KR101965971B1 - Phosphate starvation inducible promoter and use thereof - Google Patents

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문선옥
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고윤실
홍우종
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Abstract

The present invention relates to a promoter that preferentially induces a foreign gene to a root in a phosphate-deficient environment. The promoter of the present invention, capable of preferentially expressing a foreign gene in a root in a phosphate-deficient environment, can be used to improve useful traits of roots of major cereals or monocotyledons including Oryza sativa in a phosphate-deficient environment by regulating the gene expression necessary for improvement of root traits in the case of phosphates deficiency. The present invention provides a composition for inducing root-first expression of a foreign gene in the phosphate-deficient environment, comprising a promoter consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and a vector comprising a foreign gene operatively linked to the promoter.

Description

인산 결핍 유도 프로모터 및 이의 용도 {Phosphate starvation inducible promoter and use thereof}Phosphate Deficiency Inducible Promoter and Its Use {Phosphate starvation inducible promoter and use thereof}

본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 뿌리에 유도할 수 있는 신규 프로모터 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a novel promoter capable of inducing a foreign gene into the root in a phosphate-deficient environment and its use.

벼(Oryza sativa)는 세계에서 가장 중요한 식량작물의 하나로 과거 20여년 동안 꾸준히 수량 증대에 힘써왔으나 현재 인구증가 추세로 볼 때 2020년이면 현재의 70% 이상에 달하는 수량을 더 생산해야만 될 형편에 놓여있다. 그러나 벼가 재배되는 농지는 세계 각국의 공업화 현상으로 갈수록 줄어들고 육종의 소재가 되는 새로운 유전자원은 고갈되어 외래 유용유전자의 도입이 요구되고 있다. 다행히 분자생물학의 발달로 외래 유용유전자의 분리 및 조작이 가능하게 되어 유용 유전자를 벼를 비롯한 많은 식물세포에 형질 전환하여 새로운 유전자가 조합된 형질 전환체를 얻음으로서 여러 가지 생명현상을 규명하는 유전자발현 연구는 물론 육종의 좋은 소재가 되고 있다. 이러한 형질전환을 이용한 신품종 생산은 앞으로 다가오는 21세기에 고부가가치 산업으로 대두함은 물론이며 인류의 가장 큰 문제점으로 부각되는 식량문제를 어느 정도는 해결할 수 있으리라 생각된다.Rice (Oryza sativa) is one of the most important food crops in the world. It has been steadily increasing its yields over the past two decades, but by 2020 it will have to produce more than 70% have. However, the agricultural land where rice is cultivated is getting smaller and smaller as the industrialization phenomenon of each country in the world, and the new genetic resource which is the subject of breeding is depleted and the introduction of the foreign useful gene is required. Fortunately, the development of molecular biology has enabled the isolation and manipulation of exogenous useful genes, transforming useful genes into many plant cells, including rice, to obtain transformants with new genes, Research has become a good source of breeding as well. The production of new varieties using this transformation will not only become a high value - added industry in the coming 21st century, but it will also solve some of the food problems that are highlighted as the greatest problems of mankind.

현재까지 알려진 형질전환 방법으로, 80년대 원형질체에 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol(PEG))과 전기충격법(electroporation)으로 많은 형질전환체를 획득하였으며, 90년대 후반 유전자총 이용법이 보편화되었으며 최근에는 쌍자엽식물에서 널리 이용되어 왔던 아그로박테리움(Agrobacterium) 이용법도 많이 이용되고 있다. 그밖에 화분법(pollen pathway), 미세주사(microinjection) 방법 등이 있다. Many transgenic plants have been obtained by using polyethylene glycol (PEG) and electroporation in the protoplasts of the 1980s as a known transformation method. In the late 1990s, Agrobacterium, which has been widely used in the art, is also widely used. Other methods include pollen pathway and microinjection method.

프로모터는 유전자의 상부 쪽에 연결되어 있는 유전체 부위로서 이에 연결된 구조 유전자가 mRNA로 전사(transcription)되도록 조절하는 역할을 한다. 기본대사에 필요한 단백질들은 세포 내에서 일정 농도를 유지하여야 하므로 이들의 유전자에 연결된 프로모터는 일반전사인자의 작용만으로도 항시 활성화되어 있다. 이에 반하여 평시에는 역할이 없고 특수한 상황 하에서만 기능이 요구되는 단백질들은 주변으로부터의 환경적 요인 또는 외부 자극에 의해 활성화된 특이 전사인자(specific transcription factor)가 결합함으로써 활성화될 수도 있다.The promoter is a genomic region connected to the upper side of the gene, and plays a role of regulating transcription of a structural gene linked to the promoter to mRNA. Since the proteins necessary for basic metabolism must maintain a certain concentration in the cells, the promoter linked to these genes is always activated by the action of a common transcription factor. Conversely, proteins that do not have a role in normal times and that require function only under specific circumstances may be activated by binding environmental transcription factors or specific transcription factors activated by external stimuli.

즉, 프로모터(promoter)는 외래 유전자의 발현을 필요에 따라 식물체의 전신 또는 특별한 조직에만 국한시켜 형질전환 목적을 달성할 수 있으며 기능에 따라 아래와 같은 프로모터들을 포함할 수 있다. That is, a promoter can achieve the purpose of transformation by limiting the expression of a foreign gene to a whole body or a specific tissue of a plant as necessary, and may include the following promoters depending on function.

첫째로 전신발현 유도 프로모터를 들 수 있다. 식물 전신발현 유도 프로모터로는 꽃양배추 모자이크 바이러스(CaMV: cauliflower mosaic virus)의 35S RNA 유전자의 프로모터가 대표적인 쌍떡잎식물용 프로모터로 사용되고 있다. 벼 등의 외떡잎식물용 전신발현 유도 프로모터로는 벼 액틴(actin) 및 옥수수 유비퀴틴(ubiquithin) 유전자 프로모터들이 주로 이용되어 왔으며, 최근 벼 시토크롬 C유전자(OsOc1)의 프로모터가 국내 연구진에 의해 개발되어 사용 중에 있다(대한민국등록특허 제10-0429335호). 이들은 식물형질전환 기본 운반체 내에 선발마커로 이용되는 항생제나 제초제 저항성 유전자 및 리포터 유전자의 발현을 유도하기 위해 이미 내재되어 있으며, 연구적인 측면에서 목적하는 유전자의 식물체 내 기능을 밝히고자 시도할 때 우선적으로 고려되는 프로모터들이다. 그러나 이러한 프로모터에 연결된 특정 유전자의 상시적이고 과다한 발현(overexpression)은 생체대사에 불필요한 대량의 단백질이 주는 유독효과로 인하여 형질전환 식물체가 발아가 되지 않거나 왜소하게 되는 등의 부작용이 나타나는 경우가 많다. 대표적인 예로서, CaMV35S 프로모터를 사용하여 환경스트레스 전사인자 유전자 DREB1A를 과발현시킨 애기장대가 저온 및 저수분 조건에 대하여 저항성을 증진되는 것은 관찰되었으나, 성장이 저해되어 왜소증(dwarfed phenotype)을 보이면서 아미노산 프롤린 및 수용성 당류의 생산이 함께 증가하는 것이 확인되었다(Lie et al., Plant Cell 10: 1391-1406, 1998; Gilmour et al., PlantPhysiol. 124: 1854-1865, 2000). 이러한 부작용은 CaMV35S 프로모터 대신 환경스트레스 관련 유전자인 rd29A의 유도성 프로모터를 사용함으로써 최소화할 수 있다(Kasuga et al, Nat. Biotechnol. 17: 287-291, 1999).First, systemic expression-inducible promoters can be mentioned. As a plant systemic expression-inducing promoter, a promoter of 35S RNA gene of cauliflower mosaic virus (CaMV) is used as a typical promoter for dicotyledonous plants. Actin and maize ubiquitin gene promoters have been mainly used as promoters for the expression of the whole plants in rice plants and rice plants. Recently, a promoter of the rice cytochrome C gene (OsOc1) has been developed by domestic researchers, (Korean Patent No. 10-0429335). They are already inherent in inducing the expression of antibiotics, herbicide resistance genes and reporter genes used as selection markers in the plant transgenic carrier. From a research point of view, Promoters considered. However, overexpression of certain genes linked to these promoters often results in the side effects of transgenic plants not being germinated or being dwarfed due to the toxic effects of large amounts of proteins that are unnecessary for biological metabolism. As a representative example, it was observed that the Arabidopsis thaliana overexpressing the environmental stress transcription factor gene DREB1A using the CaMV35S promoter promoted resistance to low temperature and low moisture conditions. However, the growth was inhibited and the dwarfed phenotype of amino acid proline and (Lie et al., Plant Cell 10: 1391-1406, 1998; Gilmour et al., Plant Physiol. 124: 1854-1865, 2000). This side effect can be minimized by using an inducible promoter of the environmental stress-related gene rd29A instead of the CaMV35S promoter (Kasuga et al., Nat. Biotechnol. 17: 287-291, 1999).

둘째로, 종자 특이적 프로모터를 들 수 있다. 대표적인 예로서 벼의 주요 저장 단백질 유전자의 프로모터들로서 황금쌀(golden rice) 개발에 사용된 벼 글루테린(glutelin) 프로모터가 현재까지 외떡잎 식물의 종자 특이적 발현을 유도하는 경우에 많이 사용되고 있고, 쌍떡잎 식물의 종자 특이적 발현을 유도하는데 주로 사용되는 프로모터로는 콩 유래 렉틴(lectin) 프로모터, 배추 유래 나핀(napin) 프로모터 및 애기장대의 종자에서 감마 토코페롤 메틸기 전이효소(γ-tocopherol methyl transferase:γ-TMT) 유전자 발현을 유도함으로써 비타민 E 생성을 증진시킨 연구에 사용된 당근 유래 DC-3 프로모터, 들깨 유래 올레오신(oleosin) 프로모터의 종자 특이발현 유도 특허출원(대한민국 등록특허 제10-0685520호) 사례가 있다. 상기 종자 특이적 프로모터들은 주로 종자 자체가 식량이나 식품 또는 식품의 원료로 사용되는 주요 작물에서 유용 단백질 축적 및 유용 물질 생성 등을 목적으로 주로 사용되고 있다.Second, seed-specific promoters can be mentioned. As a representative example, the rice glutelin promoter used for the development of golden rice as promoters of major storage protein genes of rice has been widely used to induce seed-specific expression of monocotyledonous plants to date, Promoter of soybean-derived lectin, napin promoter derived from Chinese cabbage, and gamma-tocopherol methyl transferase (gamma-TMT) in the seeds of Arabidopsis thaliana ) Patent application (Korean Patent No. 10-0685520) for inducing seed-specific expression of carrot-derived DC-3 promoter and perilla originated oleosin promoter used in the study to promote vitamin E production by inducing gene expression have. The seed-specific promoters are mainly used for the purpose of accumulating useful proteins and producing beneficial substances in major crops in which seed itself is used as a food, a food, or a raw material for food.

