KR102022247B1 - Novel proteins enhancing drought stress tolerance of plants, genes encoding the proteins and transgenic plants transformed with the genes - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 현사시나무 (Populus alba×Populus glandulosa) 유래의 식물체 건조 스트레스 내성을 증진하는 PagSAP5 단백질, 이 단백질을 암호화하는 내건성 유전자 및 이 유전자로 형질전환되어 건조 스트레스에 대한 내성이 증진된 식물체가 개시된다.
본 발명에 따른 PagSAP5 유전자/단백질은 식물체의 건조 스트레스에 대한 내성에 관여하여, 이 유전자/단백질의 발현조절을 통해 수목 및 농작물 등의 개량에 유용하게 활용할 수 있고, PagSAP5 유전자로 형질전환된 식물체는 건조 스트레스에 대한 내성이 탁월하여 지구 온난화 등에 의한 기후변화로 야기된 건조한 환경에 바이오매스 생산성이 향상된 식물체로 유용하게 이용될 수 있다.Disclosed herein is a PagSAP5 protein that enhances plant dry stress resistance from Populus alba × Populus glandulosa , a tolerant gene encoding the protein, and a plant transformed with the gene to increase resistance to dry stress. .
PagSAP5 gene / protein according to the present invention is involved in the resistance to dry stress of plants, can be usefully used for the improvement of trees and crops, etc. through the expression control of the gene / protein, plants transformed with PagSAP5 gene It has excellent resistance to dry stress and can be usefully used as a plant with improved biomass productivity in a dry environment caused by climate change due to global warming.
Description
본 발명은 식물체의 건조 스트레스 내성을 증진하는 단백질, 이 단백질을 암호화하는 신규한 유전자, 이 유전자로 형질전환된 식물체에 관한 것으로, 더 상세하게는 현사시나무 (Populus alba×Populus glandulosa) 유래의 식물체 건조 스트레스 내성을 증진하는 PagSAP5 단백질, 이 단백질을 암호화하는 내건성 유전자, 및 이 유전자로 형질전환되어 건조 스트레스에 대한 내성이 증진된 식물체에 관한 것이다.The present invention relates to a protein for enhancing the dry stress resistance of a plant, a novel gene encoding the protein, a plant transformed with the gene, and more specifically, a plant drying derived from Populus alba × Populus glandulosa . PagSAP5 protein that promotes stress resistance, a tolerant gene that encodes this protein, and a plant that has been transformed with this gene and has enhanced resistance to dry stress.
식재 후 생장관리를 거의 하지 않는 산림수종은 고정된 생육 환경에서 일생동안 건조, 고염, 냉해, 중금속, 열충격 및 오존과 같은 다양한 비생물 스트레스에 직면하게 되며, 이러한 비생물학적 스트레스는 산림수종의 생장과 발달의 제한 요인이 되어 생산 감소의 주요 원인이 된다.Forest species that rarely manage growth after planting face a variety of abiotic stresses such as dryness, high salt, cold water, heavy metals, thermal shock, and ozone during a lifetime in a fixed growth environment. It is a limiting factor of development and is a major cause of production decline.
특히 지구온난화에 따른 지구의 평균 기온이 상승함에 따라 건조 내성이 약한 수목의 고사가 증가하고, 산림과 토양이 점차적으로 황폐해지거나 토양의 사막화가 계속적으로 늘어나고 있다. 그러므로 수목의 생산성에 영향을 미치는 건조 스트레스 내성에 관련된 단백질 및 유전자들에 대한 기능 연구가 중요하다.In particular, as global average temperatures increase due to global warming, the deaths of trees with weak dry tolerance are increasing, forests and soils are gradually desolated, and soil desertification is continuously increasing. Therefore, it is important to study the functions of proteins and genes related to dry stress resistance that affect tree productivity.
건조 스트레스 관련 단백질을 암호화하는 유전자들을 이용한 유전공학 연구는 건조 스트레스 저항성 형질전환 식물체들을 개발하는데 있어 매우 유용한 방법이며, 유전공학 기법으로 개발된 많은 형질전환 식물들이 건조 스트레스에 대한 내성이 증진되었다는 보고들이 있고, 다양한 작물에서 다양한 저항성 유전자들이 발견되고 있으며 그 발현 네트워크에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다 (등록특허 10-1325044호, 등록특허 10-1758868호). Genetic engineering studies using genes encoding dry stress-related proteins are very useful methods for developing dry stress resistant transgenic plants, and reports of many transgenic plants developed by genetic engineering techniques have increased the resistance to dry stress. In addition, various resistance genes have been found in various crops, and research on the expression network has been actively conducted (Registration 10-1325044, Registration 10-1758868).
그러나 수목에서의 건조 스트레스에 대한 저항성을 개선하는 단백질과 이를 암호화하는 유전자와 관련된 보고는 매우 적고 그 기능도 잘 알려져 있지 않는 실정이다. However, there are very few reports on the proteins that improve resistance to dry stress in trees and genes encoding them, and their function is not well known.
이에 본 발명자들은 수목의 내건성을 향상시킬 수 있는 유전자를 발굴하고자 연구를 지속한 결과, 서열번호 1의 염기서열을 갖는 유전자가 수목 건조 내성 형질에 관여를 하고 이 유전자는 건조 스트레스 처리시 발현이 증가되고 또한 식물체에 형질전환한 경우 식물체의 내건성을 증진할 수 있음을 확인하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors continued to search for genes that can improve the dryness of trees, and as a result, genes having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 are involved in tree dry resistance traits and this gene has increased expression during dry stress treatment. In addition, when transformed to the plant was confirmed that can improve the drying resistance of the plant was completed the present invention.
