KR101884535B1 - Preparation method of male sterility rice using OspPGM gene, composition for inducing male sterility of rice and male sterility rice - Google Patents

Preparation method of male sterility rice using OspPGM gene, composition for inducing male sterility of rice and male sterility rice Download PDF

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Abstract

본 발명은 OspPGM 유전자를 이용한 웅성불임 벼의 제조방법, 벼의 웅성불임 유도용 조성물 및 웅성불임 벼에 관한 것이다. 구체적으로는 벼에서 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는 웅성불임 벼의 제조방법, 모본인 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼(T1) 및 부본인 웅성 가임의 벼(T1)와 교배시키는 단계를 추가로 포함하는 웅성불임 계통 벼(T2)의 제조방법, OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는 벼의 웅성불임 유도용 조성물, OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 벼, OspPGM 유전자 발현여부를 판단하는 단계를 포함하는 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법, OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 계통 벼에서, OspPGM 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 벼의 임성 회복 방법, 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자를 포함하는 벼의 임성 회복용 조성물, 및 후보물질을 처리한 벼에서 OspPGM 유전자의 발현량을 측정하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도제의 스크리닝 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 웅성불임 벼의 제조방법은 벼에서 발현하는 유전자인 OspPGM 유전자의 발현을 억제하여 웅성불임 벼를 제조하는 것이 가능하다. 이를 통해 웅성불임 벼를 유도하는 것이 가능하며, 웅성불임 벼의 제조가 가능한 신규 유전자를 발견하였기 때문에 보다 다양한 방법으로 웅성불임 벼를 생산하는 것이 가능하게 되었다.
The present invention relates to a method for producing male sterile rice using OspPGM gene, a composition for inducing male sterility of rice, and male sterile rice. Specifically, in rice, OspPGM A method for producing male sterile rice comprising the step of inhibiting the expression of a gene, a step of crossing the expression of the parent OspPGM gene with a rice (T1) inhibited in expression of the OspPGM gene and a parental male germ (T1) comprising the step of determining whether sterility system rice (T2) method, a composition for male sterility induced in rice containing formulation for inhibiting the expression of OspPGM gene, the male sterile rice plants expressing the suppression of OspPGM gene, OspPGM gene expression A method for confirming the male sterility of a rice plant, a method for recovering rice fertility including a step of overexpressing the OspPGM gene in a male sterile rice plant in which the expression of OspPGM gene is inhibited, a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 , rice plant comprising the steps consisting of measuring the expression level of the gene in fertility OspPGM composition for recovery, and processing the candidate rice in rice comprising the gene OspPGM It relates to a method for screening of male sterility-inducing agent.
The method for producing male sterile rice according to the present invention can suppress the expression of the OspPGM gene, which is a gene expressed in rice, to produce male sterile rice. It is possible to induce male sterile rice, and it has become possible to produce male sterile rice by a variety of methods because it has found a new gene that can produce male sterile rice.

Description

OspPGM 유전자를 이용한 웅성불임 벼의 제조방법, 벼의 웅성불임 유도용 조성물 및 웅성불임 벼{Preparation method of male sterility rice using OspPGM gene, composition for inducing male sterility of rice and male sterility rice} The present invention relates to a method for producing male sterile rice using OspPGM gene, a composition for inducing male sterility in rice and a method for inducing male sterility of rice and male sterility rice,

본 발명은 OspPGM 유전자를 이용한 웅성불임 벼의 제조방법, 벼의 웅성불임 유도용 조성물 및 웅성불임 벼에 관한 것이다. 구체적으로는 벼에서 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는 웅성불임 벼의 제조방법, 모본인 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼(T1) 및 부본인 웅성 가임의 벼(T1)와 교배시키는 단계를 추가로 포함하는 웅성불임 계통 벼(T2)의 제조방법, OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는 벼의 웅성불임 유도용 조성물, OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 벼, OspPGM 유전자 발현여부를 판단하는 단계를 포함하는 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법, OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 계통 벼에서, OspPGM 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 벼의 임성 회복 방법, 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자를 포함하는 벼의 임성 회복용 조성물, 및 후보물질을 처리한 벼에서 OspPGM 유전자의 발현량을 측정하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도제의 스크리닝 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing male sterile rice using OspPGM gene, a composition for inducing male sterility of rice, and male sterile rice. Specifically, the present invention relates to a method for producing male sterile rice, which comprises the step of inhibiting the expression of the OspPGM gene in rice, the step of crossing with the rice (T1) inhibiting the expression of the OspPGM gene and the rice (T1) whether the additional male sterile lines of rice (T2) method, OspPGM composition for male sterility induced in rice containing formulation for inhibiting the expression of the gene, the expression suppressing male sterile rice of OspPGM gene, OspPGM gene expression comprising A method for confirming the male sterility of rice including the step of overexpressing the OspPGM gene in a male sterile rice plant in which expression of the OspPGM gene is inhibited, a method for recovering the fertility of rice, a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 the composition for fertility restoration in rice comprising the OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by, and the candidates in the treatment of rice plant material the expression level of the gene OspPGM side Relates to a screening method of the step, male sterility-inducing agent of rice containing a.

벼는 국내는 물론 전 세계의 3분의 1 이상의 나라에서 주식으로 삼고 있는 쌀의 생산식물로서 경제적으로 중요한 농작물 중 하나이다. 이 작물의 생산량 증대를 위해 웅성불임 도입을 통한 F1 하이브리드 생산은 모든 세계 연구자가 주목하고 있는 기술개발이다. 벼에서도 세포질 웅성불임(CMS) 방식이 가능하나 생산비용이나 실제 이용면에서는 현실적이지 못하고 유전자 조작에 의한 웅성불임 형질전환체 개발 방식에는 타페튬(tapetum) 특이적 프로모터를 이용하면서 외부 독성유전자(박테리아 또는 식물체 유전자)를 이용하여 선택적인 수술 조직의 사멸을 유도함으로써 웅성불임을 만드는 방법이 이용되고 있다.Rice is a production plant of rice, which is a stock of rice in more than one third of the world, as well as in the world. It is one of economically important crops. To increase the production of this crop, F1 hybrid production through the introduction of male fertility is a technology development that all world researchers are paying attention to. Although it is possible to use CMS method in rice, it is not realistic in terms of production cost or practical use. In addition, a method of developing a male sterile transformant by genetic manipulation uses an external tapetum-specific promoter, Or plant genes) to induce the death of selective surgical tissues to produce male sterility.

수술은 꽃 식물의 웅성 생식기관으로 타페튬, 엔도세시움(endothecium), 결합조직, 관다발 조직 등의 다수 조직으로 구성되며 꽃가루의 생산을 담당한다. 수술의 발달과정은 수술의 형태가 확립되고 마이크로스포어(microspore) 모세포가 감수분열하여 테트라드의 마이크로스포어를 형성하는 제1기와, 꽃가루와 수술이 분화되고 조직 퇴화, 열개(dehiscence) 및 꽃가루 방출이 일어나는 제2기로 구분되는데, 이러한 발달과정에 관여하는 다양한 유전자 중 일부만이 수술에서 발현된다.Surgery is the male reproductive organ of the flowering plant, which is composed of many tissues such as tapeworm, endothecium, connective tissue, and vascular tissue and is responsible for the production of pollen. The developmental process of surgery is the first stage in which the shape of the surgery is established and the microspore cells divide and divide to form the microspore of the tetrad, and the first stage in which pollen and surgery are differentiated, and tissue degeneration, dehiscence, And the second stage, in which only a few of the genes involved in this development are expressed in the surgery.

그 예로서 대한민국 공개특허 제2005-0075170호(이하 이를 ‘특허문헌 1’이라 칭함)는 ‘벼 수술 특이적 발현 시스테인 프로테아제 유전자, 상기 유전자의 수술 특이적 발현 프로모터, 상기 유전자의 발현 억제를 이용한 웅성불임 도입벼의 생산방법’에 관한 것이다. 상기 특허문헌 1에서는 시스테인 프로테아제 유전자가 수술 특이적으로 발현됨에 관한 내용이 개시되어 있으며, 이로 인해 상기 시스테인 프로테아제 유전자를 이용하여 웅성불임 벼의 제조가 가능함이 개시되어 있다. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0075170 (hereinafter referred to as "Patent Document 1") discloses a rice expression-specific expression cysteine protease gene, a surgical specific expression promoter of the gene, And a method for producing infertile-introduced rice. Patent Document 1 discloses that a cysteine protease gene is expressed in a specific manner, and thus it is disclosed that male sterile rice can be produced using the cysteine protease gene.

또한 대한민국 공개특허 제2009-0069397호(이하 이를 ‘특허문헌 2’라 칭함)는 ‘불투명 심백배유 발현과 웅성불임을 유발시키는 다면발현성을 갖는 식물체의 UGPase1 유전자’에 관한 것이다. 상기 특허문헌 2에서는 UGPase1 유전자가 벼의 웅성불임에 관여하는 내용이 개시되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0069397 (hereinafter referred to as "Patent Document 2") relates to a UGPase1 gene of a plant having multiple expression, which induces opacity 100-fold expression and male sterility. In Patent Document 2, the UGPase1 gene is involved in the male sterility of rice.

이러한 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 유전자 이외에도 많은 유전자가 벼에서 발현될 것으로 예상되나, 이에 관여하는 유전자는 아직 소수의 유전자만이 발견된 실정이다. 보다 다양한 유전자가 벼에서 발현됨을 발견하고, 이를 벼의 웅성불임에 도입하는 것이 가능함에도 불구하고, 이에 관한 연구는 현재 많이 부족한 실정이다. In addition to the genes disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, many genes are expected to be expressed in rice. However, only a small number of genes have been found to be involved in the genes. Despite the fact that it is possible to introduce more diverse genes into rice, and to introduce them into male sterility of rice, the research on this is still insufficient.