셋째로, 잎 등의 기타 조직 특이 프로모터를 들 수 있다. 잎 등의 광합성 조직에서만 강력한 유전자의 발현을 유도하는 벼와 옥수수 유래의 알비씨에스 (rbcS: ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit) 프로모터, 아그로박테리움 유래의 식물 뿌리 발현을 유도하는 RolD 프로모터, 감자 유래 괴경 특이 발현 유도 파타틴 (patatin) 프로모터, 토마토 유래의 과실 성숙 특이 발현 유도 피디에스 (PDS: phytoene synthase) 프로모터 등이 있다.Third, other tissue specific promoters such as leaves may be mentioned. (RbcS: ribulose bisphosphate carboxylase / oxygenase small subunit) promoter which induces expression of a strong gene only in photosynthetic tissues such as leaves, RolD promoter inducing expression of plant roots derived from Agrobacterium, potato-derived tuber A specific expression-inducible patatin promoter, and a tomato-derived fruit maturation-specific expression-inducing PDS (phytoene synthase) promoter.

넷째로 뿌리 특이 발현 프로모터이다. 애기장대 퍼옥시다제(peroxidase, prxEa)가 분리되어 뿌리 특이적 발현을 확인하였고, 최근 고구마 유래의 매즈 유전자(ibMADS)와 당 유도성 에이디피 글루코즈 파이로포스파타제(ADP-glucose pyrophosphatase, AGPase) 유전자가 분리되어 해당 프로모터가 뿌리에서 특이 발현을 유도하며 당근, 무에서 뿌리 특이적 일시적 발현을 유도함을 확인하여 특허 등록(대한민국 등록번호 제10-0604186호, 제10-0604191호)된 바 있다.Fourth is root specific expression promoter. (IbMADS) and sugar-induced adipose-glucose pyrophosphatase (AGPase) genes were isolated from the sweet potato-derived rice paddy rice, and the peroxidase (prxEa) (Korean Registration Nos. 10-0604186 and 10-0604191), confirming that the promoter induces specific expression in roots and induces root-specific transient expression in carrot and radish.

위와 같은 프로모터들은 대부분 특정 환경적 조건에 영향을 받지 않고, 일정한 수준으로 특정의 부위에서 외래 유전자의 발현을 유도하는 프로모터들이다. 위 프로머터들은 식물체의 생존 환경, 또는 특정의 스트레스 조건에 따라 프로모터로써의 활성 변화를 고려하는 것이 아니기 때문에, 식물체에 질병을 일으킬 수 있는 환경에서 외래 유전자 발현을 조작할 수 없다는 문제가 있다. 이에 따라 식물체 조직에서 모든 시간대에 상시적으로 발현을 유도하는 프로모터가 아닌 특정 조건 또는 특정 시기에 목적 유전자의 발현을 유도할 수 있는 스트레스 유도성 프로모터가 필요하다. Most of these promoters are promoters that induce the expression of a foreign gene at a certain level without being affected by specific environmental conditions. Since the pro-amers do not consider the activity change as a promoter according to the survival environment of the plant or the specific stress condition, there is a problem that the expression of the foreign gene can not be manipulated in an environment capable of causing disease in the plant. Accordingly, a stress inducible promoter capable of inducing the expression of a target gene in a specific condition or at a specific time, rather than a promoter that induces expression at all times in the plant tissue, is required.

위와 같은 스트레스에 따른 특정 유전자의 발현을 유도하는 시스템은 대부분 화학 물질에 의한 것이었다. 예를 들어, 스테로이드 덱사메타손(dexamethasone), 항생제 테트라사이클린(tetracycline), 구리이온, IPTG 등 화학물질을 유도물질로 처리해 주는 방법이 알려져 있다(Gatz et al.,Plant J. 2: 397-404, 1992; Weimann et al., Plant J. 5: 559-569, 1994; Aoyama T. and Chua N-H, Plant J.11: 605-612, 1997). 그러나 이들 시스템에 사용하는 유도물질 화합물들의 가격이 극히 고가이고 그 화학물질 자체가 주는 유독한 효과를 발생하기도 하며 모든 식물에 적용되지 못하는 등의 문제점이 있다. Most of the systems that induce the expression of specific genes according to these stresses were chemical substances. For example, a method of treating a chemical substance such as steroid dexamethasone, antibiotic tetracycline, copper ion, and IPTG with an inducer has been known (Gatz et al., Plant J. 2: 397-404, 1992 ; Weimann et al., Plant J. 5: 559-569, 1994; Aoyama T. and Chua NH, Plant J. 11: 605-612, 1997). However, there is a problem that the price of the inductive compound used in these systems is extremely high, the toxic effect of the chemical itself is generated, and it is not applicable to all plants.

유전자 조작에 의한 스트레스 환경에서의 외래 유전자 유도에 대해서는 하기와 같은 프로모터들이 예를 들어 알려져 있다. 대한민국 등록 특허 제10-0781059호에는 환경 스트레스에 의해 활성화되는 유도성 프로모터 및 상기 프로모터를 이용하여 공변세포에 특이적으로 목적단백질을 생산하는 형질전환 식물을 얻는 방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국공개특허 제10-2010-0107263호에는 벼로부터 유래한 Lea 계열의 Wsi 유전자의 프로모터 또는 ABA-유도된 프로모터가 염분 스트레스, 가뭄 스트레스 조건 하에 외래 유전자를 식물체에서 발현하는 것이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-1131770호에는 벼 유래의 건조 스트레스 유도성 ADF(actin depolymerization factor) 프로모터 또는 AWPM 프로모터가 건조 스트레스에서 외래 유전자를 특이적 유도함이 개시되어 있다. For the induction of foreign genes in a stress environment by genetic manipulation, the following promoters are known for example. Korean Patent No. 10-0781059 discloses an inducible promoter which is activated by environmental stress and a method of obtaining a transgenic plant which specifically produces a target protein in the guinea pig cells using the promoter. Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0107263 also discloses that a Wai gene promoter or an ABA-induced promoter derived from rice is derived from a rice plant under salinity stress and drought stress conditions. Korean Patent No. 10-1131770 discloses that a dry stress-inducible ADF (actin depolymerization factor) promoter or AWPM promoter derived from rice specifically induces a foreign gene in drying stress.

한편, 인산은 식물이 필요로 하는 필수 영양소 중의 하나로서 에너지 전달, 신호 전달, 대사산물의 생합성, 광합성 그리고 호흡 등의 식물세포 내에서 물질 대사과정에 중요한 기능을 할 뿐 아니라 DNA와 RNA의 중요한 구성성분으로 질소와 함께 식물체가 가장 많이 필요로 하는 영양원소이다. 식물체의 성장에 필요한 많은 양의 인산은 주로 비료의 형태로 식물체에서 공급되고 있으나, 대부분의 인산은 토양에서 식물이 이용할 수 없는 유기물 또는 금속이온들과 결합한 형태로 고정화 된다. 따라서 실제 식물이 이용할 수 있는 유효인산의 양은 토양 속에 극히 적은 양으로 존재하고 있다. 특히, 산성 토양의 경우, 과다하게 축적된 알루미늄 이온에 의한 인산의 고정화로 토양의 인산 유효성을 더욱 낮추고 있다. 이에 따라 이러한 인산 결핍 환경에 저항할 수 있는 신규 품종이 필요하다. On the other hand, phosphoric acid is one of the essential nutrients required by plants and plays an important role in metabolism in plant cells such as energy transfer, signal transduction, biosynthesis of metabolites, photosynthesis and respiration, It is a nutrient element that plants most need together with nitrogen as an ingredient. The large amount of phosphoric acid required for the growth of plants is supplied mainly from plants in the form of fertilizers, but most of the phosphoric acid is immobilized in the soil in combination with organic or metal ions that are not available to plants. Therefore, the available amount of available phosphoric acid in actual plants is very small in soil. Particularly, in the case of acidic soil, the phosphoric acid is further immobilized by excessively accumulated aluminum ions, thereby lowering the effectiveness of the soil. Therefore, new varieties that can resist these phosphorus deficient environments are needed.

위와 같은 기술 실정을 고려할 때, 개발자의 의도에 따라 보다 정밀하게 유전자 발현의 장소를 조절할 수 있는 새로운 프로모터, 예컨대 특정한 환경에서만 발현되어야 하는 유전자 (예: 가뭄, 염분스트레스, 영양분 결핍, 추운환경 등)를 발현시킬 수 있는 신규 프로모터 에 대한 연구 개발이 필요하다. Considering the above technical situation, a new promoter which can control the place of gene expression more precisely according to the intention of the developer, for example, a gene which should be expressed only in a specific environment (for example, drought, salt stress, nutrient deficiency, Lt; RTI ID = 0.0 > promoter. ≪ / RTI >

대한민국 등록특허 제10-0429335호 2004.06.16.Korean Registered Patent No. 10-0429335 2004.06.16. 대한민국 등록특허 제10-0685520호 2007.02.14.Korean Registered Patent No. 10-0685520 2007.02.14. 대한민국 등록특허 제10-0604186호 2006.07.18.Korean Registered Patent No. 10-0604186 2006.07.18. 대한민국 등록특허 제10-0604191호 2006.07.18.Korean Registered Patent No. 10-0604191 2006.07.18. 대한민국 등록특허 제10-0781059호 2006.12.01.Korean Registered Patent No. 10-0781059 2006.12.01. 대한민국 공개특허 제10-2010-0107263호 2010.10.05.Korean Patent Publication No. 10-2010-0107263 2010.10.05. 대한민국 등록특허 제10-1131770호 2012.03.23.Korean Registered Patent No. 10-1131770 2012.03.23.