따라서 본 발명의 목적은 서열번호 1의 염기서열을 갖는 수목 건조 내성증진 PagSAP5 ( P opulus a lba×Populus g landulosa Stress Associated Protein 5) 유전자, 및 서열번호 1의 염기서열에 의해 암호화되거나 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 내건성 증진 PagSAP5 단백질을 제공하는 것이다. It is therefore an object of the invention is SEQ ID NO: 1 Promotion of tree drying resistance having the nucleotide sequence PagSAP5 (P opulus a lba × Populus g landulosa S tress A ssociated P rotein 5) gene, and SEQ ID NO: 1 or encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: To provide a dry-resistant enhancing PagSAP5 protein comprising the amino acid sequence of No. 2.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 PagSAP5 유전자를 포함하는 벡터 및 상기 벡터에 의해 형질전환된 건조 스트레스에 대한 내성이 증진된 식물체를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a vector comprising the PagSAP5 gene and a plant having improved resistance to dry stress transformed by the vector.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 PagSAP5 유전자의 발현을 증가시켜 식물체의 건조 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method of increasing the expression of the PagSAP5 gene to enhance the dry stress resistance of plants.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 건조 스트레스 내성을 증진시키는 단백질을 암호화하는, 서열번호 1의 염기서열을 갖는 PagSAP5 유전자를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides a PagSAP5 gene having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, encoding a protein that enhances dry stress resistance.
본 발명의 유전자인 PagSAP5은 현사시나무 (Populus alba×Populus glandulosa)로부터 분리하였으며, 시퀀싱을 통하여 서열번호 1의 염기서열로 이루어져 있음을 확인하였다 (실시예 1).PagSAP5, a gene of the present invention, was isolated from the Populus alba × Populus glandulosa , and was confirmed to consist of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 through sequencing (Example 1).
본 발명자들은 현사시나무의 건조 스트레스 반응에 대한 연구 중에, 상기 PagSAP5 유전자가 식물체에 건조 스트레스 및 식물호르몬인 앱시스산 (abscisic acid: ABA)에 처리시 강하게 발현된다는 사실과 상기 유전자의 발현이 증가될 경우 건조 스트레스에 대한 내성이 증진됨을 확인하여, PagSAP5 유전자는 건조 스트레스 내성에 관여하는 유전자임을 규명하였다 (실시예 2).The present inventors studied the dry stress response of the hawthorn tree, the fact that the PagSAP5 gene is strongly expressed in plants when treated with absicic acid (ABA), a dry stress and plant hormone, and when the expression of the gene is increased. Confirming that the resistance to dry stress is enhanced, the PagSAP5 gene was identified as a gene involved in dry stress resistance (Example 2).
본 발명의 또 다른 목적에 따라서, 본 발명은 서열번호 1의 염기서열에 의해 암호화되거나 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는, 내건성 증진 PagSAP5 단백질을 제공한다.According to another object of the present invention, the present invention provides a dry-tolerance enhancing PagSAP5 protein, encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
본 발명에서 내건성 증진 PagSAP5 단백질은 아미노산의 부가, 치환 또는 결실로 서열번호 2의 아미노산 서열과 적어도 90%, 바람직하게는 95%, 보다 바람직하게는 98% 이상의 서열 상동성을 갖는 아미노산 서열을 포함하고 동질의 내건성 활성을 나타내는 기능적 동등물도 포함한다.In the present invention, the tolerability enhancing PagSAP5 protein comprises an amino acid sequence having at least 90%, preferably 95%, more preferably 98% or more sequence homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO. Also includes functional equivalents exhibiting homogeneous, dry tolerant activity.
상기 기능적 동등물에서, 아미노산의 치환은 바람직하게는 보존적 치환이다. 천연에 존재하는 아미노산의 보존적 치환의 예로는, 지방족 아미노산 (Gly, Ala, Pro), 소수성 아미노산 (Ile, Leu, Val), 방향족 아미노산 (Phe, Tyr, Trp), 산성 아미노산 (Asp, Glu), 염기성 아미노산 (His, Lys, Arg, Gln, Asn) 및 황 함유 아미노산(Cys, Met) 등을 들 수 있다. 아미노산의 결실은 바람직하게는 본 발명의 PagSAP5 단백질의 활성에 직접 관여하지 않는 부분에 위치한다. 또한 상기 기능적 동등물의 범위에는 PagSAP5 단백질의 기본 골격 및 이의 생리활성을 유지하면서 단백질의 일부 화학 구조가 변형된 단백질 유도체도 포함된다. 예를 들어, 본 발명의 단백질의 생리활성을 유지하면서 안정성 등을 연장하거나 GFP (Green Fluorescent Protein)와 같은 다른 단백질과 융합으로 만들어진 융합단백질 등이 이에 포함된다.In such functional equivalents, the substitution of amino acids is preferably a conservative substitution. Examples of conservative substitutions of naturally occurring amino acids include aliphatic amino acids (Gly, Ala, Pro), hydrophobic amino acids (Ile, Leu, Val), aromatic amino acids (Phe, Tyr, Trp), acidic amino acids (Asp, Glu) And basic amino acids (His, Lys, Arg, Gln, Asn) and sulfur-containing amino acids (Cys, Met). Deletion of amino acids is preferably located in portions not directly involved in the activity of the PagSAP5 protein of the invention. In addition, the functional equivalent range includes protein derivatives in which some chemical structures of the protein are modified while maintaining the basic skeleton of the PagSAP5 protein and its physiological activity. For example, fusion proteins made by fusion with other proteins such as GFP (Green Fluorescent Protein), or the like, while maintaining the physiological activity of the protein of the present invention include.
본 발명의 또 다른 목적에 따라서, 본 발명은 PagSAP5 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.According to another object of the present invention, the present invention provides a recombinant vector comprising the PagSAP5 gene.
본 발명에서 PagSAP5 유전자를 포함하는 재조합 벡터는 바람직하게는 식물 발현 벡터이며, 더욱 바람직하게는 도 5a에 기재된 재조합 벡터이나, 이에 제한되지 않는다. 대체로 벡터는 식물체 내에서 복제 및 안정화할 수 있다면 사용될 수 있다.In the present invention, the recombinant vector containing the PagSAP5 gene is preferably a plant expression vector, more preferably the recombinant vector described in FIG. 5A, but is not limited thereto. In general, vectors can be used if they can replicate and stabilize in plants.
본 발명에서 재조합 벡터는 상기 PagSAP5 유전자가 발현될 수 있도록, 발현조절 서열과 기능적으로 연결되어 있다. 예를 들어, 벡터는 프로모터, 오퍼레이터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널, 인핸서 같은 발현 조절 요소 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 신호 서열 또는 리더 서열을 포함하며 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다. 또한, 벡터는 선택성 마커를 포함할 수 있으며, 벡터는 자가 복제하거나 숙주 DNA에 통합될 수 있다. 본 발명의 벡터는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용한다.In the present invention, the recombinant vector is functionally linked with an expression control sequence so that the PagSAP5 gene can be expressed. For example, a vector may contain a signal sequence or leader sequence for membrane targeting or secretion in addition to expression control elements such as promoters, operators, initiation codons, termination codons, polyadenylation signals, enhancers and may be prepared in various ways depending on the purpose. . In addition, the vector may comprise a selectable marker, and the vector may self replicate or integrate into the host DNA. Vectors of the present invention can be prepared using genetic recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and ligation uses enzymes commonly known in the art.
