cm in the control group, and the CaTin1 gene was silenced . In the silent plants, the mean length was 3.5 cm, and the plant height was decreased by an average of 7.8 cm when compared with the control group (FIG. 7C). These results suggest that the CaLOP gene is CaTin1 Unlike genes, it can be seen that it plays a key role in plant growth and development.

<110> INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION GYEONGSANG NATIONAL UNIVERSITY <120> CaLOP gene from Capsicum annuum regulating growth, development and disease resistance of plant and uses thereof <130> PN16411 <160> 6 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 555 <212> DNA <213> Capsicum annuum <400> 1 atgggagtag ctcaggttaa ccaattttgg ttccatctca tgttcatcct tctctccgcc 60 tcgatttctt caatttcggg agatgaaaca aataattgta tctacacagc ttatgtccga 120 actgggccat tcgacgagga tgcaactgac tcaaaaatca ccttaactct gtatgatgcg 180 agtggtcatg gaattagaat caacaaccta gtgacttggg gtgggcttat gggcaaaggt 240 tacaactact ttgaaaggga aaacttggat atgttcagtg ggaagggccc ctgtttgaat 300 gggaccatat gcaaaatggt cttggcttct gatggtacag gccgaaacca tgaatggttc 360 tgtaactacg tggaagtcac ttctacagga gcccacaaac gatgcagcca acaactgttc 420 accgtggatc agtggcttag caccaatcgt tcaccgtatc agctctccgc caccaggaac 480 aactgtcggc gtatgtccga tgagcaacag cccctttacg attcagaatc aaatcatgtt 540 gttgatgtta tttga 555 <210> 2 <211> 184 <212> PRT <213> Capsicum annuum <400> 2 Met Gly Val Ala Gln Val Asn Gln Phe Trp Phe His Leu Met Phe Ile 1 5 10 15 Leu Leu Ser Ala Ser Ile Ser Ser Ile Ser Gly Asp Glu Thr Asn Asn 20 25 30 Cys Ile Tyr Thr Ala Tyr Val Arg Thr Gly Pro Phe Asp Glu Asp Ala 35 40 45 Thr Asp Ser Lys Ile Thr Leu Thr Leu Tyr Asp Ala Ser Gly His Gly 50 55 60 Ile Arg Ile Asn Asn Leu Val Thr Trp Gly Gly Leu Met Gly Lys Gly 65 70 75 80 Tyr Asn Tyr Phe Glu Arg Glu Asn Leu Asp Met Phe Ser Gly Lys Gly 85 90 95 Pro Cys Leu Asn Gly Thr Ile Cys Lys Met Val Leu Ala Ser Asp Gly 100 105 110 Thr Gly Arg Asn His Glu Trp Phe Cys Asn Tyr Val Glu Val Thr Ser 115 120 125 Thr Gly Ala His Lys Arg Cys Ser Gln Gln Leu Phe Thr Val Asp Gln 130 135 140 Trp Leu Ser Thr Asn Arg Ser Pro Tyr Gln Leu Ser Ala Thr Arg Asn 145 150 155 160 Asn Cys Arg Arg Met Ser Asp Glu Gln Gln Pro Leu Tyr Asp Ser Glu 165 170 175 Ser Asn His Val Val Asp Val Ile 180 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ggcagtggtt acgactactt 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 catgatagga ctgaggatcg 20 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 actgccatgg gagtagctca ggt 23 <210> 6 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 gcctacacaa atgatgagat aacgt 25 <110> INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION GYEONGSANG NATIONAL UNIVERSITY <120> CaLOP gene from Capsicum annuum regulating growth, development          and disease resistance of plants and uses thereof <130> PN16411 <160> 6 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 555 <212> DNA <213> Capsicum annuum <400> 1 atgggagtag ctcaggttaa ccaattttgg ttccatctca tgttcatcct tctctccgcc 60 tcgatttctt caatttcggg agatgaaaca aataattgta tctacacagc ttatgtccga 120 actgggccat tcgacgagga tgcaactgac tcaaaaatca ccttaactct gtatgatgcg 180 agtggtcatg gaattagaat caacaaccta gtgacttggg gtgggcttat gggcaaaggt 240 tacaactact ttgaaaggga aaacttggat atgttcagtg ggaagggccc ctgtttgaat 300 gggaccatat gcaaaatggt cttggcttct gatggtacag gccgaaacca tgaatggttc 360 tgtaactacg tggaagtcac ttctacagga gcccacaaac gatgcagcca acaactgttc 420 accgtggatc agtggcttag caccaatcgt tcaccgtatc agctctccgc caccaggaac 480 aactgtcggc gtatgtccga tgagcaacag cccctttacg attcagaatc aaatcatgtt 540 gttgatgtta tttga 555 <210> 2 <211> 184 <212> PRT <213> Capsicum annuum <400> 2 Met Gly Val Ala Gln Val Asn Gln Phe Trp Phe His Leu Met Phe Ile   1 5 10 15 Leu Leu Ser Ale Ser Ser Ser Ser Ser Ser Asp Glu Thr Asn Asn              20 25 30 Cys Ile Tyr Thr Ala Tyr Val Arg Thr Gly Pro Phe Asp Glu Asp Ala          35 40 45 Thr Asp Ser Lys Ile Thr Leu Thr Leu Tyr Asp Ala Ser Gly His Gly      50 55 60 Ile Arg Ile Asn Asn Leu Val Thr Trp Gly Gly Leu Met Gly Lys Gly  65 70 75 80 Tyr Asn Tyr Phe Glu Arg Glu Asn Leu Asp Met Phe Ser Gly Lys Gly                  85 90 95 Pro Cys Leu Asn Gly Thr Ile Cys Lys Met Val Leu Ala Ser Asp Gly             100 105 110 Thr Gly Arg Asn His Glu Trp Phe Cys Asn Tyr Val Glu Val Thr Ser         115 120 125 Thr Gly Ala His Lys Arg Cys Ser Gln Gln Leu Phe Thr Val Asp Gln     130 135 140 Trp Leu Ser Thr Asn Arg Ser Ser Pro Thyr Gn Leu Ser Ala Thr Arg Asn 145 150 155 160 Asn Cys Arg Arg Met Ser Asp Glu Gln Gln Pro Leu Tyr Asp Ser Glu                 165 170 175 Ser Asn His Val Val Asp Val Ile             180 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ggcagtggtt acgactactt 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 catgatagga ctgaggatcg 20 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 actgccatgg gagtagctca ggt 23 <210> 6 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 gcctacacaa atgatgagat aacgt 25