본 발명은 인산 결핍 환경에서 뿌리 우선적으로 외래 유전자를 발현시킬 수 있는 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터를 제공한다.The present invention provides a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene capable of expressing foreign genes in a phosphate-deficient environment.

본 발명은 인산 결핍 환경에서 뿌리 우선적으로 외래 유전자를 발현시킬 수 있는 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터 및 이와 작동 가능하게 연결되어 있는 외래 유전자를 포함하는 발현 벡터를 제공한다. The present invention provides an expression vector comprising a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene capable of expressing a foreign gene at a root priority in a phosphate-deficient environment and a foreign gene operably linked thereto.

본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터를 포함하는, 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물을 제공한다. The present invention provides a composition for inducing root-first expression of a foreign gene, comprising a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene and a vector comprising an operably linked foreign gene in a phosphate-deficient environment.

본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터로 형질전환된 형질 전환 세포를 포함하는, 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물을 제공한다. The present invention relates to a method for inducing root-first expression of a foreign gene, comprising a transgenic cell transformed with a vector comprising a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene and a foreign gene operably linked thereto in a phosphate-deficient environment ≪ / RTI >

본 발명은 상기 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물로 형질전환되어 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 단자엽 식물체의 뿌리에서 우선적으로 발현하는, 형질전환 단자엽 식물체를 제공한다. The present invention provides a transgenic monocotyledonous plant which is transformed with the above composition for inducing root induction expression and preferentially expresses a foreign gene in the root of a terminal plant in a phosphate-deficient environment.

본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터로 단자엽 식물체를 형질 전환시키는 단계를 포함하는, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 뿌리에서 우선적으로 발현하는 형질 전환 단자엽 식물체의 제조 방법을 제공한다. The present invention relates to a method for producing a foreign gene in a phosphate-deficient environment, which comprises transforming a monocot plant with a vector comprising a promoter for inducing root-first expression of the foreign gene and a foreign gene operably linked thereto in a phosphate- Which is expressed primarily in the root, is provided.

본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 뿌리에서 우선적으로 발현시키는, 형질 전환 단자엽 식물체의 제조방법으로, The present invention relates to a method for producing a transgenic monocotyledonous plant in which a foreign gene is preferentially expressed in a root in a phosphate-deficient environment,

(a) 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터를 포함하는, 인산결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물을 제조하는 단계; (a) a composition for inducing root-first expression of a foreign gene in a phosphate-deficient environment, comprising a vector comprising a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene and a foreign gene operably linked thereto in a phosphate-deficient environment Producing;

(b) 단자엽 식물체에 상기 조성물을 도입하는 단계; 및 (b) introducing the composition into a terminal plant; And

(c) 상기 조성물이 도입되어 인산 결핍 환경에서 외래유전자를 뿌리 우선적으로 발현하는 형질전환 단자엽 식물체를 선별하는 단계를 포함하는 제조방법을 제공한다. (c) selecting the transgenic monocotyledonous plants to which the composition is introduced such that the foreign gene is expressed primarily in a phosphate-deficient environment.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 식물의 외부 자극에 의해 조직 또는 기관 특이적으로 외래 유전자를 발현할 수 있는 프로모터들을 발굴함으로써 식물의 특정 조직 또는 기관에 국한시켜 목적 유전자를 특이적으로 발현 또는 저해할 수 있는 시스템을 확립하고자 하였다. In order to achieve the above object, the present inventors have discovered that promoters capable of expressing a foreign gene in a tissue or organ-specific manner by external stimulation of a plant, thereby locating the promoter specific to a specific tissue or organ of the plant, Expression or inhibition of the < / RTI >

이를 위하여, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 유도가 가능한 프로모터에 대해 연구한 결과, 벼의 LOC_Os02g44654의 프로모터가 인산 결핍시 뿌리에서 우선적으로 외래 유전자의 발현을 유도함을 확인하였다. For this purpose, a study was conducted on promoters capable of inducing foreign genes in a phosphate-deficient environment. As a result, it was confirmed that the promoter of LOC_Os02g44654 in rice induces the expression of foreign genes preferentially in the root at the time of phosphate deficiency.

이에 따라 상기 프로모터를 확보하여 이를 포함하는 발현벡터를 제조한 후 이를 식물에 도입하여 형질 전환시킨 형질 전환체가 인산 결핍 환경에서 뿌리 우선적으로 리포터 유전자를 발현시킴을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Thus, the present invention has been accomplished by securing the promoter, preparing an expression vector containing the promoter, and introducing the expression vector into a plant to confirm that the transformant expressing the reporter gene is preferentially expressed in a phosphate-deficient environment.

보다 상세하게, 본 발명자들은 공개된 벼 알엔에이-식 (RNA-seq) 자료를 참조하여 인산 결핍 스트레스를 21일 주었을 때 우선적으로 뿌리에서 발현이 올라가는 유전자 774개를 분리하였다. 상기 유전자 중 LOC_Os02g44654 유전자는 인산 결핍시 뿌리에서만 발현이 현저히 증가하는 것으로 보였고 이를 검증하기 위해 실시간 증폭(Real-time PCR) 기법을 이용하여 인산결핍을 7일, 21일 주었을 때 점차적으로 발현이 증가하는 것을 확인하였다. More specifically, the present inventors referred to published RNA-RNA data to isolate 774 genes whose expression level is increased in the root when 21 days of phosphorylation stress is given. The LOC_Os02g44654 gene of the above genes showed a marked increase in expression at the root only when the phosphate deficiency was detected. To verify this, the expression of phosphoric acid was gradually increased at 7 days and 21 days using real-time PCR technique Respectively.

이를 기초로 LOC_Os02g44654의 프로모터의 염기서열 해독 정보를 참고하여 LOC_Os02g44654의 -1301부터 +1110까지의 프로모터 영역과 첫 번째 exon의 일부를 포함하는 영역(총 2,411bp)을 게놈 DNA PCR를 통해서 분리하고 pGEM T-이지 벡터에 클로닝하여 염기서열 해독을 하였다. Based on this, the region containing the promoter region from -1301 to +1110 and the part of the first exon (total 2,411 bp) of LOC_Os02g44654 was isolated by genomic DNA PCR, and pGEM T -Easy vector and the base sequence was decoded.

이렇게 분리된 프로모터를 pGA3519 벡터에 넣어, 형질전환된 식물체를 제작하였다. 형질전환된 식물체에서 인산 결핍 스트레스를 21일 준 후 GUS 반응을 검증함으로써, 해당 프로모터가 인산 결핍 시 뿌리 우선적 유전자 발현을 유도하여 본 발명을 완성하였다.The thus isolated promoter was inserted into the pGA3519 vector to prepare a transformed plant. By inspecting the GUS reaction after 21 days of phosphorus deficiency stress in the transgenic plants, the promoter induces root-first gene expression in the absence of phosphoric acid, thereby completing the present invention.

본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터를 제공한다. 본 발명에 따른 상기 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터는 벼의 LOC_Os02g44654의 프로모터 영역을 포함하며, 보다 바람직하게 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 포함한다. The present invention provides a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene in a phosphate-deficient environment. In the phosphate-deficient environment according to the present invention, the promoter for inducing the primary preferential expression of the foreign gene includes the promoter region of LOC_Os02g44654 of rice, and more preferably the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.

본 발명에 따른 프로모터는 인산 결핍 환경 예를 들어, 토양에 인산이 부족한 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현을 유도함으로써 인산 결핍의 스트레스 환경에 대한 저항성을 부여한다. The promoter according to the present invention imparts resistance to the stress environment of phosphate deficiency by inducing root-first expression of the foreign gene in a phosphate-deficient environment, for example, in an environment lacking phosphorus in the soil.

프로모터는 유전자의 환경적, 시기적 및 조직적 발현을 조절하는 필수적인 요소로서, 본 발명에 따른 프로모터는 인산 결핍 환경에서 식물체의 뿌리에서 외래 유용 유전자의 발현을 우선적으로 유도할 수 있다. 바람직하게 뿌리의 말단부, 보다 바람직하게 뿌리의 신장대에서 우선적 발현을 유도할 수 있다. Promoters are essential elements for regulating the environmental, temporal, and systemic expression of genes. Promoters according to the present invention can preferentially induce the expression of exogenous utility genes in plant roots in a phosphate-deficient environment. Preferably at the distal end of the root, more preferably in the kidney of the root.

즉, 본 발명의 프로모터는 벼의 LOC_Os02g44654의 프로모터로서 외래 유전자의 발현이 인산 결핍 시 뿌리에 우선적으로 이루어지도록 유도하는 인산 결핍 유도성 뿌리 우선적 발현 프로모터(이하 '본 발명의 프로모터'라 함)이다.That is, the promoter of the present invention is a promoter of LOC_Os02g44654 of rice, and is a phosphorylation-inducible root-preferential expression promoter (hereinafter referred to as 'the promoter of the present invention') which induces the expression of a foreign gene preferentially to the root at the time of phosphate deficiency.

본 발명에 있어서 "우선적"이란, 본 발명에 따른 프로모터에 의한 고발현성, 특이성 등을 모두 포함하여 식물 일부에서 우선적 발현 증가를 의미한다. 예컨대 본 발명에 따른 프로모터가 결여된 식물체와 대비하여 50% 이상, 60 % 이상, 70 % 이상, 80 % 이상, 90 % 이상, 100% 이상, 200% 이상, 5배 이상 또는 그 이상의 발현 증가를 의미한다. In the present invention, " preferential " means a preferential expression increase in a part of a plant including all of the high specificity and specificity by the promoter according to the present invention. For example, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, 100% or more, 200% or more, 5 or more times or more increase in expression compared to a plant lacking the promoter according to the present invention it means.