본 발명의 식물 발현 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-영역을 식물 세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터는 현재 식물 세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 하이브리드 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다.Preferred examples of plant expression vectors of the invention are Ti-plasmid vectors capable of transferring part of themselves, the so-called T-region, to plant cells when present in a suitable host such as Agrobacterium tumerfaciens. Other types of Ti-plasmid vectors are currently used to transfer hybrid DNA sequences to protoplasts from which plant cells, or new plants, that properly insert hybrid DNA into the plant's genome can be produced.
본 발명에 따른 유전자를 식물 숙주에 도입시키는데 이용될 수 있는 다른 적합한 벡터는 이중 가닥 식물 바이러스 (예를 들면, CamV) 및 단일 가닥 바이러스, 게미니 바이러스 등으로부터 유래될 수 있는 것과 같은 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 그러한 벡터의 사용은 특히 식물 숙주를 적당하게 형질전환 하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다.Other suitable vectors that can be used to introduce the genes according to the invention into plant hosts are viral vectors, such as those which can be derived from double stranded plant viruses (eg CamV) and single stranded viruses, gemini viruses, etc. For example, it may be selected from an incomplete plant viral vector. The use of such vectors can be advantageous, especially when it is difficult to properly transform a plant host.
본 발명의 또 다른 목적에 따라서, 본 발명은 상기 벡터에 의해 형질전환된 건조 스트레스에 대한 내성이 증진된 식물체를 제공한다.According to another object of the present invention, the present invention provides a plant having improved resistance to dry stress transformed by the vector.
본 발명에서 "식물체"는 성숙한 식물체뿐만 아니라 성숙한 식물로 발육할 있는 식물 세포, 식물 조직 및 식물의 종자 등을 모두 포함하는 의미로서 이해된다. 본 발명에서 상기 벡터로 식물체를 형질전환하는 것은 당업자에게 공지된 형질전환기술에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는 아그로박테리움을 이용한 형질전환방법, 미세사출법 (microprojectile bombardment), 일렉트로포레이션 (electroporation), PEG-매개 융합법 (PEG mediated fusion), 미세주입법(microinjection), 진공 침윤법 (Vacuum infiltration method), 화아침지법 (floral meristem dipping method), 및 아그로박테리아 분사법 (Agrobacteria spraying method)을 이용할 수 있다.In the present invention, "plant" is understood as a meaning including not only mature plants but also plant cells, plant tissues and seeds of plants that can develop into mature plants. In the present invention, transforming a plant with the vector may be performed by a transformation technique known to those skilled in the art. Preferably, transformation method using Agrobacterium, microprojectile bombardment, electroporation, PEG-mediated fusion, microinjection, vacuum infiltration method), floral meristem dipping method, and Agrobacteria spraying method can be used.
본 발명에서 상기 식물체는 상록수, 낙엽수, 침엽수, 활엽수, 교목, 관목, 덩굴나무 등을 포함하는 수목류; 포도, 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아 등을 포함하는 과수류; 벼, 밀, 보리, 옥수수 등을 포함하는 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기 등을 포함하는 채소 작물류; 인삼, 담배 등을 포함하는 특용작물류; 장미, 글라디올러스 등을 포함하는 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버 등을 포함하는 사료작물류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며, 바람직하게는 수목류이며, 더욱 바람직하게는 현사시나무 등을 포함하는 포플러이다.In the present invention, the plants are trees including evergreens, deciduous trees, conifers, deciduous trees, trees, shrubs, vines and the like; Fruit trees including grapes, apple trees, pear trees, jujube trees, peaches and the like; Food crops, including rice, wheat, barley, corn, and the like; Vegetable crops including Arabidopsis, cabbage, radish, red pepper, strawberries and the like; Special crops including ginseng, tobacco and the like; Flowers including roses, gladiolus, and the like; And it is any one selected from the group consisting of fodder crops including lygras, red clover and the like, preferably a tree, more preferably a poplar including a thorn tree and the like.
본 발명에 따른 PagSAP5 유전자로 형질전환된 식물체는 건조 스트레스에 대한 내성이 현저히 증진되었다 (도 6, 도 7, 표 3).Plants transformed with the PagSAP5 gene according to the present invention significantly enhanced the resistance to dry stress (Fig. 6, Fig. 7, Table 3).
본 발명의 또 다른 목적은 상기 PagSAP5 유전자의 발현을 증가시켜 식물체의 건조 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 (a) PagSAP5 유전자를 식물체에 형질전환하는 단계; 및 (b) 상기 형질전환된 식물체에서 PagSAP5 유전자를 과발현시키는 단계를 포함한다. Still another object of the present invention is to provide a method of increasing the expression of the PagSAP5 gene to enhance the dry stress resistance of plants. The method comprises the steps of (a) transforming a plant with a PagSAP5 gene; And (b) overexpressing PagSAP5 gene in said transformed plant.
본 발명에서 "과발현"은 증가된 유전자의 발현을 의미하며, 구체적으로는 RNA로의 전사를 의미한다. "Overexpression" in the present invention means increased expression of the gene, specifically, transcription to RNA.
본 발명에서 "건조 스트레스 내성"은 건조 스트레스 조건에서 여러 가지 형태적, 생리적 또는 생화학적 형질들의 종합적 대응 노력에 의하여 생장 유지 및 생산을 유지하는 것을 의미한다. 건조 스트레스 내성 관련 주요 형질은 건조조건에서 양호한 수분상태 및 생산성 유지에 기여하는 심근성, 잎의 노화 방지, 기공의 개폐조절, 삼투조절 능력, 세포의 막 구조 유지 능력 등이다."Dry stress tolerance" in the present invention means to maintain growth and production by a comprehensive response effort of various morphological, physiological or biochemical traits in dry stress conditions. The main traits related to dry stress resistance include myocardiality, leaf aging, pore opening, osmotic control, and cell membrane structure ability, which contribute to maintaining good moisture and productivity under dry conditions.