이러한 배경 하에, 본 발명자들은 벼에서 발현하는 유전자를 발견하고, 이를 웅성불임에 도입하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 화분 발달에 관여하는 OspPGM 유전자를 확인하고, 이를 이용하여 웅성불임이 유도된 벼를 제조하는 것이 가능함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Under these circumstances , the inventors of the present invention discovered a gene expressing in rice, and tried to put it into male sterility. As a result, OspPGM gene involved in pollen development was identified and used to produce male sterile induced rice The present invention has been completed.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허 제2005-0075170호Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 2005-0075170 특허문헌 2: 대한민국 공개특허 제2009-0069397호Patent Document 2: Korean Patent Publication No. 2009-0069397

본 발명의 주된 목적은 벼에서 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는 웅성불임 벼의 제조방법을 제공하는 것이다. The main object of the present invention is to provide a method for producing male sterile rice comprising the step of inhibiting the expression of the OspPGM gene in rice.

본 발명의 다른 목적은 모본인 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼(T1), 및 부본인 웅성 가임의 벼(T1)와 교배시키는 단계를 추가로 포함하는 웅성불임 계통 벼(T2)의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing a male sterile rice (T2), which further comprises a step of crossing with a rice (T1) inhibiting the expression of the parent OspPGM gene and a rice (T1) .

본 발명의 또 다른 목적은 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는 벼의 웅성불임 유도용 조성물을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a composition for inducing male sterility of rice comprising an agent for inhibiting the expression of OspPGM gene.

본 발명의 또 다른 목적은 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 벼를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide male sterile rice in which the expression of the OspPGM gene is suppressed.

본 발명의 또 다른 목적은 OspPGM 유전자 발현여부를 판단하는 단계를 포함하는 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for identifying the male sterility of rice including the step of determining the expression of OspPGM gene.

본 발명의 또 다른 목적은 OspPGM 유전자의 mRNA 또는 단백질 수준을 측정하는 제제를 포함하는 벼의 웅성 불임성 확인용 조성물을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a composition for identifying male sterility of rice including an agent for measuring mRNA or protein level of OspPGM gene.

본 발명의 또 다른 목적은 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 계통 벼에서, OspPGM 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 벼의 임성 회복 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for regenerating rice fertility comprising overexpressing the OspPGM gene in a male sterile rice plant in which the expression of the OspPGM gene is inhibited.

본 발명의 또 다른 목적은 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자를 포함하는 벼의 임성 회복용 조성물을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a composition for restoring rice fertility comprising an OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO:

본 발명의 또 다른 목적은 후보물질을 처리한 벼에서 OspPGM 유전자의 발현량을 측정하는 단계를 포함하는 벼의 웅성불임 유도제의 스크리닝 방법을 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a method for screening a male sterility inducer of rice, comprising the step of measuring the expression level of OspPGM gene in rice treated with a candidate substance.

본 발명자들은 웅성불임이 유도된 벼를 제조하기 위하여 다양한 연구를 수행하던 중, OspPGM 이 화분 발달에 관여하는 유전자임을 확인하고, OspPGM 유전자의 발현을 억제하여 웅성불임 벼를 제조할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다. The inventors of the present invention confirmed that OspPGM is a gene involved in pollen development while performing various studies to produce male sterile induced rice and confirmed that male sterile rice can be produced by inhibiting the expression of OspPGM gene Thus completing the present invention.

이처럼 벼에서 OspPGM 유전자의 발현을 억제하여 웅성불임 벼의 제조가 가능하다는 사실은 지금까지 전혀 알려지지 않았고, 본 발명자에 의하여 최초로 규명되었다. The fact that the expression of OspPGM gene in rice is suppressed and the production of male sterile rice is possible has not been known until now, and it has been clarified for the first time by the present inventor.

상기의 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 벼에서 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는, 웅성불임 벼의 제조방법을 제공한다. In one aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing male sterile rice, comprising the step of inhibiting the expression of the OspPGM gene in rice.

상기 웅성불임 벼의 제조방법은 벼에서 OspPGM 유전자의 발현을 억제시켜 화분 생성양을 감소시켜 벼의 웅성불임을 유도하는 것이다. The method for producing male sterile rice is to inhibit the expression of OspPGM gene in rice and reduce the amount of pollen production to induce male sterility of rice.

본 발명에서 용어 “벼”는 학명이 Oryza sativa L.이며, 일년생 초본식물이고, 본 발명에서의 벼에는 자포니카(Japonica)형, 인디카(Indica)형 및 자바니카(Javanica)형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The term " rice " in the present invention is Oryza sativa L. and is an annual herbaceous plant. The rice in the present invention is selected from the group consisting of Japonica type, Indica type and Javanica type Lt; / RTI >

본 발명에서 용어, “OspPGM”는 서열번호 1로 표시되는 유전자를 의미할 수 있으나, 이와 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 상기 실질적인 동일성은 서열번호 1의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인(align)하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성, 더욱 구체적으로 70%의 상동성, 더더욱 구체적으로 80%의 상동성, 가장 구체적으로 90%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. 또는 상기 유전자는 서열번호 1의 유전자가 코딩하는 단백질 OspPGM과 실질적으로 동질의 생리활성을 나타내는 단백질을 코딩하는 유전자를 의미할 수 있다.In the present invention, the term " OspPGM " may refer to a gene represented by SEQ ID NO: 1, but may also be interpreted to include sequences showing substantial identity thereto. Said substantial identity aligns the sequences of SEQ ID NO: 1 with any other sequence to the greatest extent of correspondence, and when at least 60% of the sequence identity is analyzed using an algorithm commonly used in the art Homology, more specifically 70% homology, even more specifically 80% homology, most specifically 90% homology. Alternatively, the gene may refer to a gene encoding a protein exhibiting a physiological activity substantially equivalent to the protein OspPGM encoded by the gene of SEQ ID NO: 1.

본 발명에서 용어, “웅성불임”은 웅성기관의 형태적 또는 기능적 이상 때문에 수분, 수정, 종자현상이 이루어지지 않는 현상을 의미하며, 환경적인 일시적 변이로서 발현하는 경우와 유전형질로서 발현하는 경우가 있으나, 본 발명에서의 웅성불임은 유전형질로서 유도되는 것일 수 있다. 특히, 본 발명에서의 웅성불임은 화분 생산에 관여하는 핵의 OspPGM 유전자의 발현을 억제하여 유도되는 것일 수 있다. In the present invention, the term " male sterility " means a phenomenon in which moisture, fertilization, and seed development are not performed due to morphological or functional abnormalities of male organs, and when expressed as an environmental transient mutation or as a genetic trait However, the male sterility in the present invention may be induced as a genetic trait. In particular, male sterility in the present invention may be induced by inhibiting the expression of the nuclear OspPGM gene involved in flowerpot production.

본 발명에서 상기 단계는 OspPGM 유전자의 1 이상의 일부 염기를 치환 또는 결실하여 이루어지는 것일 수 있다. 예를 들어 전장 DNA 중 10%, 구체적으로는 0.01% 이상의 염기를 치환 또는 결실하여 이루어지는 것일 수 있다. In the present invention, the step may be performed by substituting or eliminating one or more bases of the OspPGM gene. For example, 10% of the total DNA, specifically 0.01% or more, of the DNA may be substituted or deleted.

또한 상기 단계는 T-DNA 삽입에 의해 이루어지는 것일 수 있다. 본 발명에서의 T-DNA는 OspPGM 유전자의 인트론 또는 엑손에 삽입되는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 T-DNA 삽입 벼의 T2 자손에 대한 유전자형 분석결과에 따르면 다음 세대에 동일-분리(co-segregation)되며, OspPGM 유전자에 T-DNA가 삽입된 돌연변이체 중 동형접합체를 포함하는 식물은 화분 발달에 있어 전체적으로 심각한 지연을 보이면서 웅성불임 벼가 제조될 수 있다. 즉, 상기 웅성불임 벼는 비정상적인 화분 발달을 보여, 수술이 매우 적은 수의 화분을 포함하고 있을 수 있다. 또한 본 발명에서 상기 T-DNA가 OspPGM 유전자에 삽입되는 위치는 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 구체적인 일 실시예에 의하면 5번째 인트론 또는 10번째 인트론에 삽입되는 것일 수 있다. The step may also be performed by T-DNA insertion. The T-DNA in the present invention may be inserted into the intron or exon of the OspPGM gene. For example, according to the results of genotyping analysis on the T2 progeny of the T-DNA-inserted rice, co-segregation is performed in the next generation, and plants containing a homozygous mutant in which T-DNA is inserted into the OspPGM gene Male sterile rice can be produced with a significant overall delay in pollen development. That is, the male sterile rice plants exhibit abnormal pollen development, and the operation may include a very small number of pollen. In the present invention, the position of insertion of the T-DNA into the OspPGM gene is not particularly limited, and may be inserted into the 5th intron or the 10th intron according to a specific embodiment.

또한 상기 단계는 T-DNA와 같은 식물 게놈내 삽입이 가능한 외래 유전자 외에도, TOS17과 같은 내생 트랜스포존을 이용하거나 엑스레이(X-ray)나 감마레이(gamma-ray) 등을 주사하여 돌연변이를 유발하거나, RNAi 또는 안티센스 방법을 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition to the foreign gene that can be inserted into a plant genome such as T-DNA, the above step may be performed by using an endogenous transposon such as TOS17 or by injecting X-ray or gamma-ray to induce mutation, RNAi, or antisense methods, but are not limited thereto.

일예로, 상기 방법은 모본인 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼, 및 부본인 웅성 가임의 벼와 교배시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이와는 반대로 부본이 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼, 및 모본인 웅성 가임의 벼와 교배시키는 단계를 추가로 포함하게 되면 웅성불임의 벼를 제조할 수 없다. For example, the method may be performed by the parent OspPGM A step of crossing the rice with the suppressed expression of the gene and the rice of the parental male germ can be further included. On the contrary, male fertile rice can not be produced if the replicate further contains a step of crossing the rice with the suppressed expression of the OspPGM gene and the rice of the common male germ.

또한 상기 OspPGM 유전자는 엽록체에 존재하는 것일 수 있다. 따라서 상기 방법은 세포질이 아닌 엽록체에 존재하는 유전자의 기능을 상실시키는 것일 수 있다. The OspPGM gene may also be present in chloroplasts. Thus, the method may be to lose the function of the gene present in the chloroplast but not the cytoplasm.

다른 양태로서, 본 발명은 모본인 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼(T1), 및 부본인 웅성 가임의 벼(T1)와 교배시키는 단계를 포함하는, 웅성불임 계통 벼(T2)의 제조방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for producing male sterile rice (T2) comprising crossing the expression of a parent OspPGM gene with rice (T1) inhibited, and subordinate male gonad (T1) to provide.