본 발명의 프로모터는 예컨대 LOC_Os02g44654의 -1301부터 +1110까지의 프로모터 영역이다. 본 발명의 서열번호 1로 표시되는 프로모터와 일부 유전자 영역은 공개된 벼 게놈 서열 상, LOC_Os02g44654 앞쪽과 유전자의 일부를 포함하는 서열로, 서열번호 1로 표시되는 염기 서열 중 일부가 치환, 삽입 또는 삭제되더라도 공개된 벼 게놈 서열 상 LOC_Os02g44654의 프로모터와 일부 유전자 영역에 위치한 서열과 상동성이 유지되어 실질적으로 동등한 효과를 나타낸다면 본 발명의 범주에 포함될 수 있다. 즉, "본 발명의 프로모터"와 "기능적으로 동등한 절편"을 포함할 수 있으며, 상기 프로모터와 실질적으로 동등한 효과를 나타내는, 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 핵산의 조각 또는 일부분일 수도 있다. 이러한 핵산 절편은 서열번호 1에 기재된 염기서열과 비교하여 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 그 이상의 서열 상동성을 가지며, 이러한 핵산 절편은 당업계에 널리 알려진 분자생물학적 방법에 의하여 용이하게 제작될 수 있다. 바람직하게 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 것이다.The promoter of the present invention is, for example, a promoter region from -1301 to +1110 of LOC_Os02g44654. The promoter shown in SEQ ID NO: 1 of the present invention and a part of the gene region are located in front of LOC_Os02g44654 on the public rice genome sequence, and a part of the gene, and some of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 1 are substituted, inserted or deleted , It can be included in the scope of the present invention if homology with the promoter of LOC_Os02g44654 on the published rice genome sequence and the sequence located in some gene regions are maintained and exhibit substantially equivalent effects. That is, it may be a fragment or a fragment of a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, which may contain the " promoter of the present invention " and " functionally equivalent fragment ", and exhibits substantially equivalent effect to the promoter. These nucleic acid fragments are 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95% 96%, 97%, 98%, 99% or more of sequence homology. Such a nucleic acid fragment can be easily prepared by molecular biological methods well known in the art. Preferably, it comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

또한 본 발명은 상기 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 발현 벡터를 제공한다. 위 프로모터는 인산 결핍 환경에서 뿌리 우선적으로 외래 유전자를 발현시킬 수 있는 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터로 앞서 정의된 바와 같다. The invention also provides an expression vector comprising said promoter and an operably linked foreign gene. The above promoter is a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene capable of expressing foreign genes in a phosphate-deficient environment as described above.

용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 의미하며, DNA를 복제하고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 발현 벡터는 일반적으로 플라스미드 또는 바이러스 DNA로부터 유래하거나, 둘 다의 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 발현 벡터는 재조합 DNA 또는 RNA 구축물, 예컨대, 플라스미드, 파지, 재조합 바이러스 또는 적절한 숙주 세포 내 도입시, 클로닝된 DNA의 발현을 초래하는 다른 벡터를 의미한다. 적절한 발현 벡터는 당업자에게 잘 알려져 있으며, 진핵세포 및/또는 원핵세포 내에서 복제가능한 것들 및 에피솜으로 남는 것들 또는 숙주 세포 게놈 내에 통합되는 것들을 포함한다. The term " vector " refers to a DNA fragment (s), nucleic acid molecule, which transfers into a cell, which can be cloned and independently reprogrammed in host cells. &Quot; Expression vector " means a recombinant DNA molecule comprising a desired coding sequence and a suitable nucleic acid sequence necessary for expressing a coding sequence operably linked in a particular host organism. The expression vector may generally be derived from a plasmid or viral DNA, or may contain both elements. Thus, an expression vector refers to a recombinant DNA or RNA construct, such as a plasmid, phage, recombinant virus, or other vector that, upon introduction into an appropriate host cell, results in the expression of the cloned DNA. Suitable expression vectors are well known to those skilled in the art and include those that replicate in eukaryotic and / or prokaryotic cells and those that remain as episomes or that are integrated into the host cell genome.

상기 통상의 벡터는 본 발명의 프로모터를 도입할 수 있는 것이면 어떠한 것이든 무방하나, 바람직하게는 pCAMBIA계열, pGA계열, pGWB계열, 예컨대, pGA3519, pCAMBIA3301, pCAMBIA3300, pGA3426, pGA3780, pGWB12, pGWB14와 같은 Ti-plasmid 및 이에 파생된 벡터로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이들 벡터는 본 발명의 프로모터 및 외래 유전자를 포함하며 인산 결핍 시 뿌리에서 우선적으로 외래 유전자 발현에 현저한 효과를 가진다. Such a vector may be any of those which can introduce the promoter of the present invention, but is preferably a pCAMBIA family, a pGA family, a pGWB family such as pGA3519, pCAMBIA3301, pCAMBIA3300, pGA3426, pGA3780, pGWB12, pGWB14 Ti-plasmid, and vectors derived therefrom. These vectors contain the promoter and the foreign gene of the present invention and have a remarkable effect on the expression of the foreign gene preferentially in the root at the time of deficiency of phosphoric acid.

본 발명의 발현 벡터는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 핵산, 그와 기능적으로 동등한 절편을 포함한다.The expression vector of the present invention includes a nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a functionally equivalent fragment thereof.

본 발명의 발현 벡터는 3' 방향에 목적 단백질에 대한 외래 유전자가 발현되도록 한다. 바람직하게는 상기 발현벡터는 인산 결핍 시 뿌리에 우선적으로 발현시키고자 하는 유용한 외래 유전자를 포함할 수 있다.The expression vector of the present invention allows expression of a foreign gene for the target protein in the 3 'direction. Preferably, the expression vector may comprise a useful foreign gene that is preferentially expressed in the root upon a phosphate deficiency.

이러한 외래 유전자의 종류에는 제한이 없다. 다만, 식물이 생장하기 위해서는 양분과 물의 흡수가 중요하며 그 역할을 뿌리가 주요하게 담당하며, 뿌리를 통한 영양분 흡수능을 향상시킴으로써, 생산성 증대가 가능하다. 따라서 상기 외래 유전자는 인산 결핍 시 뿌리에 앞서 언급된 기능 및 영양분 흡수능 향상에 대한 특성과 관련된 것이면 바람직하다. 예컨대 인산 결핍 시 뿌리 발달과 관련된 유전자로서 벼의 Phosphate transporter6, WRKY76 등이 도입될 수 있다. 또한, 양분 흡수에 관여하는 OsPT4 유전자들이 도입될 수 있으며, 이러한 외래 유전자에 관한 예시로 도입 가능한 유전자의 종류가 한정되는 것은 아니다. There are no restrictions on the types of these foreign genes. However, in order to grow plants, the absorption of nutrients and water is important. Roots play a major role, and productivity can be increased by improving nutrient absorption ability through roots. Therefore, it is preferable that the foreign gene is related to the above-mentioned characteristics for improving the nutrient absorption ability and the root mentioned above when the phosphate deficiency occurs. For example, Phosphate transporter 6, WRKY76, etc. of rice may be introduced as a gene related to root development in the case of phosphoric acid deficiency. In addition, OsPT4 genes involved in nutrient absorption can be introduced, and examples of such foreign genes are not limited to the types of genes that can be introduced.

상기 발현벡터는 통상의 벡터에 본 발명의 프로모터를 도입한 것일 수 있으며, 이처럼 본 발명의 프로모터를 도입하여 발현벡터를 제조하는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 공지의 방법에 따라 용이하게 실시 가능하다.The above expression vector may be one in which the promoter of the present invention is introduced into a conventional vector, and the expression vector may be prepared by introducing the promoter of the present invention into such a manner as will be readily apparent to those skilled in the art. It is possible.

또한 본 발명은 상기 벡터에 의해 형질 전환된 형질 전환 세포를 제공한다. The present invention also provides a transformed cell transformed with said vector.

상기한 재조합 벡터는 감염, 형질도입, 트랜스펙션, 전기천공 및 형질전환과 같은 주지된 기술을 이용하여 배양된 숙주 세포 내로 도입될 수 있다. 숙주의 대표적인 예는 박테리아 세포, 예를 들면, 대장균, 스트렙토마이세스 및 살모넬라 티피무리움 세포; 및 식물 세포를 포함하나, 이에 제한되지 않는다.Such recombinant vectors may be introduced into host cells cultured using well known techniques such as infection, transfection, transfection, electroporation and transformation. Representative examples of the host include bacterial cells such as E. coli, Streptomyces and Salmonella typhimurium cells; And plant cells.

식물의 형질전환에 이용되는 "식물 세포"는 임의의 식물 세포가 이용가능하다. 식물 세포는 배양 세포, 배양 조직, 배양기관 또는 전체 식물, 바람직하게는 배양 세포, 배양 조직 또는 배양 기관 및 더욱 바람직하게는 배양 세포의 어떤 형태도 가능하다. "식물 조직"은 분화된 또는 미분화된 식물의 조직, 예를 들면 이에 한정되진 않으나, 줄기, 잎, 암 조직 및 배양에 이용되는 다양한 형태의 세포들, 즉 단일 세포, 원형질체(protoplast), 싹 및 캘러스 조직을 포함한다.Any plant cell can be used as " plant cell " used for transformation of a plant. The plant cell may be any type of cultured cell, cultured tissue, cultured organ or whole plant, preferably cultured cell, cultured tissue or culture organ, and more preferably cultured cell. &Quot; Plant tissue " refers to a tissue of a differentiated or undifferentiated plant, such as, but not limited to, stem cells, leaves, cancer tissues, and various types of cells used in culture, such as single cells, protoplasts, Callus tissue.

또한 본 발명은 상기 발현 벡터 또는 상기 형질 전환 세포를 포함하는 외래 유전자의 인산 결핍 환경에서 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물을 제공한다. 인산 결핍 환경에서 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물은 단자엽 식물체에 외래 유전자를 도입하고 형질전환된 단자엽 식물체를 인산 결핍 환경에 노출시키는 경우 뿌리에서 외래 유전자의 발현을 우선적으로 유도할 수 있다. 본 발명에 있어서, 단자엽 식물체는 본 발명의 일 실시양태에 따른 벼(Oryza sativa)를 포함하여 단자엽 식물로 구분되는 식물체 모두를 제한 없이 포함한다. 본 발명에 있어서, 인산 결핍 시 뿌리 우선적 발현 유도는 단자엽 식물체의 인산 결핍 조건에서 뿌리에 우선적 발현을 의미한다. The present invention also provides a composition for inducing root-first expression in a phosphate-deficient environment of a foreign gene comprising the expression vector or the transformed cell. A composition for inducing root-priority expression in a phosphate-deficient environment can preferentially induce the expression of a foreign gene in a root when a foreign gene is introduced into a terminal plant and the transformed terminal plant is exposed to a phosphate-deficient environment. In the present invention, the monocotyledonous plant includes, without limitation, all of the monocotyledonous plants including rice ( Oryza sativa ) according to one embodiment of the present invention. In the present invention, induction of the primary preferential expression in the absence of phosphoric acid means preferential expression in the root in the condition of phosphorylation of the terminal plant.