본 발명에 따른 PagSAP5 유전자/단백질은 식물체의 건조 스트레스에 대한 내성에 관여하여, 이 유전자/단백질의 발현조절을 통해 수목 및 농작물 등의 개량에 유용하게 활용할 수 있다.PagSAP5 gene / protein according to the present invention is involved in the resistance to dry stress of plants, it can be usefully used for the improvement of trees and crops, etc. through the expression control of the gene / protein.
본 발명에 따른 PagSAP5 유전자로 형질전환된 식물체는 건조 스트레스에 대한 내성이 탁월하여 지구 온난화 등에 의한 기후조건 변화로 야기된 건조한 환경에 바이오매스 생산성이 향상된 식물체로 유용하게 이용될 수 있다.Plants transformed with the PagSAP5 gene according to the present invention can be usefully used as plants with improved biomass productivity in a dry environment caused by changes in climatic conditions due to global warming due to excellent resistance to dry stress.
도 1은 PagSAP5 유전자의 염기서열을 나타낸다.
도 2는 PagSAP5 단백질의 아미노산 서열을 나타낸다.
도 3은 현사시나무 현탁 배양세포에서 건조 스트레스 처리 (250mM 만니톨, Man) 및 식물호르몬 처리 (앱시스산 25μM, ABA)에 따른 PagSAP5 유전자의 발현을 나타낸다.
도 4는 PagSAP5 유전자의 조직 특이적 발현 분석 결과를 나타낸다. ML는 성숙잎 (Mature Leaf), YL은 어린잎 (Young Leaf), S는 줄기 (Stem), R은 뿌리 (Root), F는 꽃 (Flower).
도 5a는 PagSAP5 유전자를 pBI121 벡터에 삽입하여 제작한 재조합 발현벡터 pBI121-PagSAP5의 유전자 지도를 나타낸다.
도 5b는 PagSAP5 유전자의 발현억제를 위한 RNAi 벡터인 재조합 백터 pK7GWIWG2(I)-PagSAP5의 유전자 지도를 나타낸다.
도 6a는 pBI121-PagSAP5 과발현 벡터 (OX)로 형질전환된 현사시나무 라인 (OX1, OX2, OX3)의 PagSAP5 유전자의 발현 정도를 리얼타임 qRT-PCR로 분석한 결과를 나타낸다. WT는 대조구 (Wild type)
도 6b는 pK7GWIWG2(I)-SAP5 발현억제 RNAi 벡터 (Ri)로 형질전환된 현사시나무 라인 (Ri1, Ri2, Ri3, Ri4)의 PagSAP5 유전자의 발현 정도를 리얼타임-qRT-PCR로 분석한 결과를 나타낸다. WT는 대조구 (Wild type)
도 7a는 형질전환된 현사시나무 (OX1, OX3, Ri2, Ri3)의 건조 스트레스 조건 (단수 12일)에서 생장시킨 후 표현형을 분석한 결과를 나타낸다.
도 7b는 형질전환된 현사시나무 (OX1, OX3, Ri2, Ri3)의 건조 스트레스 조건 (단수 12일)에서 생장 중의 엽록소 형광량 (Fv/Fm)의 변화를 나타낸다.1 shows the nucleotide sequence of the PagSAP5 gene.
2 shows the amino acid sequence of PagSAP5 protein.
Figure 3 shows the expression of PagSAP5 gene following dry stress treatment (250 mM mannitol, Man) and plant hormone treatment (25 μM of abscitic acid, ABA) in the suspension tree culture.
4 shows the results of tissue-specific expression analysis of the PagSAP5 gene. ML is Mature Leaf, YL is Young Leaf, S is Stem, R is Root, F is Flower.
5A shows a gene map of the recombinant expression vector pBI121-PagSAP5 prepared by inserting the PagSAP5 gene into the pBI121 vector.
5B shows a gene map of the recombinant vector pK7GWIWG2 (I) -PagSAP5, which is an RNAi vector for suppressing the expression of the PagSAP5 gene.
FIG. 6A shows the results of analysis of the expression level of PagSAP5 gene of the hawthorn line (OX1, OX2, OX3) transformed with pBI121-PagSAP5 overexpression vector (OX) by real-time qRT-PCR. WT is control type (Wild type)
Figure 6b is a real-time-qRT-PCR analysis of the expression level of PagSAP5 gene of the hawthorn line (Ri1, Ri2, Ri3, Ri4) transformed with pK7GWIWG2 (I) -SAP5 expression inhibitory RNAi vector (Ri) Indicates. WT is control type (Wild type)
Figure 7a shows the results of analyzing the phenotype after growth in dry stress conditions (single 12 days) of transformed cultivars (OX1, OX3, Ri2, Ri3).
FIG. 7B shows the change in chlorophyll fluorescence (Fv / Fm) in growth under dry stress conditions (single 12 days) of transformed cultivars (OX1, OX3, Ri2, Ri3).
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위하여 예시한 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to specific examples in order to help understanding of the present invention. However, the following examples are only illustrated to more clearly understand the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.
실시예 1: 현사시나무 유래 건조 스트레스 내성 관련 유전자Example 1 Dry-Stress Tolerance-related Genes Treated by Prunus japonica
<현탁배양세포를 이용한 건조 스트레스 처리><Dry stress treatment using suspension cultured cells>
현사시나무 (Populus alba×P. glandulosa)를 식물재료로 사용하였다. 현사시나무의 잎을 MS 캘러스 고체 배지에 치상하여 캘러스를 유도하였다. 유도한 캘러스를 MS 캘러스 액상배지로 현탁하여 22±1℃의 약한 광조건 (20μmol m-2s-2)에서 120rpm으로 진탕배양하였다. Populus alba × P. glandulosa was used as a plant material. Callus was induced by placing the leaves of the hawthorn on MS callus solid medium. The induced callus was suspended in MS callus liquid medium and shaken at 120 rpm in a weak light condition (20 μmol m −2 s −2 ) at 22 ± 1 ° C.