상기 모본인 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼(T1)와 부본인 웅성 가임의 벼(T1)를 교배시켜야 웅성불임 계통의 벼(T2)를 제조할 수 있으며, 이와 반대로 부본이 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼(T1)와 모본인 웅성 가임의 벼(T1)를 교배시키는 경우에는 웅성불임 계통의 벼(T2)를 제조할 수 없다. It is possible to produce rice (T2) of male sterile lineage by crossing the rice (T1) with the parent OspPGM gene and the parent rice (T1) with the parent OspPGM gene. On the contrary, the expression of the OspPGM gene Inhibition of rice (T1) with parental male germ (T1) can not produce male sterile rice (T2).

상기 교배에서 교배 방법은 가장 일반적으로 벼 교배 육종에 가장 많이 사용하는 절영법을 이용하여 진행한다. The mating method in the above-mentioned crossing is most commonly carried out by using the most popular method for the crossing breeding.

다른 양태로서, 본 발명은 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도용 조성물을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a composition for inducing male sterility of rice, comprising an agent for inhibiting expression of an OspPGM gene.

상기 제제는 OspPGM 유전자 또는 mRNA에 직접 또는 간접적으로 결합하여 OspPGM 의 발현을 억제할 수 있는 물질을 의미한다.The agent means a substance capable of directly or indirectly binding to OspPGM gene or mRNA and inhibiting the expression of OspPGM.

예를 들어 상기 제제는 OspPGM 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하는 siRNA, shRNA, miRNA, 및 안티센스 올리고뉴클레오티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 siRNA, shRNA, miRNA, 또는 안티센스 올리고뉴클레오티드가 OspPGM 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하여 OspPGM 단백질 합성을 위한 번역을 억제할 수 있다. For example, the agent may be selected from the group consisting of siRNA, shRNA, miRNA, and antisense oligonucleotide that specifically binds to the mRNA of the OspPGM gene, but is not limited thereto. That is, the siRNA, the shRNA, the miRNA, or the antisense oligonucleotide can specifically bind to the mRNA of the OspPGM gene to inhibit translation for OspPGM protein synthesis.

다른 양태로서, 본 발명은 OspPGM 유전자의 발현이 억제된, 웅성불임 벼를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a male sterile rice in which the expression of the OspPGM gene is suppressed.

상기 벼는 자포니카(Japonica)형, 인디카(Indica)형 및 자바니카(Javanica)형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며 모든 벼 품종에 적용 가능하다. The rice may be any one selected from the group consisting of Japonica type, Indica type and Javanica type and is applicable to all rice varieties.

상기 벼의 웅성불임은 가역적인 것일 수 있다. 즉, 상기 웅성불임의 벼의 임성은 정상적인 OspPGM 유전자의 도입에 의해서 회복될 수 있다. The male sterility of the rice may be reversible. That is, the fertility of the male sterile rice can be restored by the introduction of the normal OspPGM gene.

다른 양태로서, 본 발명은 OspPGM 유전자 발현여부를 판단하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for identifying the male sterility of rice, comprising determining the expression of the OspPGM gene.

상기 OspPGM 유전자의 발현여부를 판단하여 그 발현이 억제된 경우 벼의 웅성불임성을 확인할 수 있다. If the expression of the OspPGM gene is inhibited, the male sterility of the rice can be confirmed.

상기 판단하는 단계는 상기 OspPGM 유전자의 mRNA 수준 또는 이로부터 발현되는 단백질의 수준을 측정하여 이루어지는 것일 수 있다.The determining step may be performed by measuring the mRNA level of the OspPGM gene or the level of the protein expressed therefrom.

상기 유전자의 mRNA 수준은 별도의 제제를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 유전자의 mRNA 수준을 측정하는 제제는 예를 들어 상기 유전자에 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 또는 프로브일 수 있으나, 특별히 이에 제한되지는 않는다. 상기 "프라이머"는 짧은 자유 3말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)를 가지는 핵산 서열로 상보적인 템플레이트(template)와 염기쌍(base pair)을 형성할 수 있고 템플레이트 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능을 하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응(즉, DNA 폴리머레이즈 또는 역전사효소)을 위한 시약 및 상이한 4가지 뉴클레오사이드 트리포스페이트의 존재하에서 DNA 합성이 개시될 수 있다.The mRNA level of the gene can be measured using a separate preparation. The agent for measuring the mRNA level of the gene may be, for example, a primer or a probe capable of specifically binding to the gene, but is not particularly limited thereto. The "primer" is a nucleic acid sequence having a short free 3 'hydroxyl group, capable of forming base pairs with a complementary template and serving as a starting point for template strand copying Quot; means a short nucleic acid sequence. Primers can be used to initiate DNA synthesis in the presence of reagents and four different nucleoside triphosphates for polymerization reactions (i. E., DNA polymerase or reverse transcriptase) at appropriate buffer solutions and temperatures.

상기 유전자의 mRNA 수준을 측정하는 방법은 RT-PCR, 정량 실시간 PCR(quantified real time PCR), 경쟁적 RT-PCR(Competitive RTPCR), 실시간 RT-PCR(real time quantitative RT-PCR), RNase 보호 분석법(RPA; RNase protection assay), 노던 블럿팅(Northern blotting), DNA 칩 분석법일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.Methods for measuring mRNA levels of the genes include RT-PCR, quantitative real time PCR, competitive RT-PCR, real time quantitative RT-PCR, RNase protection assay RPA, RNase protection assay, Northern blotting, and DNA chip analysis.

상기 단백질의 수준은 별도의 제제를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 단백질의 수준을 측정하는 제제는 예를 들어 상기 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머일 수 있으나, 특별히 이에 제한되지는 않는다.The level of the protein can be measured using a separate preparation. The agent for measuring the level of the protein may be, for example, an antibody or an aptamer that specifically binds to the protein, but is not particularly limited thereto.

상기 "항체"는 단백질 또는 펩티드 분자의 항원성 부위에 특이적으로 결합할 수 있는 단백질성 분자를 의미한다. 이러한 항체는, 각 유전자를 통상적인 방법에 따라 발현벡터에 클로닝하여 상기 마커 유전자에 의해 코딩되는 단백질을 얻고, 얻어진 단백질로부터 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 항체의 형태는 특별히 제한되지 않으며 폴리클로날 항체, 모노클로날 항체 또는 항원 결합성을 갖는 것이면 그것의 일부도 본 발명의 항체에 포함되고 모든 면역 글로불린 항체가 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 인간화 항체 등의 특수 항체를 포함할 수도 있다. 아울러, 상기 항체는 2개의 전체 길이의 경쇄 및 2개의 전체 길이의 중쇄를 가지는 완전한 형태뿐만 아니라 항체 분자의 기능적인 단편을 포함한다. 항체 분자의 기능적인 단편이란 적어도 항원 결합 기능을 보유하고 있는 단편을 의미하며 Fab, F(ab'), F(ab') 2 및 Fv 등이 될 수 있다.The "antibody" means a proteinaceous molecule capable of specifically binding to an antigenic site of a protein or peptide molecule. Such an antibody can be produced by a conventional method from the obtained protein by cloning each gene into an expression vector according to a conventional method to obtain a protein encoded by the marker gene. The form of the antibody is not particularly limited and any polyclonal antibody, monoclonal antibody or antigen-binding antibody thereof may be included in the antibody of the present invention, and all immunoglobulin antibodies may be included. In addition, it may include a special antibody such as a humanized antibody. In addition, the antibody comprises a functional fragment of an antibody molecule as well as a complete form having two full-length light chains and two full-length heavy chains. A functional fragment of an antibody molecule means a fragment having at least an antigen-binding function, and can be Fab, F (ab ') 2, F (ab') 2, Fv and the like.

상기 "앱타머"는 단일 가닥 올리고 뉴클레오티드를 의미하는 것으로, 소정의 표적 분자에 대한 결합 활성을 갖는 핵산 분자를 말한다. 상기 앱타머는 그 염기서열에 따라 다양한 3차원 구조를 가질 수 있으며, 항원-항체 반응과 같이 특정 물질에 대하여 높은 친화력을 가질 수 있다. 앱타머는 소정의 표적 분자에 결합함으로써 소정의 표적 분자의 활성을 저해할 수 있다. 본 발명의 앱타머는 RNA, DNA, 변형된(modified) 핵산 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 그 형태가 직쇄상 또는 환상(環狀)일 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. The term "aptamer " refers to a single-stranded oligonucleotide, which refers to a nucleic acid molecule having binding activity to a given target molecule. The aptamer may have various three-dimensional structures depending on its nucleotide sequence, and may have a high affinity for a specific substance such as an antigen-antibody reaction. An aptamer can inhibit the activity of a given target molecule by binding to a predetermined target molecule. The aptamer of the present invention may be RNA, DNA, modified nucleic acid, or a mixture thereof, and the form thereof may be linear or cyclic, but is not limited thereto.

상기 단백질의 수준을 측정하는 방법은 웨스턴 블럿(western blotting), ELISA(enzyme linked immunosorbent assay), 방사선면역분석(RIA: Radioimmunoassay), 방사 면역 확산법(radioimmunodiffusion), 오우크테로니(Ouchterlony) 면역 확산법, 로케트 면역 전기영동(rocket immunoelectrophoresis), 면역조직화학염색 법(immunohistochemical staining), 면역침전 분석법(Immunoprecipitation Assay), 보체 고정 분석법(Complement Fixation Assay), 면역형광법(immunofluorescence),Methods for measuring the level of the protein include, but are not limited to, western blotting, enzyme linked immunosorbent assay (ELISA), radioimmunoassay (RIA), radioimmunodiffusion, Ouchterlony immunodiffusion, Immunohistochemical staining, immunoprecipitation assays, complement fixation assays, immunofluorescence assays, immunofluorescence assays, immunofluorescence assays, immunofluorescence assays, immunofluorescence assays,

면역크로마토그래피법(immunochromatography), FACS(fluorescenceactivated cell sorter analysis) 및 단백질 칩 분석법(protein chip technology assay) 등의 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.Immunochromatography, fluorescence activated cell sorter analysis (FACS), and protein chip technology assay, but the present invention is not limited thereto.