또한 본 발명은 상기 벡터, 상기 형질전환 세포 또는 이를 포함하는 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물로 형질 전환된 단자엽 식물체를 제공한다. 위 단자엽 식물체는 바람직하게 단자엽 식물체는 벼이다. 이러한 형질 전환 단자엽 식물체는 도입된 외래 유전자가 단자엽 식물체에 인산 결핍 시 뿌리에 우선적으로 발현되는 특성을 나타낸다. The present invention also provides a transgenic plant transformed with the vector, the transfected cell or a composition for inducing root-first expression comprising the transfected cell. The terminal plant is preferably rice and the terminal plant is rice. These transgenic monocotyledonous plants exhibit the preferential expression of the introduced foreign gene in the root of the terminal plant when it is deficient in phosphoric acid.

"본 발명의 형질전환 단자엽 식물체"와 "기능적으로 동등한 형질전환 단자엽 식물체"는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 핵산의 변이체와 비교하여 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 그 이상의 서열 상동성을 가지는 염기서열을 이용하여 제조된 형질 전환 단자엽 식물체로써, 단자엽 식물체에서 프로모터 효과가 실질적으로 동등한 특징을 가지는 형질전환 단자엽 식물체이다.65%, 70%, 75%, 80% or more of the variants of the nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 " and " functionally equivalent transgenic plant of the present invention " , 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more sequence homology As a terminal plant, it is a transgenic terminal plant having a characteristic that the promoter effect is substantially equivalent in the terminal plant.

본 발명의 식물체의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키기 위한 당업계에 알려진 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및 (또는) 조직 배양 기간을 가질 필요는 없다. 식물 종의 형질전환은 이제는 쌍자엽 식물뿐만 아니라 단자엽 식물 양자를 포함한 식물 종에 대해 일반적이다. 예를 들어, 원형질체에 대한 칼슘/폴리에틸렌 글리콜 방법(Krens, F.A. et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373), 원형질체의 전기천공법(Shillito R.D.et al., 1985 Bio/Technol. 3, 1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법(Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen.Genet. 202, 179-185), 각종 식물 요소의(DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법(Klein T.M. et al., 1987, Nature327, 70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) 매개된 유전자 전이에서(비완전성) 바이러스에 의한 감염(EP 0301316 호) 등으로부터 적당하게 선택될 수 있다. 이러한 변이체는 당업계에 널리 알려진 분자생물학적 방법에 의하여 용이하게 제작될 수 있다.Transformation of a plant of the present invention can be carried out by any method known in the art for transferring DNA to a plant. Such transformation methods do not necessarily have a regeneration and / or tissue culture period. Transformation of plant species is now common for plant species, including both terminal plants as well as dicotyledonous plants. For example, the calcium / polyethylene glycol method for protoplasts (Krens, FA et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373) (Shillito RD et al., 1985 Bio / Technol. 3, 1099-1102), microinjection into plant elements (Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. (Klein et al., 1987, Nature 327, 70), infiltration of plants or mature pollen of various plant elements (DNA or RNA-coated) And infection by (non-integrative) viruses in Agrobacterium tumefaciens mediated gene transfer (EP 0301316). Such mutants can be easily produced by molecular biological methods well known in the art.

또한 본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터로 단자엽 식물체를 형질 전환시키는 단계를 포함하는, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 뿌리에서 우선적으로 발현하는 형질 전환 단자엽 식물체의 제조 방법을 제공한다. The present invention also relates to a method for the isolation of a foreign gene in a phosphate-deficient environment, comprising the step of transforming the monocotyledonous plant into a vector comprising a promoter for inducing root-first expression of the foreign gene and a foreign gene operably linked thereto in a phosphate- A method for producing a transgenic monocotyledonous plant which expresses the gene preferentially in the root.

또한, 본 발명은 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 뿌리에서 우선적으로 발현시키는, 형질 전환 단자엽 식물체의 제조방법으로, The present invention also relates to a method for producing a transgenic monocotyledonous plant in which a foreign gene is preferentially expressed in a root in a phosphate-deficient environment,

(a) 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터를 포함하는, 인산결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물을 제조하는 단계; (a) a composition for inducing root-first expression of a foreign gene in a phosphate-deficient environment, comprising a vector comprising a promoter for inducing root-first expression of a foreign gene and a foreign gene operably linked thereto in a phosphate-deficient environment Producing;

(b) 단자엽 식물체에 상기 조성물을 도입하는 단계; 및 (b) introducing the composition into a terminal plant; And

(c) 상기 조성물이 도입되어 인산 결핍 환경에서 외래유전자를 뿌리 우선적으로 발현하는 형질전환 단자엽 식물체를 선별하는 단계를 포함하는 제조방법을 제공한다. (c) selecting the transgenic monocotyledonous plants to which the composition is introduced such that the foreign gene is expressed primarily in a phosphate-deficient environment.

본 발명의 프로모터는 인산 결핍 환경에서 뿌리에서 우선적으로 외래 유전자를 발현시킬 수 있는 프로모터로써, 인산 결핍 시 뿌리 형질 개선에 필요한 유전자 발현을 조절하여 벼를 포함하는 단자엽 식물 내지 주요 곡물의 인산 결핍 환경에서 뿌리의 유용한 형질 개선에 이용될 수 있다.The promoter of the present invention is a promoter capable of preferentially expressing a foreign gene in a root in a phosphate-deficient environment. It can regulate gene expression necessary for improving the root character in the absence of phosphoric acid, Can be used to improve useful traits of roots.

도 1은 히트맵(heatmap)으로 인산 결핍 시 뿌리에서 우선적 발현변화를 보이는 유전자들과 그 발현 양상을 나타내는 도이다.
도 2는 LOC_Os02g44654 유전자의 인산 결핍 시 뿌리에서만 특이적 발현을 나타내는 RNA-seq데이터 결과를 나타내는 도이다.
도 3은 LOC_Os02g44654 유전자가 인산 결핍 시 뿌리에서 발현변화를 보여주기 위해 Real-time PCR 기법을 이용한 발현 양상 확인을 나타내는 도이다.
도 4는 LOC_Os02g44654의 프로모터를 포함하는 GUS 식물체 제조를 위해 사용한 벡터의 다이어그램을 나타낸 도이다.
도 5는 형질전환 식물체에서 LOC_Os02g44654 프로모터가 인산 결핍시 뿌리에서 우선적으로 발현을 보이는 GUS 염색 결과를 나타내는 도이다.
FIG. 1 is a heatmap showing genes showing preferential expression changes in root at the time of phosphate deficiency and their expression patterns. FIG.
Fig. 2 is a diagram showing the results of RNA-seq data showing specific expression only at the root in the absence of phosphoric acid of LOC_Os02g44654 gene.
FIG. 3 is a diagram showing expression patterns of the LOC_Os02g44654 gene using a real-time PCR technique in order to show expression changes in the root when the phosphate deficiency occurs.
Figure 4 is a diagram of a vector used for the production of a GUS plant containing the promoter of LOC_Os02g44654.
FIG. 5 is a graph showing the result of GUS staining in which the LOC_Os02g44654 promoter in the transgenic plant shows preferential expression in the root at the time of phosphorus deficiency.

이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 아래의 실시예는 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following embodiments are only examples for helping understanding of the invention, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.

<< 실시예Example 1> 인산 결핍 시 뿌리에서 우선적으로 발현되는 벼 유전자 대량 선별 1> Large-scale selection of rice genes preferentially expressed in roots in the absence of phosphoric acid

인산 결핍 환경에서 우선적으로 발현하는 유전자를 선별하기 위하여, 공개된 RNA-seq 데이터베이스인 NCBI GEO(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)에서 벼 알엔에이 식(RNA-seq) 자료인 SRA097415 (인산 결핍 처리를 1시간, 3시간, 6시간, 24시간, 3일, 7일, 21일, 21일 1시간, 21일 6시간, 또는 21일 24시간으로 하여 뿌리 또는 줄기 샘플에 대해 3반복으로 확인한 총138개의 샘플)를 이용하여 유전자 선별 작업을 수행하였다.To select genes that preferentially express in phosphate-deficient environments, the RNA-seq database NCBI GEO (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/) ) With SRA097415 (phosphate depletion treatment for 1 hour, 3 hours, 6 hours, 24 hours, 3 days, 7 days, 21 days, 21 days for 1 hour, 21 days for 6 hours, or 21 days for 24 hours) And a total of 138 samples confirmed by three iterations on the sample).

인산 결핍시 뿌리에서 특이적으로 발현하는 유전자를 선별하기 위하여, 공개된 RNA-seq 데이터에서 우선적으로 유전자 744개를 선별하였고, 이를 이용하여 인산결핍시 뿌리에서 발현하는 유전자 선별 분석을 수행하였다. In order to screen for genes specifically expressed in the root at the time of phosphorylation deficiency, 744 genes were preferentially selected from published RNA-seq data, and gene selection analysis was carried out using the gene for expression in phosphate-deficient roots.

K-means clustering 분석 방법을 이용하여, 제시된 유전자 발현 분석용 데이터베이스 중 인산 결핍 처리 21일을 기준으로 뿌리에서 발현이 높은 유전자 그룹을 분리하였다. Using the K-means clustering analysis method, a gene group with a high expression level in the roots was isolated based on the 21 days of phosphorus deficiency treatment in the proposed database for gene expression analysis.

이는 전사체 자료 분석용 소프트웨어인 MeV의 K-means clustering 분석 방법을 사용하여 수행하였으며, 인산 결핍 시 뿌리 발현 분석용 데이터베이스 중 결핍조건에서 뿌리에서 발현이 우선적인 744종의 유전자가 분리되었다.This was performed using MeV's K-means clustering analysis software for analyzing transcript data. In the database for analysis of root expression in the absence of phosphate, 744 genes having preferential expression in the root were isolated in the deficient condition.

그 결과를 도 1 그림으로 나타내었다. The results are shown in Fig.