MS 캘러스 액체 배지는 MS 배지 (Duchefa, Netherlands)에 1.0mg/L의 2,4-디클로로페녹시아세트산 (2,4-D), 0.1mg/L의 1-나프탈렌아세트산 (NAA), 0.01mg/L의 6-벤질아미노푸린 (6-BAP) 및 30g 설탕을 첨가하여 pH 5.8로 조정한 것을 사용하였고, MS 캘러스 고체 배지는 MS 캘러스 액체 배지에 0.8%의 아가(agar)를 첨가하여 사용하였다. MS callus liquid medium was prepared in MS medium (Duchefa, Netherlands) in 1.0 mg / L of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), 0.1 mg / L of 1-naphthaleneacetic acid (NAA), 0.01 mg / The pH adjusted to 5.8 by adding L of 6-benzylaminopurine (6-BAP) and 30 g sugar was used, and MS callus solid medium was used by adding 0.8% agar to MS callus liquid medium.
0.4g의 현탁배양세포를 100ml의 MS 캘러스 액상배지로 옮겨 5일간 배양한 후 각각 건조 스트레스 (만니톨 250 mM, Man) 및 식물호르몬 (앱시스산 20μM, ABA)을 처리한 다음 2시간과 10시간 동안 진탕배양한 후 진공펌프를 이용하여 배지를 제거하고 세포를 회수하였다. 대조구 (WT)는 스트레스 처리에 사용된 동일한 현탁배양세포를 아무런 처리 없이 2시간과 10시간 후에 각각 동일한 방식으로 세포를 회수하였다. 회수한 시료는 즉시 액체 질소에서 동결한 후 80℃에 보관하였다. 0.4g of suspension cultured cells were transferred to 100ml of MS callus medium and incubated for 5 days, and then treated with dry stress (
<total RNA 분리> <total RNA isolation>
회수한 현사시나무의 현탁배양세포로부터 Total RNA는 RNeasy plant Minin kit (Qiagen, Germany)을 사용하여 분리하였다. Real-time qPCR 분석에 사용한 primer는 Primer3 프로그램 (http://fokker.wi.mit.edu)으로 설계하였다.Total RNA was recovered from the suspension cultured cells of the recovered suspension trees using the RNeasy plant Minin kit (Qiagen, Germany). Primers used for real-time qPCR analysis were designed with Primer3 program (http://fokker.wi.mit.edu).
<cDNA 합성 및 qRT-PCR 분석> <cDNA Synthesis and qRT-PCR Analysis>
분리한 1㎍의 total RNA로부터 PrimeScript RT reagent Kit (Takara, Japan)을 사용하여 매뉴얼에 따라 cDNA를 합성하였다. 이때 프라이머는 스트레스 관련 단백질 패밀리에 상동성을 보인 P. tricocarpa의 염기서열 (Potri.003G117100.1)을 기반으로 하여 Primer3 프로그램을 사용하여 제작하여 사용하였다 (표 1).CDNA was synthesized according to the manual using PrimeScript RT reagent Kit (Takara, Japan) from 1 μg of total RNA isolated. The primers were prepared using the Primer3 program based on the nucleotide sequence of P. tricocarpa (Potri.003G117100.1) showing homology to the stress-related protein family (Table 1).
PCR 증폭은 실시간 모니터링이 가능한 CFX96 TouchTM Real-Time PCR (BioRad, USA)과 AmpOne Taq DNA polymerase (GeneAll, South Korea)를 사용하였으며 95℃에서 5분간 1회, 95℃에서 30초, 56℃에서 30초 그리고 72℃에서 1분의 과정을 40회 반복하였다. 마지막으로 72℃에서 10분간 처리하여 반응을 종료하였다. PCR 증폭산물의 정량을 위한 내부표준으로는 actin 유전자 (서열번호 5과 서열번호 6)를 사용하였다. PCR amplification was real-time monitoring is possible CFX96 Touch TM Real-Time PCR (BioRad, USA) and AmpOne Taq DNA polymerase was used (GeneAll, South Korea) 5 at 1 times in 95 ℃, at 95 ℃ 30 seconds, at 56 ℃ The procedure of 30 seconds and 1 minute at 72 ° C. was repeated 40 times. Finally, the reaction was terminated by treatment at 72 ° C. for 10 minutes. Actin genes (SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6) were used as internal standards for the quantification of PCR amplification products.
<유전자 분리 및 염기서열 분석><Gene Separation and Sequence Analysis>
건조 스트레스 처리된 현사시나무 현탁세포 유래의 RNA로부터 합성된 cDNA 중에서 EST (expressed sequence tag) 분석을 통하여 애기장대에서 보고된 스트레스 관련 단백질 패밀리 유전자와 서열 상동성을 보이는 cDNA 클론을 선발하였고, 선발된 cDNA 클론의 염기서열을 결정하여, 그 결과를 도 1에 나타내었다.Among the cDNAs synthesized from dried stress-treated suspension tree suspension cells, cDNA clones showing sequence homology with stress-associated protein family genes reported in Arabidopsis were selected by EST (expressed sequence tag) analysis. The base sequence of the clone was determined, and the result is shown in FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이, cDNA 서열은 528 base pair (bp) 길이의 open reading frame을 가지고 있고, PagSAP5로 명명하였다 (서열번호 1).As shown in FIG. 1, the cDNA sequence has an open reading frame of 528 base pairs (bp) and is named PagSAP5 (SEQ ID NO: 1).
상기 cDNA 서열을 기반으로 Vector NTI advance 10.0 (Invitrogen, USA)을 이용하여 예상 아미노산 서열을 조사하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.Based on the cDNA sequence, the predicted amino acid sequence was investigated using Vector NTI advance 10.0 (Invitrogen, USA), and the results are shown in FIG. 2.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 아미노산 서열은 175개 아미노산으로 구성된 단백질을 암호화하며, 애기장대, 벼 등 식물의 스트레스 관련 단백질 패밀리 유전자에서 확인되는 A20 도메인 (아미노산 19~40번째 위치)과 ZnF-AN1 도메인 (116~148번째 위치)을 포함하고 있다.As shown in Figure 2, the amino acid sequence encodes a protein consisting of 175 amino acids, A20 domain (amino acid position 19-40) and ZnF- identified in plant stress related protein family genes such as Arabidopsis, rice It contains the AN1 domain (positions 116-148).