다른 양태로서, 본 발명은 OspPGM 유전자의 mRNA 또는 단백질 수준을 측정하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성 불임성 확인용 조성물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a composition for identifying male sterility of rice, comprising an agent for measuring mRNA or protein level of OspPGM gene.

상기 제제는 상기 OspPGM 유전자에 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 또는 프로브 일 수 있다. The agent may be a primer or a probe capable of specifically binding to the OspPGM gene.

상기 제제는 상기 OspPGM 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머 일 수 있다.The agent may be an antibody or an aptamer that specifically binds to the OspPGM protein.

다른 양태로서, 본 발명은 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 계통 벼에서, OspPGM 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 벼의 임성 회복 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for recovering rice fertility, comprising overexpressing the OspPGM gene in male sterile rice plants in which the expression of the OspPGM gene is suppressed.

일예로 상기 단계는 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자를 포함하는 벡터를 벼에 형질전환시켜 벼의 임성 회복을 유도할 수 있다. For example, the step may transform a vector containing the OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 into rice to induce regeneration of rice.

구체적으로, 상기 단계는 서열번호 1의 유전자와 액틴 프로모터, 사이토크롬 C, 유비퀴틴 프로모터 (ubiquitin(ubi) promoter (Pubi)) 등과 같은 식물에서 작용가능한 강프로모터를 작동가능하게 연결키거나, 적절한 위치에 인핸서와 서열번호 1의 유전자를 포함하는 DNA 단편을 삽입하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Specifically, this step operably links a plant promoter with a gene of SEQ ID NO: 1 and a plant promoter such as the actin promoter, cytochrome c, ubiquitin (ubi) promoter (Pubi) But may be carried out by inserting a DNA fragment containing the gene of SEQ. ID.

다른 양태로서, 본 발명은 OspPGM 유전자를 포함하는, 벼의 임성 회복용 조성물을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a composition for restoring fertility of rice, comprising an OspPGM gene.

상기 OspPGM 유전자는 서열번호 1로 표시되는 유전자를 의미할 수 있으나, 이와 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 상기 실질적인 동일성은 서열번호 1의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인(align)하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성, 더욱 구체적으로 70%의 상동성, 더더욱 구체적으로 80%의 상동성, 가장 구체적으로 90%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. 또는 상기 유전자는 서열번호 1의 유전자가 코딩하는 단백질 OspPGM과 실질적으로 동질의 생리활성을 나타내는 단백질을 코딩하는 유전자를 의미할 수 있다.The OspPGM gene may refer to a gene represented by SEQ ID NO: 1, but may also be interpreted to include a sequence showing substantial identity thereto. Said substantial identity aligns the sequences of SEQ ID NO: 1 with any other sequence to the greatest extent of correspondence, and when at least 60% of the sequence identity is analyzed using an algorithm commonly used in the art Homology, more specifically 70% homology, even more specifically 80% homology, most specifically 90% homology. Alternatively, the gene may refer to a gene encoding a protein exhibiting a physiological activity substantially equivalent to the protein OspPGM encoded by the gene of SEQ ID NO: 1.

다른 양태로서, 본 발명은 후보물질을 처리한 벼에서 OspPGM 유전자 또는 그의 단백질의 발현량을 측정하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도제의 스크리닝 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for screening a male sterility inducer of rice, comprising measuring the expression level of an OspPGM gene or a protein thereof in rice treated with a candidate substance.

상기 발현양을 측정하는 방법은 상기한 것과 같다. The method of measuring the expression level is as described above.

상기 방법은 상기 측정된 발현량이, 후보물질을 처리하지 않은 벼의 발현량에 비하여 감소한 경우, 상기 후보물질은 벼의 웅성불임 유도제로 판단하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. The method may further include the step of determining the candidate substance as a male sterility inducer of rice when the measured expression level is lower than the expression level of rice not treated with the candidate substance.

본 발명에 따른 웅성불임 벼의 제조방법은 벼에 유전자인 OspPGM 유전자의 발현을 억제하여 웅성불임 벼를 제조하는 것이 가능하다. 이를 통해 웅성불임 벼를 유도하는 것이 가능하며, 웅성불임 벼의 제조가 가능한 신규 유전자를 발견하였기 때문에 보다 다양한 방법으로 웅성불임 벼를 생산하는 것이 가능하게 되었다. 본 OspPGM 유전자 활성을 조절한 웅성불임 계통의 경우 환경의 영향을 거의 받지 않고 안정적으로 이용할 수 있기 때문에 세포질 유전자적 웅성불임 계통과 온도 및 일장감응성 핵 유전자 웅성불임 계통을 대체할 것으로 기대된다. According to the present invention, it is possible to produce male sterile rice by inhibiting the expression of OspPGM gene, which is a gene in rice. It is possible to induce male sterile rice, and it has become possible to produce male sterile rice by a variety of methods because it has found a new gene that can produce male sterile rice. The male sterility strain, which regulates the OspPGM gene activity, is expected to replace the cytoplasmic genetic male sterility strain and the temperature - and senescence - sensitive nucleus gene male sterility strain since it can be used stably without being affected by the environment.

도 1은 OspPGM의 발현양상을 통해서 OspPGM가 화분 발달 단계 중 전분이 합성되는 발달 단계 후기에만 특이적으로 발현하는 것을 확인한 전기영동사진이다.
도 2는 OspPGM-GFP의 세포 내 발현 위치를 보여주는 사진으로, 구체적으로 (a)는 OspPGM-GFP를 나타내는 것이고, (b)는 이를 자발형광 처리한 것이며, (c)는 빛을 조사한 것이고, (d)는 이들 결과를 합한 것이다.
도 3은 osppgm -1osppgm -2 돌연변이체 내에서 OspPGM 게놈구조 및 T-DNA 삽입 위치를 나타내는 모식도이다. 박스 및 실선은 엑손 및 인트론을 각각 나타낸다. T-DNA의 위치는 삼각형에 의해 나타내었다.
도 4는 osppgm -1/ osppgm -1 homozygote의 성장한 후 표현형을 보여주는 사진이다.
도 5는 (a)는 야생형, (b)는 OspPGM / osppgm -1, (c)는 OspPGM / osppgm -2, (d)는 osppgm -1/ osppgm -1, (e)는 Comp #4 의 요오드 염색 결과를 보여주는 사진이다. 또한 (f)는 야생형, (g)는 osppgm -1/ osppgm - 1 의 TEM 사진, (h)는 야생형, (i)는 osppgm-1/osppgm-1 의 꽃가루 핵 염색 결과를 보여주는 사진이다. 또한 흰 화살표는 generative nucleus, 붉은 화살표는 vegetative nucleus 이다.
도 6은 야생형, Copm #4, osppgm -1/ osppgm -1 계통의 (a) 전분과 (b) 자당의 양을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is an electrophoresis photograph confirming that OspPGM is specifically expressed only in late developmental stages that the starch of pollen development step synthesis through the expression of OspPGM.
Fig. 2 is a photograph showing the intracellular expression site of OspPGM- GFP. Specifically, Fig. 2 (a) shows OspPGM- GFP, Fig. 2 (b) shows spontaneous fluorescence treatment, d) is the sum of these results.
Figure 3 is a schematic diagram showing the OspPGM genome structure and T-DNA insertion site in osppgm- 1 and osppgm- 2 mutants. The boxes and solid lines represent exons and introns, respectively. The position of the T-DNA is indicated by a triangle.
Figure 4 is a photograph showing the post-growth phenotype of osppgm- 1 / osppgm- 1 homozygote.
(A) is a wild type, (b) is OspPGM / osppgm -1 , (c) is OspPGM / osppgm -2 , (d) is osppgm -1 / osppgm -1 , It is a photograph showing the result of dyeing. In addition, (f) is the wild type, (g) is osppgm -1 / osppgm - TEM photographs, (h) is the wild type, (i) the first is a photograph showing the results of nuclear staining of pollen osppgm-1 / osppgm-1. The white arrow is the generative nucleus and the red arrow is the vegetative nucleus.
FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the amount of (a) starch and (b) sucrose in the wild type, Copm # 4, osppgm- 1 / osppgm- 1 system.

이하 본 발명을 하기 예에 의해 상세히 설명한다. 다만, 하기 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 하기 예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1: 재료 및 방법 1: Materials and Methods

<실시예 1-1: 식물재료>&Lt; Example 1-1: Plant material >

온실 재배 자포니카(japonica) 벼(품종명: 동진벼) 야생형 및 돌연변이체를 실험에 사용하였다. 벼를 온실에서 명암주기가 14/10 이고 습도가 대략 80%인 조건에서 낮에는 30℃로, 밤에는 20℃의 온도에서 재배하였다. RT-PCR을 위하여 야생형 벼로부터 꽃밥(anther)를 각각 다른 발달 단계에서 회수하였다.Greenhouse cultivar japonica rice (variety: Dongjinbara) wild type and mutant were used for the experiment. The rice was cultivated in a greenhouse at a temperature of 30 ° C in the day and 20 ° C in the night under conditions of a dark cycle of 14/10 and a humidity of about 80%. For an RT-PCR, anther from wild-type rice was recovered at different developmental stages.

<실시예 1-2: RT-PCR 분석>&Lt; Example 1-2: RT-PCR analysis >

전체 RNA는 Trizol 시약을 사용하여 추출하였다. 그리고 역전사는 iScript cDNA Synthesis Kit (Bio-Rad, Hercules, CA, USA)를 이용하여 수행하여 전장 RNA로부터 제1가닥 cDNA를 합성하였다. 벼 유비퀴틴5(ubiquitin 5; OsUBQ5, LOC_Os01g22490) 유전자는 cDNA의 상대적인 양을 정량하기 위해 내부 대조군으로서 증폭되었다. 상기 프라이머들은 게놈 DNA 혼입을 배제하기 위하여 각 유전자의 적어도 하나의 인트론을 포함하는 부위 안에서 디자인되었다. 표 1은 RT-PCR에 사용된 프라이머 서열을 나타내는 것이다. Total RNA was extracted using Trizol reagent. And reverse transcription was performed using iScript cDNA Synthesis Kit (Bio-Rad, Hercules, Calif., USA) to synthesize first strand cDNA from full-length RNA. The rice ubiquitin 5 (OsUBQ5, LOC_Os01g22490) gene was amplified as an internal control to quantify the relative amount of cDNA. The primers were designed within a region containing at least one intron of each gene to exclude genomic DNA incorporation. Table 1 shows the primer sequences used for RT-PCR.