도 1에 나타낸 바와 같이, 노란색에 가까울수록 강한 발현을 보이는 유전자에 해당하며 연두색에 가까울수록 발현이 낮아지게 된다. 식물의 종자에는 많은 영양분을 포함하고 있기 때문에 인산 결핍 시 초기 발현은 신빙성이 떨어진다. 따라서 발아 14일 후 인산 결핍 처리 21일 처리한 샘플 위주로 상위 744종의 유전자를 확인 하였다.As shown in FIG. 1, the gene exhibiting a stronger expression toward the yellow color is closer to the green color, and the expression is lowered. Since seeds of plants contain many nutrients, the initial expression of phosphate deficiency is less reliable. Therefore, we identified the top 744 genes of the sample treated with phosphate - depleted 21 days after germination 14 days.

<< 실시예Example 2> 공개된  2> Published 알엔에이ARENA 식 데이터 분석을 통한 시간별 인산 결핍시 발현 분석 Analysis of Expression of Phosphate Deficiency by Time Data Analysis

공개된 RNA-seq 데이터베이스 분석을 통한 LOC_Os02g44654 유전자의 인산 결핍 시 뿌리와 줄기에서 발현 양상을 분석하였으며 그 결과를 도 2에 나타내었다. Analysis of the expression of LOC_Os02g44654 gene in the roots and stems at the time of phosphate deficiency through analysis of the published RNA-seq database was performed and the results are shown in Fig.

도 2에 나타낸 바와 같이, 인산 결핍 조건에서 LOC_Os02g44654 유전자는 뿌리에서 노란색으로 크게 변화 하는 것을 확인 할 수 있으며, 이는 LOC_Os02g44654 프로모터에 의한 유전자의 스트레스 특이적 발현이 우선적으로 일어남을 보여준다.As shown in FIG. 2, the LOC_Os02g44654 gene changes significantly from the root to the yellow under the phosphoric acid-deficient condition, indicating that stress-specific expression of the gene is preferentially induced by the LOC_Os02g44654 promoter.

<< 실시예Example 3> 실시간 연쇄중합반응 기술을 이용한 인산 결핍 시 뿌리에서의 발현 양상 분석 3> Analysis of Root Expression Patterns in Phosphate Deficiency Using Real-Time Chain Polymerization

앞선 데이터 분석을 통해 LOC_Os02g44654 유전자가 인산 결핍 시 뿌리에서 발현이 올라가는 것을 확인하였고, 이를 바탕으로 실시간으로 증폭과정을 정량화 하는 Real-time PCR 기술을 이용하여 인산 결핍 시 LOC_Os02g44654 유전자가 뿌리에서 발현이 올라가는 것을 확인 할 수 있었다. 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 확인되는 바와 같이, 인산 결핍 환경에서 그 발현이 크게 증가하였으며 특히 인산 결핍 처리를 7일 처리한 샘플보다 21일 처리 했을 때 발현이 더욱 증가 한 것을 보여준다.Previous data analysis showed that the expression of LOC_Os02g44654 gene was increased at the root at the time of phosphate deficiency, and based on this, using real-time PCR technique that quantifies the amplification process in real time, the expression of LOC_Os02g44654 gene in root was increased I could confirm. The results are shown in Fig. As can be seen in FIG. 3, the expression was significantly increased in the phosphate-deficient environment, especially when the phosphate-depleted sample was treated for 21 days than the 7-day treated sample.

<< 실시예Example 4> 인산 결핍시 뿌리 발현을 유도하는 프로모터의  4> Promoter inducing root expression in the absence of phosphoric acid 클로닝Cloning

LOC_Os02g44654의 프로모터를 클로닝하기 위하여 작성된 프라이머들과 동진 벼 (Oryza sativa L. japonica cultivar-group) 게놈 DNA를 주형으로 PCR을 실시하였다. 주형 DNA는 100 ng로 사용하였고, 각 프라이머는 5 pmol로 사용하였다. PCR 조건은 95℃에서 5분 후; 95℃에서 30초, 56℃에서 30초, 68℃에서 300초를 4회 반복한 후; 95℃에서 30초, 62℃에서 30초, 68℃에서 300초를 35회 반복하고 마지막으로 68℃, 10분으로 하였다. PCR 산물은 전기영동하여 크기를 확인하고, pGEM T-이지 벡터에 클로닝하여 염기서열 해독을 하였다. 클로닝한 DNA를 Kpn1과 Xba1으로 절단한 후, 동일한 제한효소로 절단된 pGA3519 벡터(promoter-GUS cloning용 벡터)와 라이게이션을 14℃에서 12시간 진행하였다. 라이게이션 산물을 Top10 E.coli 컴피턴트 셀 200㎕과 혼합하여 1.5 ml 튜브에 옮긴 다음 얼음에 15분 방치하였다. 이어서, 37℃ 오븐에 1분을 다시 방치한 후 1 ml의 LB 액체 배지를 추가로 튜브에 넣은 다음 3시간 동안 37℃ 셰이킹 인큐베이터에서 방치하였다. 이어서, 테트라사이클린 저항성 LB 고체 배지에 도말하고 12시간을 기다려 생성되는 콜로니를 1mL의 LB 액체 배지에서 세포 배양 후 미니 프렙하였다. 미니 프렙으로 얻은 DNA를 제한 효소 Kpn1과 XbaI을 사용하여 효소 절단 후 전기영동에서 아가로즈 젤을 분리하고 밴드를 확인하였다. 이렇게 해서 얻어진 클로닝 DNA를 다시 염기 서열 분석을 하여 에러가 발생하지 않은 DNA를 선택하였다. 염기서열 분석은 capillary sequencing 법으로 하였으며(마크로젠 의뢰), 염기서열분석은 NGUS1과 프로모터 내 서열을 이용한 프라이머들을 사용하였다. PCR was performed using the primers prepared to clone the promoter of LOC_Os02g44654 and the genomic DNA of Oryza sativa L. japonica cultivar-group. Template DNA was used at 100 ng and each primer was used at 5 pmol. PCR conditions were 5 min at 95 ° C; Repeating 4 times at 95 캜 for 30 seconds, at 56 캜 for 30 seconds and at 68 캜 for 300 seconds; 30 seconds at 95 ° C, 30 seconds at 62 ° C, and 300 seconds at 68 ° C for 35 times and finally 68 ° C for 10 minutes. The PCR product was electrophoresed to confirm its size and cloned into a pGEM T-EG vector and sequenced. The cloned DNA was digested with Kpn1 and Xba1, followed by ligation with a pGA3519 vector (vector for promoter-GUS cloning) digested with the same restriction enzyme at 14 DEG C for 12 hours. The ligation product was mixed with 200 [mu] l of Top10 E. coli competent cells, transferred to a 1.5 ml tube, and left on ice for 15 minutes. Subsequently, the plate was allowed to stand in a 37 ° C oven for 1 minute, and then 1 ml of LB liquid medium was further placed in the tube and left in a 37 ° C shaking incubator for 3 hours. Then, the cells were plated on tetracycline-resistant LB solid medium and the resulting colonies were awaited for 12 hours and then mini-prepared after cell culture in 1 mL of LB liquid medium. The DNA obtained as miniprep was digested with restriction enzymes Kpn1 and XbaI, and the agarose gel was separated by electrophoresis and the band was confirmed. The cloning DNA thus obtained was subjected to base sequence analysis again to select DNA that did not cause an error. Nucleotide sequencing was performed by capillary sequencing (Macrogen), and primers using NGUS1 and promoter sequences were used for the nucleotide sequence analysis.

프로모터 클로닝용 프라이머 및 염기 서열 분석을 위해 사용된 프라이머는 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.Primers for promoter cloning and primers used for base sequence analysis are shown in Tables 1 and 2 below.

표 1. Table 1. LOCLOC __ Os02g44654의Os02g44654's 프로모터  Promoter 클로닝용For cloning 프라이머primer

Figure 112017094917709-pat00001
Figure 112017094917709-pat00001

표 2. 염기 서열 분석을 위한 Table 2. Sequence analysis 프라이머primer

Figure 112017094917709-pat00002
Figure 112017094917709-pat00002

상기에서 분석된 서열을 서열번호 1에 나타내었으며, LOC_Os02g44654의 -1301부터 +1110까지의 프로모터영역과 첫 번째 exon의 일부를 포함하는 영역이 프로모터 서열로 사용되었다. The sequence analyzed above is shown in SEQ ID NO: 1, and a promoter region from -1301 to +1110 of LOC_Os02g44654 and a region including a part of the first exon were used as a promoter sequence.

<< 실시예Example 5> 형질전환 세포의 제작 5> Production of transformed cells

상기 실시예 4에서 제작한 식물 발현용 벡터를 추출하였다.The plant expression vector prepared in Example 4 was extracted.

아그로박테리움 컴피턴트 셀(Agrobacterium tumefaciens LB4404) 50㎕와 2㎍의 식물발현용 벡터를 혼합하여 얼음에 15분 방치하였다. 이어서, 액체질소에 75초 넣은 후, 37℃ 오븐에 5분을 다시 방치한 후 1 ml의 LB 액체 배지를 넣은 다음 3시간 동안 28℃ 셰이킹 인큐베이터에서 방치하였다. 이어서, 테트라사이클린 저항성 LB 고체 배지에 도말하고 36시간을 기다려 생성되는 콜로니를 1mL의 LB 액체 배지에서 세포 배양 후 미니 프렙한 후, Kpn1과 Xba1을 사용하여 효소 절단 후 사이즈를 확인하였다.Agrobacterium competent cells (Agrobacterium tumefaciens LB4404) and 2 μg of vector for plant expression were mixed and left on ice for 15 minutes. Subsequently, the substrate was placed in liquid nitrogen for 75 seconds. Then, the substrate was allowed to stand in an oven at 37 ° C for 5 minutes. Then, 1 ml of LB liquid medium was added thereto, followed by incubation in a 28 ° C shaking incubator for 3 hours. Then, the cells were plated on a tetracycline-resistant LB solid medium and incubated for 36 hours. The resulting colonies were cultured in 1 mL of LB liquid medium, followed by mini-preparation, and Kpn1 and Xba1 were used for enzyme cleavage.

상기 생성된 형질전환된 아그로박테리움을 이용하여 벼의 형질 전환 실험에서 사용하였다.The resulting transformed Agrobacterium was used for transgenic rice transformation experiments.