실시예 2: 스트레스에 처리에 따른 PagSAP5 유전자의 발현 양상Example 2 PagSAP5 Gene Expression According to Stress
실시예 1에서 기재된 바와 같이, 배양 2시간 및 10시간 후 회수한 각각의 현탁배양세포에서 PagSAP5 유전자의 발현 수준을 qRT-PCR으로 분석하였다. 각각의 PagSAP5 유전자의 발현 값은 actin 유전자의 발현 값에 비례하여 상대적으로 계산하였고, 서열번호 3과 서열번호 4의 프라이머를 이용하였다. 그 결과를 도 3에 나타냈다.As described in Example 1, the expression level of PagSAP5 gene was analyzed by qRT-PCR in each suspension culture cell recovered 2 and 10 hours after culture. The expression value of each PagSAP5 gene was calculated relative to the expression value of the actin gene, and primers of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 were used. The result is shown in FIG.
도 3에 도시된 바와 같이, PagSAP5 유전자의 발현은 건조 스트레스와 ABA 처리 10시간 후에 대조구 (WT)에 비하여 1.5배 이상 증가하였다. 따라서 PagSAP5 유전자는 ABA에 의존적인 건조 스트레스 내성에 관여하는 유전자로 판단된다.As shown in FIG. 3, the expression of PagSAP5 gene was increased by 1.5 times or more compared to the control (WT) after 10 hours of dry stress and ABA treatment. Thus PagSAP5 The gene is believed to be involved in ABA-dependent dry stress tolerance.
실시예 3: PagSAP5 유전자의 조직특이적 발현 양상Example 3: Tissue Specific Expression of PagSAP5 Gene
PagSAP5 유전자 조직특이적 발현 분석을 위하여 현사시나무 1년생 줄기의 삽목묘로부터 잎 (어린잎, 성숙잎), 줄기, 뿌리를 채취하였다. 꽃은 25년생 나무로부터 3월에 채취하였다. 모든 시료는 즉시 액체질소 (-80℃)에 얼린 다음 보관하고 분석에 사용하였다.Leaves (young leaves, mature leaves), stems, and roots were collected from the seedlings of the uniennial stems of PasapAP5 gene tissue-specific expression analysis. Flowers were collected in March from 25-year-old trees. All samples were immediately frozen in liquid nitrogen (-80 ° C.), stored and used for analysis.
상기 현사시나무의 꽃, 어린 잎과 성숙잎, 줄기 및 뿌리로부터, 실시예 1과 동일한 방식으로, 각각의 total RNA를 분리하여 qRT-PCR 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 4에 도시하였다.From the flowers, young leaves and mature leaves, stems and roots of the thorn tree, qRT-PCR analysis was performed by separating the total RNA in the same manner as in Example 1, the results are shown in FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, PagSAP5 유전자는 줄기 (Stem; S)에서 가장 높게 발현되었고, 뿌리 (Root; R)에서 가장 낮게 발현되었다. 줄기 다음으로 꽃(Flower; F)에서 높게 발현되었고, 성숙 잎 (Mature Leaf; ML), 어린 잎 (Young Leaf; YL)에서는 거의 같은 수준으로 발현되었다. As shown in FIG. 4, the PagSAP5 gene was highest expressed in stem (S) and lowest in root (R). Next to the stem, it was highly expressed in the flower (F), and at about the same level in the mature leaf (ML) and young leaf (YL).
실시예 4: 형질전환 재조합 벡터 제작 및 형질전환 식물체 제작Example 4: Transformation recombinant vector construction and transgenic plant construction
<형질전환 재조합 벡터 제작><Transformation recombinant vector construction>
PagSAP5 유전자의 과발현 형질전환 재조합 벡터와 PagSAP5 유전자 발현억제 RNAi 벡터를 각각 제작하였다. PCR 증폭에는 표 2와 같은 프라이머를 사용하였다.Overexpression of the PagSAP5 gene The recombinant recombinant vector and the PagSAP5 gene expression inhibitory RNAi vector were constructed, respectively. Primers shown in Table 2 were used for PCR amplification.
구체적으로는 PagSAP5 유전자의 과발현 벡터 제작을 위해 서열번호 7과 서열번호 8의 프라이머를 사용하여 PCR 증폭을 하였다. PCR 증폭은 AmpOne Taq DNA polymerase (GeneAll, South Korea)를 사용하였으며 95℃에서 5분간 1회, 95℃에서 30초, 56℃에서 30초 그리고 72℃에서 1분의 과정을 40회 반복하였다. 그리고 72℃에서 7분간 반응을 종결시켰다. PCR 증폭 산물 (561bp)은 1.0% agarose gel (Promega, USA)에 전기영동하고 분리하고 Expin combo kit (GeneAll, South Korea)을 사용하여 매뉴얼에 따라 정제한 후, pGEM-T easy vector (Promega, USA)에 서브클로닝하였다. 제한효소 XbaI과 SacI으로 절단한 후 단편을 분리하여 정제한 다음 pBI121 벡터의 XbaI/SacI 위치에 삽입하여 pBI121-PagSAP5(OX) 과발현 벡터를 제작하였다. pBI121-PagSAP5(OX) 과발현 벡터의 유전자 지도를 도 5a에 나타냈다. Specifically, PCR amplification was performed using primers of SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8 to produce the overexpression vector of PagSAP5 gene. PCR amplification was performed using AmpOne Taq DNA polymerase (GeneAll, South Korea). The procedure was repeated once for 5 minutes at 95 ° C, 30 seconds at 95 ° C, 30 seconds at 56 ° C and 1 minute at 72 ° C. And reaction was terminated for 7 minutes at 72 degreeC. PCR amplification products (561bp) were electrophoresed and separated on 1.0% agarose gel (Promega, USA), purified using manual using Expin combo kit (GeneAll, South Korea), and then pGEM-T easy vector (Promega, USA). ) Was subcloned. After digestion with restriction enzymes XbaI and SacI, the fragments were isolated and purified, and then inserted into the XbaI / SacI position of the pBI121 vector to prepare a pBI121-PagSAP5 (OX) overexpression vector. The gene map of the pBI121-PagSAP5 (OX) overexpression vector is shown in FIG. 5A.