프라이머 이름Name of the primer 서열order 서열번호SEQ ID NO: OspPGMOspPGM ForwardForward CTGCTCAGATTATCACTAAAATTGCTGCTCAGATTATCACTAAAATTG 서열번호 2SEQ ID NO: 2 ReverseReverse AGAGCTAGGTCTATTAAAGGCTTCAGAGCTAGGTCTATTAAAGGCTTC 서열번호 3SEQ ID NO: 3 OscPGMOscPGM ForwardForward ACGATATGACTATGAGAATGTTGAACGATATGACTATGAGAATGTTGA 서열번호 4SEQ ID NO: 4 ReverseReverse AGATGTAAAAAGGCTATCAAACAGAGATGTAAAAAGGCTATCAAACAG 서열번호 5SEQ ID NO: 5 OsUBQ5OsUBQ5 ForwardForward GACTACAACATCCAGAAGGAGTCGACTACAACATCCAGAAGGAGTC 서열번호 6SEQ ID NO: 6 ReverseReverse TCATCTAATAACCAGTTCGATTTCTCATCTAATAACCAGTTCGATTTC 서열번호 7SEQ ID NO: 7

<실시예 1-3: OspPGM-GFP 융합 단백질의 세포 위치 확인>&Lt; Example 1-3: Identification of cell position of OspPGM- GFP fusion protein >

정지 코돈이 없는 상태인 OspPGM 전장 cDNA는 프레임 안에서 GFP와 융합시켰다. OspPGM 전장 cDNA는 SalI 제한부위(5’-CACCGTCGACATGGCCTCGCACGCGCTCCGCCTC -3’, 서열번호 8)를 포함하는 정방향 프라이머와 SmaI 제한부위(5’-TCCCCCGGGATGTTATGACAGTAGGCTTATCTC-3’, 서열번호 9)를 포함하는 역방향 프라이머를 사용한 PCR에 의해 증폭되었다. 증폭된 산물은 각각의 효소로 분해시켜 pC1300intC (Ouwerkerk et al., 2001)로부터 유래한 pJJ461의 CaMV35S 프로모터 및 GFP 사이에 클로닝하였다. 상기 GFP 융합 구축물을 옥수수 엽육세포 원형질체 내로 형질전환시켰다. GFP 신호는 공초점현미경(LSM 510 META, Carl Zeiss, Jena, Germany)을 사용하여 모니터링 하였다. The OspPGM full-length cDNA without the stop codon was fused with GFP in the frame. The OspPGM full-length cDNA was amplified by PCR using a reverse primer comprising a forward primer containing the SalI restriction site (5'-CACCGTCGACATGGCCTCGCACGCGCTCCGCCTC -3 ', SEQ ID NO: 8) and an SmaI restriction site (5'-TCCCCCGGGATGTTATGACAGTAGGCTTATCTC-3', SEQ ID NO: 9) Lt; / RTI &gt; The amplified product was digested with each enzyme and cloned between the CaMV35S promoter of pJJ461 and GFP derived from pC1300intC (Ouwerkerk et al., 2001). The GFP fusion construct was transformed into corn lobule cell progenitors. GFP signals were monitored using a confocal microscope (LSM 510 META, Carl Zeiss, Jena, Germany).

<실시예 1-4: osppgm T-DNA 삽입 돌연변이체의 제작><Example 1-4: Preparation of osppgm T-DNA insertion mutant>

osppgm -1osppgm -2 돌연변이 대립유전자를 벼 T-DNA 삽입 시퀀스 데이터베이스(Jeon et al., 2000; An et al., 2003; Jeong et al., 2006; http://www.postech.ac.kr/life/pfg/risd/index.html)로부터 확인하였다. 게놈 DNA는 간단한 mini-prep(Chen and Ronald, 1999) 방법을 사용하여 벼의 어린 잎으로부터 분리하였다. 화분을 정교한 파이펫의 팁을 이용하여 현미경 하에서 옮겼다. 그리고 이의 게놈 DNA 템플릿으로 활용하기 위해 PCR 튜브에서 작은 막대를 사용하여 분쇄하였다. T-DNA 삽입으로 인한 유전자형은 osppgm -1에 대한 PF1/PR1 및 L1/PR1 프라이머 세트, osppgm -2에 대한 PF2/PR2 및 PF2/G1 세트를 사용하여 게놈 DNA PCR 분석에 의해 결정하였다. 상기 사용된 프라이머들의 서열은 표 2에 표시되었다. The osppgm- 1 and osppgm- 2 mutant alleles were cloned into a rice T-DNA insertion sequence database (Jeon et al., 2000; An et al., 2003; Jeong et al., 2006; http://www.postech.ac. kr / life / pfg / risd / index.html). Genomic DNA was isolated from young leaves of rice using a simple mini-prep (Chen and Ronald, 1999) method. The pollen was transferred under a microscope using a tip of a sophisticated pipette. And pulverized using a small rod in a PCR tube for use as a genomic DNA template thereof. Genotype caused by T-DNA insertion using the PF2 / PF2 and PR2 / G1 set for PF1 / PR1 and L1 / PR1 primer set, osppgm -2 to -1 osppgm genomic DNA was determined by PCR analysis. The sequences of the primers used are shown in Table 2.

프라이머 이름Name of the primer 서열order 서열번호SEQ ID NO: PF1PF1 CTATGTAGAATAGCTGTTTTGCACCCAACCTATGTAGAATAGCTGTTTTGCACCCAAC 서열번호 10SEQ ID NO: 10 PR1PR1 TATAGCACTACGGGCATATTCTTCATTTGTATAGCACTACGGGCATATTCTTCATTTG 서열번호 11SEQ ID NO: 11 L1L1 CGATTTTTGAAATGCGAGAGCGCGATTTTTGAAATGCGAGAGCG 서열번호 12SEQ ID NO: 12 PF2PF2 TGCTGCTAGGAACCAAGAGTAAATCAATATGCTGCTAGGAACCAAGAGTAAATCAATA 서열번호 13SEQ ID NO: 13 PR2PR2 TCAAACACAAGATGAAATGGGAAATAAACTCAAACACAAGATGAAATGGGAAATAAAC 서열번호 14SEQ ID NO: 14 G1G1 ATCCAGACTGAATGCCCACAATCCAGACTGAATGCCCACA 서열번호 15SEQ ID NO: 15

<실시예 1-5: 역교배>&Lt; Example 1-5: Reverse mating >

역교배를 위해, OspPGM / osppgm -1OspPGM / osppgm - 2 를 자포니카 cv. Ilpum 야생형 벼와 교배하였다. 교배된 계통의 유전자형은 상기 T-DNA 삽입을 위해 사용한 프라이머와 동일한 프라이머 세트(표 2)를 사용하여 PCR 함으로써 결정하였다.For reverse mating, OspPGM / osppgm- 1 and OspPGM / osppgm - 2 were assigned to Japonica cv. Ilpum was crossed with wild type rice. The genotypes of the crossed strains were determined by PCR using the same primer sets used for the T-DNA inserts (Table 2).

<실시예 1-6: osppgm 돌연변이체의 약배양>Example 1-6: Approximately incubation of osppgm mutants < RTI ID = 0.0 >

OspPGM의 동형접합 돌연변이체를 만들기 위해, 약배양은 OspPGM / osppgm -1OspPGM/osppgm-2의 이형접합체로부터 분리된 꽃밥들을 사용한 것을 제외하고는 Eom et al. (2016)에 기술된 방법을 이용하여 수행하였다. 70%(v/v) 에탄올로 원추화서(panicle)의 표면 살균 후 소수화서(spikelet)로부터 분리한 꽃밥을 한달 동안 25℃에서 2.0 mg/L NAA, 0.2 mg/L 키네틴 및 5% 겔라이트를 포함하는 N6 캘러스 유도 배지 상에서 배양하였다. 유도된 캘러스를 재분화를 위해 0.2 mg/L IAA, 2.0 mg/L 키네틴, 2 g/L 카세인 가수분해물, 2 mg/L ABA, 40 g/L 말토오스 및 5% 겔라이트를 포함하는 N6 재생 배지로 이동시켰다.To create homozygous mutant of OspPGM, about cultures and is Eom et al, except that the anthers detached from the heterozygote of OspPGM / osppgm -1 and OspPGM / osppgm-2. (2016). &Lt; / RTI &gt; Anthers isolated from spikelets after surface sterilization of panicles with 70% (v / v) ethanol were treated with 2.0 mg / L NAA, 0.2 mg / L kinetin and 5% gelite at 25 ° C for one month It was cultured on callus induction medium containing N 6. The induced callus for regeneration N 6 regeneration medium containing 0.2 mg / L IAA, 2.0 mg / L kinetin, 2 g / L casein hydrolyzate, 2 mg / L ABA, 40 g / L maltose, and 5% gel Light .

<실시예 1-7: PAGE에 의한 PGM 활성 분석>&Lt; Example 1-7: Analysis of PGM activity by PAGE >

동형접합 osppm -1 돌연변이체의 in-gel PGM 활성 분석은 Egli et al. (2010)의 방법을 약간 변형하여 진행하였다. 구체적으로 잎 샘플을 100 mM Tris-HCl, pH 7.0, 10 mM MgCl2,100 mM KCl, 42 mM β-mercaptoethanol 및 15% (v/v) 글리세롤을 포함하는 매우 차가운 추출 버퍼에서 균질화시켰다. 단백질을 8% (w/v) acrylamide (30% acrylamide / 0.8% bis-acrylamide) 및 375 mM Tris-HCl(pH 8.8)을 포함하는 비변성 폴리아크릴아마이드 겔에 용해시켰다. 상기 겔을 1분 동안 50 mM Tris-HCl, pH 7.0, 및 5 mM MgCl2을 포함하는 세척 용액으로 세척시킨 후 37℃에서 50 mM Tris-HCl, pH 7.0, 5 mM MgCl2, 5.3 mM Glc-1-P, 0.25 mM NADP, 0.25 mM NAD, 0.1 mM phenazine methosulfate, 0.25 mM nitroblue tetrazolium 및 40 units Glc-6-P dehydrogenase를 포함하는 염색 용액에 두었다.Analysis of the in-gel PGM activity of the homozygous osppm- 1 mutant was performed by Egli et al. (2010) was slightly modified. Specifically, leaf samples were homogenized in a very cold extraction buffer containing 100 mM Tris-HCl, pH 7.0, 10 mM MgCl 2 , 100 mM KCl, 42 mM β-mercaptoethanol and 15% (v / v) glycerol. Proteins were dissolved in unmodified polyacrylamide gels containing 8% (w / v) acrylamide (30% acrylamide / 0.8% bis-acrylamide) and 375 mM Tris-HCl (pH 8.8). The gel was washed with a washing solution containing 50 mM Tris-HCl, pH 7.0, and 5 mM MgCl 2 for 1 minute and then eluted with 50 mM Tris-HCl, pH 7.0, 5 mM MgCl 2 , 5.3 mM Glc- 1-P, 0.25 mM NADP, 0.25 mM NAD, 0.1 mM phenazine methosulfate, 0.25 mM nitroblue tetrazolium and 40 units Glc-6-P dehydrogenase.