<< 실시예Example 6> 형질전환 식물체의 제작 6> Production of Transgenic Plants

N6D 고체 배지에서 동진벼 종자를 7일 정도 28℃ 생장실에서 키워서 벼의 캘러스를 생성하였다. 생성된 캘러스를 상기 실시예 5에서 얻은 식물 발현용 벡터로 형질 전환된 아그로박테리움을 72시간 키운 세포와 혼합하여 N6D-Acetosyringone 을 포함한 배지에서 22℃ 암처리 생장실에 방치하였다.In the N6D solid medium, Dongjinbyeon seeds were grown in a 28 ℃ growth chamber for 7 days to produce calli of rice. The resulting callus was mixed with the cells cultured for 72 hours with Agrobacterium transformed with the plant expression vector obtained in Example 5 and left in a culture medium containing N6D-Acetosyringone at a temperature of 22 占 폚.

아그로박테리움에 오염된 캘러스를 3차 증류수로 깨끗이 5번 정도 헹구어 낸 다음 N6D 고체 배지에서 hygromycin 선발을 1차(hygromycin 30 mg/L), 2차 (hygromycin 40 mg/L)에 걸쳐서 계대 배양을 통해 진행하였다. 선발은 28℃ 생장실에서 각각 2주 씩 합해서 4 주 동안 이루어졌다. 분열된 캘러스를 재분화 배지인 MSR (hygromycin 40 mg/L) 고체배지에 옮겨 4주 28℃ 광조건 생장실에서 재분화를 유도한 후, 식물체를 MS 고체 배지로 옮기고 7일 28℃ 광조건 생장실에서 키우고 온실로 옮겨서 재분화 식물체를 키웠다.The callus contaminated with Agrobacterium was rinsed 5 times with tertiary distilled water. Subsequently hygromycin selection was performed in N6D solid medium (hygromycin 30 mg / L) and subculture (hygromycin 40 mg / L) . Selection was made in the 28 ℃ growth room for 2 weeks each for 4 weeks. The divided callus was transferred to the MSR (hygromycin 40 mg / L) solid medium for regeneration and induced to regenerate in a light condition growth chamber for 4 weeks at 28 ° C. The plants were transferred to MS solid medium, grown in a light condition growth room for 7 days, To grow regenerated plants.

<< 실시예Example 7> 형질전환 식물체를 이용한 인산 결핍 유도 발현 검증 7> Validation of induction of phosphate deficiency induced by transgenic plants

재분화된 식물체의 스트레스 특이적 GUS 발현을 확인하기 위하여, 수확한 종자를 10개씩 28℃에서 7일간 배양한 후 모든 개체를 요시다 양액 (1.425 mM NH4NO3, 0.513 mM K2SO4, 0.998 mM CaCl2, 1.643 mM MgSO4, 0.075 μM (NH4)6Mo7O24, 0.25 mM NaSiO3, 0.009 mM MnCl2, 0.019 μM H3BO3, 0.155 μM CuSO4, 0.152 μM ZnSO4, 및 0.125 mM EDTA-Fe 포함하고, 인산 충분 조건에서는 0.323 mM NaH2PO4를 더 포함하며 결핍조건은 NaH2PO4를 포함하지 않음)하에 수경재배로 21일 키운 후 GUS 염색 처리하였다. GUS 용액은 0.5 M sodium phosphate buffer 200 ml, 12.5 mM potassium ferricyanide 100 ml, 12.5 mM potassium ferrocyanide 100 ml, 0.5 M EDTA 20 ml, 10% Triton X-100 50 ml, 10 ml 의 DMSO (dimethyl sulfoxide)에 녹인 X-gluc 1 g과 Methanol 200 ml을 넣고 증류수로 1 L의 부피를 맞추어 제조되었다. 각 계통의 식물체를 모두 15 ml의 GUS 염색액에 24시간 처리한 후 70% 에탄올과 100% 에탄올을 순차적으로 이용하여 상온에서 탈색하였다.To identify the stress-specific GUS expression of the regenerated plants, 10 seeds were cultured at 28 ° C for 7 days, and then all the seeds were cultured in Yoshida nutrient solution (1.425 mM NH 4 NO 3 , 0.513 mM K 2 SO 4 , 0.998 mM CaCl 2 , 1.643 mM MgSO 4 , 0.075 μM (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 , 0.25 mM NaSiO 3 , 0.009 mM MnCl 2 , 0.019 μM H 3 BO 3 , 0.155 μM CuSO 4 , 0.152 μM ZnSO 4 , containing EDTA-Fe, and the phosphoric acid sufficient further comprising a 0.323 mM NaH 2 PO 4 and deficiency conditions are then grown 21 days under water culture does not contain a NaH 2 PO 4) was treated with GUS staining. The GUS solution was dissolved in 200 ml of 0.5 M sodium phosphate buffer, 100 ml of 12.5 mM potassium ferricyanide, 100 ml of 12.5 mM potassium ferrocyanide, 20 ml of 0.5 M EDTA, 50 ml of 10% Triton X-100 and 10 ml of DMSO 1 g of X-gluc and 200 ml of methanol were added, and the volume was adjusted to 1 L with distilled water. All plants were treated with 15 ml of GUS staining solution for 24 hours, followed by decolorization at 70% ethanol and 100% ethanol at room temperature.

그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5의 A는 인산 충분 조건에서 21일 키운 식물체의 뿌리이며, B, C, D 및 E는 인산 결핍 21일째의 식물체 뿌리를 나타낸다. 도 5의 A 및 B는 뿌리 전체, C, D 및 E는 뿌리의 일부를 확대한 사진이다. The results are shown in Fig. Fig. 5A shows the roots of the plants grown for 21 days under sufficient phosphoric acid conditions, and B, C, D and E show the roots of the plants on the 21st day of phosphate deficiency. Figs. 5A and 5B are photographs of roots as a whole, and C, D and E are enlarged photographs of a part of roots.

도 5에 나타낸 바와 같이, 형질전환 식물체들은 인산 결핍 조건에서만 뿌리에서 우세한 GUS발현을 보이는 것이 확인되었으며, 특히 뿌리 중 뿌리의 말단부 특히 뿌리의 신장대 부분에서 우세한 발현이 확인되었다. As shown in FIG. 5, the transgenic plants showed predominant expression of GUS in the root only in the phosphorus deficient condition, and especially in the distal part of the roots, especially in the elongated part of the roots.

위 확인되는 바와 같이, 도 2, 도 3 및 도 5의 결과를 토대로 LOC_Os02g44654의 프로모터가 인산 결핍 시 뿌리 우선적으로 발현을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 분석 결과를 통해 LOC_Os02g44654 유전자의 프로모터 영역이 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현을 유도함을 확인하였다. As can be seen from the results of FIGS. 2, 3 and 5, it can be confirmed that the promoter of LOC_Os02g44654 is expressed preferentially in the case of phosphoric acid deficiency. That is, it was confirmed from the above analysis that the promoter region of the LOC_Os02g44654 gene induces root-first expression of the foreign gene in the phosphate-deficient environment.