PagSAP5 유전자의 발현억제 벡터 제작을 위해 Gateway 시스템을 이용한 Hairpin RNAi (RNA interference) 제작 방법을 사용하였으며, pENTR_IF와 pK7GWIWG2(I) binary 벡터를 사용하였다. 선발한 PagSAP5의 부위는 서열번호 9와 서열번호 10의 프라이머를 사용하여 PCR 증폭을 하였다. pK7GWIWG2(I)-PagSAP5(Ri) RNAi 벡터를 제작하였다. pK7GWIWG2(I)-PagSAP5(Ri) RNAi 벡터의 유전자 지도를 도 5b에 나타냈다. Hairpin RNAi (RNA interference) production method using Gateway system was used for the expression of PagSAP5 gene, and pENTR_IF and pK7GWIWG2 (I) binary vectors were used. The selected PagSAP5 site was PCR amplified using primers SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10. pK7GWIWG2 (I) -PagSAP5 (Ri) RNAi vectors were constructed. The genetic map of the pK7GWIWG2 (I) -PagSAP5 (Ri) RNAi vector is shown in FIG. 5B.
<PagSAP5 유전자가 형질전환된 현사시나무 제작><Presentation of Sapwood Transfected with PagSAP5 Gene>
PagSAP5 유전자 과발현 벡터와 RNAi 발현억제 벡터를 각각 아그로박테리움 투마파시엔 (Agrobacterium tumefaciens) LBA4404에 도입한 다음 현사시나무의 형질전환을 위한 표준실험방법 (Noh et al, 1994, Res Rep For Gen Res Inst Kor, 30, 114-120; Kim et al, 2011, Plant Biotecchnology Journal, 9, 334-347)에 따라 형질전환시켰다.PagSAP5 gene overexpression vector and RNAi expression suppression vector were respectively identified as Agrobacterium tumafaciene ( Agrobacterium). tumefaciens ) Standard test method for the transformation of hawthorn trees following introduction into LBA4404 (Noh et al, 1994, Res Rep For Gen Res Inst Kor, 30, 114-120; Kim et al, 2011, Plant Biotecchnology Journal, 9, 334-347).
시험관에서 6주간 무균배양한 현사시나무의 줄기를 약 5~7mm의 길이로 잘라 형질전환 아그로박테리움 균주와 15분간 공조 배양하고, 캘러스유도배지(MS, 2,4-D 1.0 mg/L, BAP 0.1 mg/L, NAA 0.01 mg/L, agar 0.8%, pH5.8)에서 2일간 암배양한 후, 항생제가 첨가된 캘러스 유도배지에서 4~5주간 배양하였다. 이후, 캘러스로부터 신초를 유도하기 위해 항생제가 첨가된 줄기유도배지 (WPM, Zeatin 1.0mg/L, BAP 0.1mg/L, NAA 0.01mg/L, agar 0.8%, pH5.8)로 옮겨 4~6주간 배양하였다. 유도된 신초는 뿌리유도배지 (1/2 MS, IBA 0.2 mg/L, pH5.8)로 옮겼다. 식물체는 25℃, 30μmole m-2S-1, 16시간 광조건에서 배양하여 PagSAP5 과발현 형질전환 포플러와 PagSAP5 발현억제 형질전환 포플러를 제작하였다. 항생제는 kanamycin 50㎍/㎖을 사용하였다. Cut the stems of sage-grown sterile trees into a length of about 5-7 mm for 6 weeks in a test tube, co-culture with a transformed Agrobacterium strain for 15 minutes, and callus-induced medium (MS, 2,4-D 1.0 mg / L, BAP 0.1 mg / L, NAA 0.01 mg / L, agar 0.8%, pH5.8) for 2 days and then incubated in antibiotic-added callus induction medium for 4-5 weeks. Subsequently, transfer to stem-derived medium (WPM, Zeatin 1.0mg / L, BAP 0.1mg / L, NAA 0.01mg / L, agar 0.8%, pH5.8) with antibiotics to induce shoots from callus 4 ~ 6 Incubated weekly. Induced shoots were transferred to root induction medium (1/2 MS, IBA 0.2 mg / L, pH5.8). Plants were incubated at 25 ° C., 30 μmole m −2 S −1 , and light conditions for 16 hours to prepare PagSAP5 overexpressing transform poplar and PagSAP5 expression suppressing transform poplar. Antibiotic was used
재분화된 식물체의 형질전환 여부는 genomic DNA PCR 분석을 통하여 확인하였다. Transformation of regenerated plants was confirmed by genomic DNA PCR analysis.
PagSAP5 과발현 형질전환 현사시나무 OX1, OX2, OX3 (서열번호 8과 서열번호 11 프라이머, 표2)와 발현억제 형질전환 현사시나무 Ri1, Ri2, Ri3, Ri4 (서열번호 10과 서열번호 12 프라이머, 표2)의 gDNA-PCR 분석은 Thermo Scientific Phire Plant Direct PCR kit (Thermon scientific, USA)을 사용하여 사용자 매뉴얼에 따라 PCR 증폭하였다. PCR 증폭은 98℃에서 5분 후 98℃에서 5초, 60℃에서 5초 72℃에서 30초간의 40 사이클 동안 C1000 touch thermal cycler (Bio-Rad, USA)에서 수행한 후, 1.0% 아가로즈 젤에 전기영동하고, UV 광에서 시각화하였다.PagSAP5 Overexpressing Transgenic Seeding Trees OX1, OX2, OX3 (SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 11 Primer, Table 2) and Expression Suppressing Transgenic Seeding Trees Ri1, Ri2, Ri3, Ri4 (SEQ ID NO: 10 and SEQ ID NO: 12 Primer, Table 2) ) GDNA-PCR analysis was PCR amplified according to the user manual using the Thermo Scientific Phire Plant Direct PCR kit (Thermon scientific, USA). PCR amplification was performed in a C1000 touch thermal cycler (Bio-Rad, USA) for 40 cycles of 5 seconds at 98 ° C., 5 seconds at 98 ° C., 5 seconds at 60 ° C., and 30 seconds at 72 ° C., followed by 1.0% agarose gel. Were electrophoresed and visualized in UV light.