<실시예 1-8: 과당과 전분의 측정>&Lt; Example 1-8: Measurement of fructose and starch >

벼 잎 100㎎과 화분을 포함할 정도로 성숙한 꽃밥 3㎎은 각각 12주 연령의 벼 및 벼의 성숙한 꽃으로부터 분리하였다. 용해성이 있는 당분인 과당과 비용해성인 전분을 에탄올 가용성 분획 및 불용분획에서 NAD(P)H 결합 효소 테스트(Lee et al., 2008)을 사용하여 측정하였다. 상기 측정된 대사물질의 함량은 수취한 잎의 무게를 기준으로 정규화하였다.Rice leaves 100 mg and 3 mg of mature anthers including pollen were isolated from mature flowers of rice and rice at 12 weeks of age, respectively. Fructose and soluble starches were tested for their soluble sugar and insoluble fractions using the NAD (P) H binding enzyme test (Lee et al., 2008). The contents of the measured metabolites were normalized based on the weight of the received leaves.

<실시예 1-9: 화분 염색 및 광학 현미경분석>&Lt; Example 1-9: Pollen staining and optical microscopic analysis >

화분의 핵을 염색하기 위하여, 화분을 65℃에서 1시간 동안 4 ng/mL Hoechst 33342 (Sigma, St. Louis, MO, USA)를 포함하는 포스페이트-버퍼 식염수에서 배양하였다. 화분내 전분은 10 % (v/v) Lugol 용액(Sigma)으로 염색하였다. 핵 및 전분이 염색된 화분은 각각 Olympus BX61 현미경으로 UV 및 백색광 하에서 모니터링하였다.The pollen was incubated in phosphate-buffered saline containing 4 ng / mL Hoechst 33342 (Sigma, St. Louis, Mo., USA) at 65 ° C for 1 hour to stain the nuclei of the pollen. Pollen starches were stained with 10% (v / v) Lugol solution (Sigma). Nuclear and starch-stained pollen were monitored under UV and white light, respectively, on an Olympus BX61 microscope.

<실시예 1-10: 투과전자현미경(Transmission electron microscopy) 분석>&Lt; Example 1-10: Transmission electron microscopy analysis >

발달과정 중 성숙단계에서의 화분을 3% glutaraldehyde를 포함하는 인산염 버퍼에 고정시켰다. 그 후 2% osmium tetroxide를 사용하여 후속 고정시켰다. 탈수시킨 샘플을 Spurr의 저점성 포매 혼합물에 위치시켰다. 얇은 절편(40-60 nm 두께)을 2.5% 우라닐 아세테이트 및 2.5% 구연산 납염 수용성 용액으로 염색시켰다. 그리고 이를 전자현미경(Tecnai G2 Spirit (FEI Co., Hillsboro, OR, USA))을 이용하여 관찰하였다.During development, pollen at the mature stage was fixed in phosphate buffer containing 3% glutaraldehyde. Subsequently, 2% osmium tetroxide was used for subsequent fixation. The dehydrated sample was placed in a low viscosity, formazed mixture of Spurr. Thin sections (40-60 nm thickness) were stained with 2.5% uranyl acetate and 2.5% citric acid lead salt aqueous solution. And observed with an electron microscope (Tecnai G2 Spirit (FEI Co., Hillsboro, OR, USA)).

실시예Example 2: 벼 유래  2: derived from rice OspPGMOspPGM 유전자의 화분 발달  Pollen development of gene 단계 별By stage 발현 분석 Expression analysis

상기 실시예 1-2와 같이 RT-PCR을 수행한 후, 이에 의해 합성된 DNA를 화분 발달 단계별로 관찰하였다. RT-PCR was performed as in Example 1-2, and the synthesized DNA was observed at each stage of pollen development.

그 결과, 도 1과 같이 색소체에 존재하는 OspPGM(Oryza sativa plastidic phosphoglucomutase) 유전자는 화분이 성숙한 bicellular, mature 단계, 즉 전분이 합성되는 발달 단계 후기에만 발현 양이 특히 향상하는 것을 확인할 수 있었다. 이와는 대조적으로 세포질에 존재하는 OscPGM(Oryza sativa cytosolic phosphoglucomutase) 유전자의 발현양상은 크게 변화하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 색소체에 존재하는 OspPGM 유전자가 화분 발달에 관여함을 시사한다.As a result, it was confirmed that OspPGM (Oryza sativa plastidic phosphoglucutase) gene in the chromosomes as shown in Fig. 1 showed a particularly improved expression level only at the post-development stage in which the pollen was mature in the bicellular, mature stage, that is, the starch was synthesized. In contrast, the expression pattern of the OscPGM (Oryza sativa cytosolic phosphoglucomutase) gene in the cytoplasm was not significantly changed. This suggests that the OspPGM gene present in the chromosomes is involved in pollen development.

실시예Example 3:  3: OspPGMOspPGM of 세포 내 위치 확인 Location within the cell

실시예 1-3에 의해 GFP 융합 구축물을 공초점현미경에 의해 모니터링 하였다. 도 2는 OspPGM의 세포내 발현 위치를 확인한 사진으로서, 이를 통해 상기 OspPGM이 엽록체에 존재하는 것이 확인되었다. The GFP fusion constructs were monitored by confocal microscopy according to Examples 1-3. FIG. 2 is a photograph showing the intracellular expression site of OspPGM , confirming that the OspPGM is present in the chloroplast.

실시예Example 4:  4: OspPGMOspPGM 돌연변이체 제작 Mutant production

실시예 1-3에서의 방법을 이용하여 OspPGM 돌연변이체 제작 준비를 하였다. 이와 같은 제작 준비 후, 벼의 OspPGM 유전자에 T-DNA를 삽입하여 야생형 OspPGM 유전자의 기능을 상실시킨 2개의 OspPGM 돌연변이체를 제작하였으며, 이를 각각 osppgm-1, osppgm -2로 명명하였다(도 3). 구체적으로 Ti 플라스미드 바이너리 벡터(binary vector) pGA2144 (Jeon et al., The Plant Journal (2000) 22(6), 561-570)와 벼 세포 (동진벼의 종자에서 유도된 캘러스)를 공배양시켜 T-DNA를 식물체 내로 삽입시켰다. osppgm -1은 5번째 인트론에 T-DNA 삽입을 포함하고, osppgm-2는 10번째 인트론에 T-DNA 삽입을 포함한다. OspPGM mutants were prepared using the method in Example 1-3. Thus after making the same preparation, was produced by the T-DNA insert was lost the function of the wild-type gene OspPGM two OspPGM mutants in OspPGM gene of rice, it was respectively named osppgm-1, osppgm -2 (3) . Specifically, a Ti plasmid binary vector pGA2144 (Jeon et al., The Plant Journal (2000) 22 (6), 561-570) and co-cultured rice cells (callus derived from Dong Jinbin seed) DNA was inserted into the plant. osppgm- 1 contains the T-DNA insert in the 5th intron, and osppgm-2 contains the T-DNA insert in the 10th intron.

실시예Example 5:  5: OspPGMOspPGM 돌연변이체를 포함한  Including Mutants 웅성불임Male sterility 계통 벼(T2)의 제조 Production of rice seedlings (T2)

상기 실시예 4에 의해 제조된 OspPGM 돌연변이체(T1)를 자가수분시켜 T2 자손을 생성하였다. 그 결과 야생형(WT):이형접합(heterozygote):동형접합(hemozygote)의 비율이 정상적인 분리비인 1:2:1로 나타나지 않고 1:1:0으로 나타났다. 이는 전형적인 불임 계통의 후대 유전형 분리이므로, OspPGM이 불임을 유발하는 기능을 가질 것으로 예측하였다. 표 3은 T2에서 관찰된 비율(%) / 예측된 비율(%) 및 관찰된 식물수 / 예측된 식물 수를 나타내는 것이다. The OspPGM mutant (T1) produced in Example 4 was self-hydrated to produce T2 progeny. As a result, the ratio of wild type (WT): heterozygote: hemozygote was 1: 1: 0 without normal isolation ratio of 1: 2: 1. Because this is a later genotyping of the typical infertile lineage, we predicted that OspPGM would have the function of inducing infertility. Table 3 shows the ratio (%) / predicted ratio (%) observed in T2 and the number of plants observed / the number of plants estimated.