Claims (8)

서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 CaLOP 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는 식물체의 생장 및 발달을 조절하는 방법.Comprising the step of transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding CaLOP ( Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) protein derived from pepper comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 to regulate the expression of CaLOP gene And methods of regulating development. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 CaLOP 유전자 발현을 저해시켜 야생형 식물체에 비해 식물체의 생장 및 발달을 감소시키는 것을 특징으로 하는 식물체의 생장 및 발달을 조절하는 방법.The method according to claim 1, wherein the growth and development of the plant are inhibited by inhibiting the expression of the CaLOP gene. 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 식물체의 생장 및 발달이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법.
Transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a gene encoding a Capsicum annuum lipoxygenase homology protein (CaLOP) derived from pepper consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; And
And regenerating the plant from the transformed plant cell. The method for producing a transgenic plant having regulated plant growth and development.
제4항에 있어서, 상기 CaLOP 유전자 발현을 저해시켜 야생형 식물체에 비해 식물체의 생장 및 발달을 감소시키는 것을 특징으로 하는 식물체의 생장 및 발달이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법.[Claim 5] The method according to claim 4, wherein the growth and development of the plant are inhibited by inhibiting the expression of the CaLOP gene, compared to the wild type plant. 제4항 또는 제5항의 방법에 의해 제조된 식물체의 생장 및 발달이 조절된 형질전환 식물체.A transgenic plant having controlled growth and development of a plant produced by the method of claim 4 or 5. 제6항의 식물체의 형질전환된 종자.A transformed seed of a plant according to claim 6. 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 고추 유래의 CaLOP(Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) 단백질을 코딩하는 유전자를 유효성분으로 함유하는 식물체의 생장 및 발달 조절용 조성물.A composition for regulating the growth and development of a plant, which comprises, as an active ingredient, a gene coding for CaLOP ( Capsicum annuum lipoxygenase homology protein) protein derived from pepper consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
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