<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Phosphate starvation inducible promoter and use thereof <130> P17-132-KHU <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 2411 <212> DNA <213> Oryza sativa <220> <221> promoter <222> (1)..(2411) <400> 1 tagtagccgt atcacattac atgcgcgctg cggcacacaa ttgaagtctt cgagttgatc 60 tgccggtaga tctagctaag ctggagtcac tttacacttg catttgcatc tgcattgaac 120 tgcactgcat tgcattgcag ttgcactccg tctatctagc tagctagcca cgcatatgtg 180 tactgcgtgc agatggatcc ccatttaagc gtctgcgcct ccgccaccac catccccatg 240 gccacccttc aatgcggccg tgcattcaat ggctcgcccc gcggttaggt gcccgtcgat 300 caccgcggct gatcaagtga tcattgcctc attggccact gatccatcca tcgatcggtc 360 ggacgcccaa cggcccgcgc aggcgccaat ttatggtcga ccggctccgt gctcctcgcg 420 gccgagcgac cgaaccggtc accaatcaca aggcaccaca aactatggtg atcaatggat 480 cgactcacca ctcgcaaggc accacaaact ctgatcctga tcaatggatc gatgcagaag 540 tcctcgtcgt aggtagtgtt cccttcaaac tttcaacttt tccatcacat caaatattta 600 gacacatgca tagagcatta aatatagatg aaaaaaccaa ttacacagtt tgcatgtaaa 660 ttgcgagacg aatcttttaa tcctaattac accatgattt gacaatgtag tgctacagta 720 aacatttact aatgacggat taattagact taataaattt gtctcgtagt ttacaggcgg 780 aatctgtaat ttgttttgtt attggtttac atttaatatt ttaaatgtgt attggtatgc 840 gtcaattttt ttttttgcca agacaactaa gcacggcctt agtatatgcg agtgtagcgt 900 acatgcatgt gtgtacgtag gatcggagtt gttgcgtgac ttgcgtcctg ctgctgcatc 960 gttcatgtac actggtacat gcagagagag agagagagag agagagagag agagagagag 1020 agagagagag agagagctcg cgcttggtgg tagcagctag gagtagcagc gtagcaggac 1080 cggtgcgcga cctgcaataa attggcatcc atctcgactg tgctccgacc agttctataa 1140 aaacctcggt ctctccctgc tgcactctgc catcctcatt gcttgctcca tgtggagtca 1200 cttagcgcag tgtagctagc catcaccggg cattctcatc ggatccatac agccctagct 1260 agcagctgta cgtacattac agagtttgtt gccagaggaa aatggaggtg gggacgtggg 1320 cggtggtggt ggcggtggcg gcggcgtaca tgacgtggtt ctggcggatg tcccgggggc 1380 tgagcgggcc gcgtgtgtgg ccggtggtcg gcagcctgcc tgggctggtg cagcacgccg 1440 agaacatgca cgagtggatc gccgccaacc tgcgccgcgc cggcggcacg taccagacgt 1500 gcatcttcgc ggtgcccggg gtggcgcgcc gcggcgggct ggtcaccgtc acctgcgacc 1560 cgcgcaacct ggagcacgtc ctcaagtcgc ggttcgacaa ctaccccaag ggccccttct 1620 ggcacgccgt cttccgcgac ctgctcggcg acggcatctt caactccgac ggcgagacgt 1680 gggtcgcgca gcggaagacg gcggcgctcg agttcaccac gcgcacgctg cggacggcaa 1740 tgtccaggtg ggtctcgcgg tccatccacc accggctgct gcccatcctg gacgacgcgg 1800 ccgccggcaa ggcgcacgtc gacctgcagg acctcctcct ccgcctcacc ttcgacaaca 1860 tctgcggcct ggcgttcggc aaggaccccg agacgctcgc caagggcttg ccggagaacg 1920 ccttcgcctc cgcgttcgac cgcgcgaccg aggccacgct caaccggttc atcttcccgg 1980 agtacctgtg gcgctgcaag aagtggctgg gcctcggcat ggagaccacg ctggccagca 2040 gcgtcgcgca cgtcgaccag tacctcgccg ccgtcatcaa ggcgcgcaag ctcgagctcg 2100 cgggcaacgg caagtgcgac accgtggcga tgcatgacga cctgctgtcc cggttcatgc 2160 ggaagggctc ctactcggac gagtcgctgc agcacgtggc gctcaacttc atcctcgcgg 2220 gccgcgacac atcctccgtg gcgctctcct ggttcttctg gctcgtgtcc acccaccccg 2280 ccgtggagcg caaggtcgtg cacgagctct gcgccgtgct cgcggcgtcc cggggcgccc 2340 atgacccggc attgtggctg gcggcgccct tcaccttcga ggagctcgac agtctggtct 2400 acctcaaggc g 2411 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Os02g44654-proF_kpn1 <400> 2 ggtacctagt agccgtatca cattac 26 <210> 3 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Os02g44654-proR_XhaI <400> 3 tctagacccg ccttgaggta gaccagac 28 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NGUS1 <400> 4 aacgctgatc aattccacag 20 <110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Phosphate starvation inducible promoter and use thereof <130> P17-132-KHU <160> 4 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 2411 <212> DNA <213> Oryza sativa <220> <221> promoter &Lt; 222 > (1) <400> 1 tagtagccgt atcacattac atgcgcgctg cggcacacaa ttgaagtctt cgagttgatc 60 tgccggtaga tctagctaag ctggagtcac tttacacttg catttgcatc tgcattgaac 120 tgcactgcat tgcattgcag ttgcactccg tctatctagc tagctagcca cgcatatgtg 180 tactgcgtgc agatggatcc ccatttaagc gtctgcgcct ccgccaccac catccccatg 240 gccacccttc aatgcggccg tgcattcaat ggctcgcccc gcggttaggt gcccgtcgat 300 caccgcggct gatcaagtga tcattgcctc attggccact gatccatcca tcgatcggtc 360 ggacgcccaa cggcccgcgc aggcgccaat ttatggtcga ccggctccgt gctcctcgcg 420 gccgagcgac cgaaccggtc accaatcaca aggcaccaca aactatggtg atcaatggat 480 cgactcacca ctcgcaaggc accacaaact ctgatcctga tcaatggatc gatgcagaag 540 tcctcgtcgt aggtagtgtt cccttcaaac tttcaacttt tccatcacat caaatattta 600 gacacatgca tagagcatta aatatagatg aaaaaaccaa ttacacagtt tgcatgtaaa 660 ttgcgagacg aatcttttaa tcctaattac accatgattt gacaatgtag tgctacagta 720 aacatttact aatgacggat taattagact taataaattt gtctcgtagt ttacaggcgg 780 aatctgtaat ttgttttgtt attggtttac atttaatatt ttaaatgtgt attggtatgc 840 gtcaattttt ttttttgcca agacaactaa gcacggcctt agtatatgcg agtgtagcgt 900 acatgcatgt gtgtacgtag gatcggagtt gttgcgtgac ttgcgtcctg ctgctgcatc 960 gttcatgtac actggtacat gcagagagag agagagagag agagagagag agagagagag 1020 agagagagag agagagctcg cgcttggtgg tagcagctag gagtagcagc gtagcaggac 1080 cggtgcgcga cctgcaataa attggcatcc atctcgactg tgctccgacc agttctataa 1140 aaacctcggt ctctccctgc tgcactctgc catcctcatt gcttgctcca tgtggagtca 1200 cttagcgcag tgtagctagc catcaccggg cattctcatc ggatccatac agccctagct 1260 agcagctgta cgtacattac agagtttgtt gccagaggaa aatggaggtg gggacgtggg 1320 cggtggtggt ggcggtggcg gcggcgtaca tgacgtggtt ctggcggatg tcccgggggc 1380 tgagcgggcc gcgtgtgtgg ccggtggtcg gcagcctgcc tgggctggtg cagcacgccg 1440 agaacatgca cgagtggatc gccgccaacc tgcgccgcgc cggcggcacg taccagacgt 1500 gcatcttcgc ggtgcccggg gtggcgcgcc gcggcgggct ggtcaccgtc acctgcgacc 1560 cgcgcaacct ggagcacgtc ctcaagtcgc ggttcgacaa ctaccccaag ggccccttct 1620 ggcacgccgt cttccgcgac ctgctcggcg acggcatctt caactccgac ggcgagacgt 1680 gggtcgcgca gcggaagacg gcggcgctcg agttcaccac gcgcacgctg cggacggcaa 1740 tgtccaggtg ggtctcgcgg tccatccacc accggctgct gcccatcctg gacgacgcgg 1800 ccgccggcaa ggcgcacgtc gacctgcagg acctcctcct ccgcctcacc ttcgacaaca 1860 tctgcggcct ggcgttcggc aaggaccccg agacgctcgc caagggcttg ccggagaacg 1920 ccttcgcctc cgcgttcgac cgcgcgaccg aggccacgct caaccggttc atcttcccgg 1980 agtacctgtg gcgctgcaag aagtggctgg gcctcggcat ggagaccacg ctggccagca 2040 gcgtcgcgca cgtcgaccag tacctcgccg ccgtcatcaa ggcgcgcaag ctcgagctcg 2100 cgggcaacgg caagtgcgac accgtggcga tgcatgacga cctgctgtcc cggttcatgc 2160 ggaagggctc ctactcggac gagtcgctgc agcacgtggc gctcaacttc atcctcgcgg 2220 gccgcgacac atcctccgtg gcgctctcct ggttcttctg gctcgtgtcc acccaccccg 2280 ccgtggagcg caaggtcgtg cacgagctct gcgccgtgct cgcggcgtcc cggggcgccc 2340 atgacccggc attgtggctg gcggcgccct tcaccttcga ggagctcgac agtctggtct 2400 acctcaaggc g 2411 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Os02g44654-proF_kpn1 <400> 2 ggtacctagt agccgtatca cattac 26 <210> 3 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Os02g44654-proR_XhaI <400> 3 tctagacccg ccttgaggta gaccagac 28 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NGUS1 <400> 4 aacgctgatc aattccacag 20

Claims (9)

서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터를 포함하는, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물.A composition for inducing root-first expression of a foreign gene in a phosphate-deficient environment, comprising a promoter consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a vector comprising an operably linked foreign gene. 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터로 형질전환된 형질 전환 세포를 포함하는, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물.For inducing root-first expression of a foreign gene in a phosphate-deficient environment, comprising a transformed cell transformed with a vector comprising a promoter consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a foreign gene operably linked thereto Composition. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인산 결핍 환경에서 뿌리 우선적 발현 유도는 뿌리의 말단부에서 우선적 발현인, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물. 3. The composition according to claim 1 or 2, wherein the induction of root-preferential expression in the phosphate-deficient environment is preferential expression at the distal end of the root, wherein the root-preferential expression is induced in the phosphate-deficient environment. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물이 벼(Oryza sativa)에 적용되는 것인, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물. The composition according to claim 1 or 2, wherein the composition for inducing root-first expression of a foreign gene in the phosphate-deficient environment is applied to rice ( Oryza sativa ), wherein the composition is for inducing root-first expression of a foreign gene in a phosphate-deficient environment. 제1항 또는 제2항의 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물로 형질전환되어 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 단자엽 식물체의 뿌리에서 우선적으로 발현하는, 형질전환 단자엽 식물체.A transgenic terminal plant transformed with a composition for inducing root-first expression of a foreign gene according to any one of claims 1 or 2, wherein the foreign gene is preferentially expressed in the root of the terminal plant in a phosphate-deficient environment. 제5항에 있어서, 상기 단자엽 식물체는 벼(Oryza sativa)인 형질전환 단자엽 식물체.The method of claim 5, wherein the monocot plant is rice (Oryza sativa ). 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터로 단자엽 식물체를 형질 전환시키는 단계를 포함하는, 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 뿌리에서 우선적으로 발현하는 형질 전환 단자엽 식물체의 제조 방법.Comprising: transforming a transgenic plant with a vector comprising a promoter consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a foreign gene operatively linked thereto, in a phosphate-deficient environment, Wherein the transgenic plant is transformed into a transgenic plant. 하기의 단계들을 포함하는 인산 결핍 환경에서 외래 유전자를 뿌리에서 우선적으로 발현시키는, 형질 전환 단자엽 식물체의 제조방법:
(a) 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된(Operatively linked) 외래 유전자를 포함하는 벡터를 포함하는, 인산결핍 환경에서 외래 유전자의 뿌리 우선적 발현 유도용 조성물을 제조하는 단계;
(b) 단자엽 식물체에 상기 조성물을 도입하는 단계; 및
(c) 상기 조성물이 도입되어 인산 결핍 환경에서 외래유전자를 뿌리 우선적으로 발현하는 형질전환 단자엽 식물체를 선별하는 단계.
A method for the production of transgenic monocotyledonous plants, wherein the foreign gene is preferentially expressed in the root in a phosphate-deficient environment comprising the steps of:
(a) preparing a composition for inducing root-first expression of a foreign gene in a phosphate-deficient environment, comprising a vector comprising a promoter consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a foreign gene operatively linked thereto step;
(b) introducing the composition into a terminal plant; And
(c) selecting the transgenic monocotyledonous plants to which the composition is introduced such that the foreign gene is expressed primarily in a phosphate-deficient environment.
제8항에 있어서, 상기 단자엽 식물체는 벼(Oryza sativa)인 형질 전환 단자엽 식물체의 제조방법. 9. The method according to claim 8, wherein the terminal lobe is rice (Oryza sativa).
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