T1T1 T2T2 관찰된 비율(%) / 예측된 비율(%)
관찰된 식물수 / 예측된 식물 수
Observed (%) / predicted (%)
Number of plants observed / number of plants estimated
OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -1-One OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -1-One osppgm-1/osppgm-1osppgm-1 / osppgm-1 48.7 / 25
37 / 76
48.7 / 25
37/76
51.3 / 50
39 / 76
51.3 / 50
39/76
0 / 25
0 / 76
0/25
0/76
OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -2-2 OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -2-2 osppgmosppgm -2/-2/ osppgmosppgm -2-2 48.4 / 25
46 / 95
48.4 / 25
46/95
51.6 / 50
49 / 95
51.6 / 50
49/95
0 / 25
0 / 95
0/25
0/95

실시예Example 6:  6: OspPGMOspPGM // osppgmosppgm 웅성불임Male sterility 표현형 검증 Phenotype verification

OspPGM / osppgm 계통의 웅성불임 표현형 검증을 위하여 실시예 1-5에 의해 역교배를 수행한 이후, 후대 종자의 유전형을 확인한 결과, 부본이 OspPGM / osppgm 이고 모본이 OspPGM / OspPGM 인 경우에는 후대에 돌연변이 유전형이 나타나지 않았다. 반면, 부본이 OspPGM / OspPGM 이고 모본이 OspPGM / osppgm 인 경우에만 야생형(WT):이형접합(heterozygote):동형접합(hemozygote)의 비율이 웅성불임 계통의 분리비인 1:1:0의 분리비를 보이는 것을 확인할 수 있었다(표 4). 이에 따라 OspPGM 유전자는 웅성불임을 유도하는 기능을 나타냄을 확인하였다. OspPGM / osppgm strains were tested for the genotype of the later seeds after the reverse mating according to Example 1-5 for the male sterility phenotype verification. As a result, the replicates were OspPGM / osppgm and the samples were OspPGM / OspPGM , There was no mutant genotype at a later stage. On the other hand, the ratio of wild type (WT): heterozygote: hemozygote is 1: 1: 0, which is the isolation ratio of male sterile lineage only when the replicate is OspPGM / OspPGM and the sample is OspPGM / osppgm (Table 4). Thus, it was confirmed that OspPGM gene induces male sterility.

역교배 대상Reciprocating target 역교배 결과Reverse mating result 부본counterpart 모본Example 관찰된 비율(%) / 예측된 비율(%))
관찰된 식물수 / 예측된 식물 수
Observed (%) / predicted (%))
Number of plants observed / number of plants estimated
OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -1-One OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -1-One 100 / 50
93 / 93
100/50
93/93
0(n=10) / 50
0 / 93
0 (n = 10) / 50
0/93
OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -1-One OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -1-One 51.5 / 50
52 / 101
51.5 / 50
52/101
48.5 / 50
49 / 101
48.5 / 50
49/101
OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -2-2 OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -2-2 100 / 50
97 / 97
100/50
97/97
0 / 50
0 / 97
0/50
0/97
OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -2-2 OspPGMOspPGM // OspPGMOspPGM OspPGMOspPGM // osppgmosppgm -2-2 48.1 / 50
52 / 108
48.1 / 50
52/108
51.9 / 50
56 / 108
51.9 / 50
56/108

한편, osppgm 계통들은 자가수정으로 동형접합체를 생산하지 못하기 때문에 실시예 1-6에 의한 약배양을 통해 osppgm -1/ osppgm - 1를 생산하였다. 도 4는 약배양을 통해 동형접합체인 osppgm -1/ osppgm - 1를 생산한 후, 야생형과 비교하여 성장의 변화가 있는지를 확인한 것이다. 도 4를 통해 돌연변이 OspPGM 유전자/돌연변이 OspPGM 유전자(osppgm -1/ osppgm -1) 동형접합체로부터 형질전환되어 재배된 벼는 야생형과 비교하여 성장의 변화를 관찰할 수 없었다.On the other hand, osppgm strains osppgm -1 / osppgm through about cultured according to Example 1-6 because it does not produce homozygous with self-modify-produced one. FIG. 4 is a graph showing the change in growth after osppgm - 1 / osppgm - 1 , which is a homozygous construct, was produced through drug culture and compared with the wild type strain . 4, no change in growth was observed in the rice cultivated from the mutant OspPGM gene / mutant OspPGM gene ( osppgm- 1 / osppgm- 1 ) homozygote in comparison with the wild type strain .

한편, 상실된 유전자 복구를 위하여 OspPGM / osppgm -1 계통에 OspPGM을 과다 발현한 계통인 Copm#4를 생산하였다. 야생형, OspPGM / osppgm -1, OspPGM / osppgm -2, osppgm-1/osppgm-1, Copm#4 계통의 화분의 전분 양을 요오드 반응으로 측정하였다. 실시예 1-9의 방법으로 염색하였을때, 야생형 및 Copm#4 계통은 모든 화분이 염색되었지만(도 5의 (A) 및 (E)), OspPGM / osppgm -1OspPGM / osppgm -2 계통의 화분은 50%만이 염색되었다(도 5의 (B) 및 (C)). 반면에 osppgm -1/ osppgm -1은 전혀 염색되지 않는 것을 확인하였다(도 5의 (D)). 이를 통해 OspPGM의 돌연변이체들은 전분 부족으로 인해 웅성불임 표현형을 나타냄을 확인하였다. 또한 실시예 1-10과 같이 TEM을 통해 확인한 결과, 야생형은 전분을 합성함에 반하여, osppgm -1/ osppgm -1 계통은 전분을 합성하지 않음을 확인하였다(도 5의 (H) 및 (I)). On the other hand, produced a OspPGM / osppgm a system of Copm # 4 overexpression of OspPGM -1 system for recovering the lost genes. The amount of starch in the pollen of the wild type, OspPGM / osppgm- 1 , OspPGM / osppgm- 2 , osppgm-1 / osppgm-1 and Copm # 4 lines was measured by iodine reaction. Performed when dyed by the method of Example 1-9, and wild-type strains has been Copm # 4 all pollen staining ((A) and (E) in FIG. 5), OspPGM / osppgm -1 and the OspPGM / osppgm -2 strains Only 50% of the pollen was stained (Fig. 5 (B) and (C)). On the other hand, it was confirmed that osppgm- 1 / osppgm- 1 was not stained at all (Fig. 5 (D)). This confirms that mutants of OspPGM exhibit male sterile phenotype due to lack of starch. Also, it was confirmed through TEM as in Example 1-10 that the wild type starch was synthesized while the osppgm- 1 / osppgm- 1 system did not synthesize starch (FIGS. 5 (H) and (I) ).

또한 도 6은 야생형, Copm#4 및 osppgm -1/ osppgm -1의 잎에 전분 및 과당 함유량을 나타낸 그래프이다. 도 6을 살펴보면 osppgm -1/ osppgm - 1는 야생형과 유사한 양의 전분 및 과당을 함유하고 있음을 확인할 수 있는 반면에, Copm#4는 전분은 거의 함유하고 있지 않으면서 야생형보다 다소 많은 양의 과당을 함유하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 웅성불임을 보이는 osppgm -1/ osppgm - 1는 화분이나 잎에 전분을 함유하고 있지 않음을 확인할 수 있었다. 6 is a graph showing starch and fructose contents in leaves of wild type, Copm # 4 and osppgm- 1 / osppgm- 1 . 6 shows that osppgm- 1 / osppgm - 1 contains a similar amount of starch and fructose as the wild type, whereas Copm # 4 has a slightly higher amount of fructose As shown in Fig. It was confirmed that osppgm - 1 / osppgm - 1, which is male sterile, does not contain starch in pots or leaves.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Preparation method of male sterility rice using OspPGM gene, composition for inducing male sterility of rice and male sterility rice <130> KPA161096-KR <160> 15 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 7521 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 gcttcataag atctcgcgcc ccttgcccgc ttccttccgc ggtgcaagcg caacaccacc 60 tcacctcact ccccttctcg cctcttctcc ccttctccac ctcctcttct ctccgcgtgg 120 cggtggcatt gccggccgcc gcatcgtctc gggatggcct cgcacgcgct ccgcctccac 180 ccgctgctct tctccgccgc cgccgcgcgc ccggctccgc tcgcggcgcg gcccggtggt 240 ggtgcccgcc gggtccaccg ccgccactct ctcgccgtcg tccggtgctc ctcctccgcc 300 gcccaggcgc tcaaggtacg atctcccccc tgcccgcgcg ctcgccctcc cggcgctgtt 360 gatgtgtacg tgtgtgttgt ggactcgtcg tggggtgggt gggatttttc agttttgccg 420 tcggtgtgca gctccgggtt ctagactggg ggtggtgttg ctctgcgcga ttgtggcctt 480 aatcatgatt cctcgagatg attttgaata ctggtggtgg tttctgcagt cttccggcga 540 tgggaaggcg atttccgttt tttttttggg tttaatcaag cggcggcatc 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1440 tctgtgggaa tgtagattat cactaaaatt gcagctggga atggtgttgg gaagatccta 1500 gttggcaggt aaggagatac tagatgaagc ttcttggatt tagaagatac aacactaact 1560 attagaagta tggatattca tagaactaaa attccaatgg ataccatcag ggctcctgaa 1620 actacctggt taaactacag ctaatacaca cttctatcct ccacttgcga tgttatccta 1680 tataccaaaa tgcttataat tgcacctaat tatattcaag ggttcaattt gaggattttc 1740 taataaaatg ttcccaaacc aagtactttt aaggctggaa aagggccagt ttctgggcaa 1800 aaaactataa ctagtcaggt tctcatttcc ccacctctga acggatttct gaaccctgac 1860 tttgaaagct tgaagccttc ataccttcac tgggttcggt ctggaaaata tccacatgat 1920 ccttagcata ctcaattaaa ggaagaataa cagattttac caaataaatt aaagcatctg 1980 acaataataa tcacataatt tgattttgac ttagttctga gcatagaaag gacactatgt 2040 tacttccctc aaacatttag catgctcaat tttccagttt atttcccatt tcatcttgtg 2100 tttgatatat actttgtatc ctgtaattgt taaaatattt gtaggaacgg tctgctgtca 2160 acgcctgctg tatctgcagt aattcgtaaa agacaagtat gttttacacc ttttttcatt 2220 cattgtgtgc ttcactatct tttttaattt tctaattcat tgcagttttc aattctgtta 2280 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gtgctcttga tcgtgtagct gataaattga atgttccgtt ctttgaggta cttttgtcag 5700 tgaattgcat gtgcatgatt tgtttgcaaa atagtcaata ggccatggct tctagaagaa 5760 cagctaagac aatatggtca ctttgcaggt accaacagga tggaaatttt ttggaaacct 5820 aatggatgca ggtaaattgt ctatatgtgg agaggaaagt tttgggacag gatctgatca 5880 catcagggag aaggatggca tatggtaaaa tattgtttat acatggatgc tttttctatt 5940 agatatcctt actgtcctag tatccagttg ttgcctagaa atgccaaaac agagataagt 6000 gcatcagaat tgctttctat gcatgcttga tagtttgcac tcttttcttg agaactgtct 6060 gcatggaact agtcacactc ccgctaacta ctgactttca gggctgttct agcttggctg 6120 tccatacttg cacaccggaa caaggataag aaggccgggg agagattagt gtcagtggaa 6180 gatgtagcta gggaacactg ggcaacctat ggaaggaatt tcttctccag atatgattat 6240 gaggtatttt atctttcata atgaatttct gaaatgataa tttatgagag tttatcttgc 6300 gtaccgaata aaatttctgg tacattattt caacccagaa attccaatga atcactaatc 6360 ttgtactgta caggagtgtg aatctgagag tgcaaataag atgatggagc atcttagaga 6420 tgtgatcgca aaaagcaagc ctggagagaa atatggttgg ttattataga attgtgcttg 6480 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cgatgaacca ataatgtaat cttaggccaa gttttgtact gagttgatgg caaactgtat 7380 cttggaggta cctttcattg aacatagtat gcaggaatga ataagctttt agagcaatgg 7440 tacatatttc agaacaaact gtatcttgat gttctcgaat ttatcgaatt catcttgagg 7500 atgtcatgtt tctttgaaat a 7521 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 1 <400> 2 ctgctcagat tatcactaaa attg 24 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 2 <400> 3 agagctaggt ctattaaagg cttc 24 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 3 <400> 4 acgatatgac tatgagaatg ttga 24 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 4 <400> 5 agatgtaaaa aggctatcaa acag 24 <210> 6 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 5 <400> 6 gactacaaca tccagaagga gtc 23 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 6 <400> 7 tcatctaata accagttcga 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tctgcattaa tagatcttct attgtcttgg 4860 ccgtgtgcac gtaatgcgga tgccagaggt gtaacacttc tccgttgtct aaaaaaatat 4920 cttcaattgt gtctggcaaa atttaaacaa ttctggtata gcagttggat gagaaatacc 4980 tttaagtatt gttgagacta attaacaatt attgatcatt agatttatct ctcctcgaag 5040 tgatgccata acagccatat gtcacttgct ctgaaaattg acgtgtcact gtaactatct 5100 actttggtct cattttctta gtatattatg tgcatatagt tacagcttga atctcctttt 5160 catattattt gtgttgtccg taccttaata ttatcattta atacagttag atttgagaag 5220 ttttacttgc tgcatttgca aacttcattg aatgttctat tttatcactg gttctttctt 5280 tctgtgccct tccttttttt ctttttcttt attttttttt tgtgcgagga accttttagt 5340 ttagttgctg aagggaatat tgtgtgaaca aataacatta gaggtaaaaa tgcttgcagg 5400 tgatggtgat cgaaacatga ttcttggaag aaggttcttt gttacaccat cagactctgt 5460 tgcaataatt gcagcgaatg cacaggcagc aattccttat ttccaatctg gtccaaaagt 5520 aatgagatgt tacacattat aatgtttttc taaataggat attagactca tcaaagacaa 5580 gaatgatctc ttatgtttga tactttcttc agggtcttgc tagatcaatg ccaacgagtg 5640 gtgctcttga tcgtgtagct gataaattga 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ttaccagaaa ggctaatgaa ttattgacct 6540 tatgatgtag gaaactatac ccttcagttt gccgatgatt tcagttacac tgatccggtt 6600 ggcgctctct ctctctctct ctcccttgaa cacccatgtg tgcgtgtttt ggtggatatg 6660 tcagtcatgg tgcgcaattg aaatttacat ttttcctaaa tgttacaggt ggatggtagc 6720 actgtatcta aacaagggct tcgatttgta ttcaccgatg gatctaggat tatcttccgc 6780 ctttcggtac acagctatca ctgatatttt tttctccctt atcttgttgt tggagttgct 6840 gcttctaggc gctcacttgt ttgctcaaac ttccttctct tcttaatgct gagaagcatg 6900 aatctttcac atattcacta aaagccactg attttgccca cttgttttac aatttagtat 6960 atttttctct tatagggaac cggatctgct ggagcaacaa tccgtatata cattgagcaa 7020 ttcgagtctg atgcctcaaa gcatgatctg gatgcacaaa tagctttgaa gcctttaata 7080 ggtaactatc atctgccctc agatgagctt tctatgcatc catttcctga aattatgtgt 7140 atatataaac tactcataaa ctattttaaa tttctgcaga cctagctcta tctgtttcaa 7200 agttgaagga cttcactgga agagataagc ctactgtcat aacataaaca taccggtgac 7260 attagcaatg ttaccacctg tgtattcttt tatttctttg tttttatagc cccttccaac 7320 cgatgaacca ataatgtaat cttaggccaa gttttgtact gagttgatgg caaactgtat 7380 cttggaggta cctttcattg aacatagtat gcaggaatga ataagctttt agagcaatgg 7440 tacatatttc agaacaaact gtatcttgat gttctcgaat ttatcgaatt catcttgagg 7500 atgtcatgtt tctttgaaat a 7521 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 1 <400> 2 ctgctcagat tatcactaaa attg 24 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 2 <400> 3 agagctaggt ctattaaagg cttc 24 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 3 <400> 4 acgatatgac tatgagaatg ttga 24 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 4 <400> 5 agatgtaaaa aggctatcaa acag 24 <210> 6 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 5 <400> 6 gactacaaca tccagaagga gtc 23 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> RT-PCR primer sequence 6 <400> 7 tcatctaata accagttcga tttc 24 <210> 8 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SalI Foward primer <400> 8 caccgtcgac atggcctcgc acgcgctccg cctc 34 <210> 9 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SmaI Reverse primer <400> 9 tcccccggga tgttatgaca gtaggcttat ctc 33 <210> 10 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PF1 <400> 10 ctatgtagaa tagctgtttt gcacccaac 29 <210> 11 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PR1 <400> 11 tatagcacta cgggcatatt cttcatttg 29 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> L1 <400> 12 cgatttttga aatgcgagag cg 22 <210> 13 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PF2 <400> 13 tgctgctagg aaccaagagt aaatcaata 29 <210> 14 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PR2 <400> 14 tcaaacacaa gatgaaatgg gaaataaac 29 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> G1 <400> 15 atccagactg aatgcccaca 20

Claims (19)

벼에서 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
1. A method for producing male sterile rice comprising the step of suppressing the expression of an OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in rice.
제1항에 있어서,
상기 단계는 OspPGM 유전자의 일부 염기를 치환 또는 결실하여 이루어지는 것인, 웅성불임 벼의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein said step is performed by substitution or deletion of a part of the base of the OspPGM gene.
제1항에 있어서,
상기 단계는 T-DNA 삽입에 의해 이루어지는 것인, 웅성불임 벼의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein said step is performed by T-DNA insertion.
제1항에 있어서,
상기 방법은 모본인 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼, 및 부본인 웅성 가임의 벼와 교배시키는 단계를 추가로 포함하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the method further comprises crossing the rice with the parent OspPGM gene expression inhibited rice and the parent male rice germ.
제1항에 있어서,
상기 OspPGM 유전자는 엽록체에 존재하는 것인, 웅성불임 벼의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the OspPGM gene is present in chloroplasts.
모본인 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 벼(T1), 및 부본인 웅성 가임의 벼(T1)와 교배시키는 단계를 포함하는, 웅성불임 계통 벼(T2)의 제조방법.
(T1) in which the expression of the OspPGM gene consisting of the polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 as a parent is suppressed, and rice (T1) of the parent male parent germ (T1) T2).
서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도용 조성물.
1. A composition for inducing male sterility in rice comprising an agent for inhibiting expression of an OspPGM gene comprising a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
제7항에 있어서,
상기 제제는 OspPGM 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하는 siRNA, shRNA, miRNA, 및 안티센스 올리고뉴클레오티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 벼의 웅성불임 유도용 조성물.
8. The method of claim 7,
Wherein the agent is selected from the group consisting of siRNA, shRNA, miRNA, and antisense oligonucleotides that specifically bind to the mRNA of the OspPGM gene.
서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자의 발현이 억제된, 웅성불임 벼.
A male sterile rice in which the expression of the OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is suppressed.
제9항에 있어서,
상기 벼의 웅성불임은 가역적인 것인, 웅성불임 벼.
10. The method of claim 9,
The male sterility of the rice is reversible, male sterile rice.
서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자 발현여부를 판단하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법.
And determining whether the OspPGM gene is expressed by a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자의 mRNA 또는 단백질 수준을 측정하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성 불임성 확인용 조성물.
1. A composition for identifying the male sterility of rice, comprising an agent for measuring mRNA or protein level of an OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
제12항에 있어서,
상기 제제는 OspPGM 유전자에 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 또는 프로브인 것인, 조성물.
13. The method of claim 12,
Wherein the agent is a primer or a probe capable of specifically binding to the OspPGM gene.
제12항에 있어서,
상기 제제는 상기 OspPGM 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머인 것인, 조성물.
13. The method of claim 12,
Wherein the agent is an antibody or an aptamer that specifically binds to the OspPGM protein.
서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자의 발현이 억제된 웅성불임 계통 벼에서, OspPGM 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 벼의 임성 회복 방법.
1. A method for regenerating rice, comprising the step of overexpressing the OspPGM gene in a male sterile rice plant in which the expression of the OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is inhibited.
제15항에 있어서,
상기 단계는 OspPGM 유전자를 포함하는 벡터를 벼에 형질전환시켜 이루어지는 것인, 벼의 임성 회복 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein said step is carried out by transforming a vector containing OspPGM gene into rice.
서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자를 포함하는, 벼의 임성 회복용 조성물.
1. A composition for restoring rice fertility comprising an OspPGM gene consisting of a polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
후보물질을 처리한 벼에서 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 폴리뉴클레오티드로 이루어진 OspPGM 유전자의 발현량을 측정하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도제의 스크리닝 방법.
And measuring the expression level of the OspPGM gene comprising the polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in the rice treated with the candidate substance.
제18항에 있어서,
상기 방법은 상기 측정된 발현량이, 후보물질을 처리하지 않은 벼의 발현량에 비하여 억제할 경우, 벼의 웅성불임 유도제로 판단하는 단계를 추가로 포함하는, 벼의 웅성불임 유도제의 스크리닝 방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the method further comprises the step of determining that the measured expression level is a male sterility inducer of rice when the measured amount of expression is inhibited as compared with the expression level of rice not treated with the candidate substance.
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