실시예 5: 형질전환된 현사시나무의 PagSAP5 유전자의 발현 양상 분석Example 5 Analysis of Expression Pattern of PagSAP5 Gene of Transgenic Crow
PagSAP5 과발현 현사시나무와 RNAi 발현억제 현사시나무에서의 PagSAP5 유전자의 발현을 확인하기 위하여 qRT-PCR을 실시하였다.QRT-PCR was performed to confirm the expression of PagSAP5 genes in PagSAP5 overexpressing Sashimi and RNAi expression inhibition Sashimi.
qRT-PCR 분석에는 PagSAP5 유전자에 특이적인 서열번호 3와 서열번호 4 프라이머를 사용하였다 (표 1). qRT-PCR을 위해서 형질전환된 현사시나무 7종 라인 및 형질전환하지 않는 현사시나무 (대조구; WT)의 total RNA 1㎍을 각각 주형으로 PrimeScript RT reagent Kit (Takara, Japan)를 사용하여 사용자 매뉴얼에 따라 cDNA를 합성하였다. qRT-PCR 증폭은 95℃에서 3분 후 95℃에서 10초, 60℃에서 10초 72℃에서 30초간의 40 사이클 동안 Multi-color Real-time PCR System CFX96 (Bio-Rad, USA)에서 수행하였다. 내부표준 유전자로서 액틴을 서열번호 5 및 서열번호 6의 프라이머로 동일하게 증폭하였다. PCR 산물은 1.0% 아가로스 젤에 전기영동하고 UV 광에서 시각화하였다. 각각의 PagSAP5 유전자의 발현 값은 actin 유전자의 발현 값에 비례하여 상대적으로 계산하였고, 그 결과를 도 6a 및 도 6b에 나타냈다. For qRT-PCR analysis, SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 primers specific for PagSAP5 gene were used (Table 1). Seven lines of transformed siliceous trees and 1 g of total RNA of untransfected siliceous trees (control) were used as templates for qRT-PCR, using PrimeScript RT reagent Kit (Takara, Japan), respectively. cDNA was synthesized. qRT-PCR amplification was performed in a Multi-color Real-time PCR System CFX96 (Bio-Rad, USA) for 40 cycles of 3 seconds at 95 ° C, 10 seconds at 95 ° C, 10 seconds at 60 ° C, and 30 seconds at 72 ° C. . Actin was amplified equally by primers of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 as an internal standard gene. PCR products were electrophoresed on 1.0% agarose gels and visualized in UV light. The expression value of each PagSAP5 gene was calculated relative to the expression value of the actin gene, and the results are shown in FIGS. 6A and 6B.
도 6a에 도시된 바와 같이, PagSAP5 유전자로 형질전환된 현사시나무 라인 OX1, OX2, OX3에서 PagSAP5 유전자의 발현은 대조구 (WT)에 비하여 약 180 ~ 313배 증가하였다.As shown in FIG. 6A, the expression of PagSAP5 gene was increased about 180-313 fold in the hawthorn line OX1, OX2, OX3 transformed with PagSAP5 gene compared to the control (WT).
도 6b에 도시된 바와 같이, PagSAP5의 발현을 억제한 형질전환체 현사시나무 라인 Ri1, Ri2, Ri3, Ri4에서 PagSAP5 유전자의 발현은 대조구 (WT)에 비하여 약 0.22 ~ 0.88배로 감소하였다.As shown in FIG. 6B, the expression of PagSAP5 gene in transformed hawthorn lines Ri1, Ri2, Ri3, Ri4, which inhibited the expression of PagSAP5, decreased by about 0.22 to 0.88 fold compared to the control (WT).
실시예 6: 형질전환된 현사시나무의 건조 스트레스 내성 검정Example 6: Dry Stress Tolerance Assay of Transformed Sagewood
실시예 5에서의 형질전환체 중에서 PagSAP5 유전자 발현이 200배 이상 발현하는 2개의 PagSAP5 과발현 형질전환체 2종 (OX1과 OX3)과 PagSAP5 유전자 발현이 0.4배 이하로 발현하는 PagSAP5 발현억제 형질전환체 2종 (Ri2와 Ri3)을 선발하여 건조 스트레스 내성을 검정하였다.Two PagSAP5 overexpressing transformants (OX1 and OX3) expressing
건조 스트레스 내성을 조사하기 위하여, 각각의 형질전환체 현사시나무를 24±1℃, 50% 상대 습도 및 16시간 광/8시간 암의 광주기에서 8주간 생장시켰다. 건조 처리 1일 전에 토양 수분함량이 48%가 될 때까지 물을 준 다음, 12일간 물을 주지 않고 토양 함수율이 0%가 되는 12일까지 각각의 현사시나무의 상태 (표현형)를 관찰하였고, 그 결과 사진을 도 7a에 나타내었다. To examine dry stress tolerance, each transformant suspension tree was grown for 8 weeks in photoperiod of 24 ± 1 ° C., 50% relative humidity and 16 hours light / 8 hours cancer. One day before the drying treatment, the water was watered until the soil water content reached 48%, and the condition (phenotype) of each sapling tree was observed until 12 days when the soil moisture content was 0% without watering for 12 days. The resulting photograph is shown in Figure 7a.
또한 각각의 형질전환된 현사시나무의 건조 스트레스 조건 (단수 12일)에서 생장 중의 0일, 9일, 12일에 각각의 엽록소 형광량(Fv/Fm)을 Pocket PEA chlorophyll fluorometer (Hansatech, 독일)를 사용하여 측정하여 광합성 효율을 분석하였고, 그 결과를 도 7b에 나타냈다. In addition, the chlorophyll fluorescence (Fv / Fm) of the Pocket PEA chlorophyll fluorometer (Hansatech, Germany) was measured on the 0, 9 and 12 days of growth under dry stress conditions (single 12 days) of each transformed hawthorn tree. The photosynthetic efficiency was analyzed by measuring using the result, and the result is shown in FIG. 7B.
도 7a에 나타난 바와 같이, 단수 처리 후 12일이 경과했을 때 PagSAP5 과발현 형질전환체 현사시나무 (OX1과 OX3)는 잎의 정상 생육 상태를 나타내어, 잎의 처짐 및 잎 마름 현상을 나타낸 대조구 (WT) 현사시나무에 비하여 증진된 건조 내성을 보이는 반면, PagSAP5 발현억제 형질전환체 현사시나무 (Ri2와 Ri3)는 모두 심한 잎 마름 현상을 나타내어 건조에 민감하게 반응함을 확인하였다. As shown in FIG. 7A, when 12 days after the singular treatment, the PagSAP5 overexpressing transformed hawthorn trees (OX1 and OX3) exhibited normal growth of leaves, showing control of leaf sagging and leaf dryness (WT). Compared to the thorny bark, it showed enhanced drying resistance, but the PagSAP5 expression-inhibiting transformant thorny bark (Ri2 and Ri3) showed severe leaf dryness and was sensitive to drying.
도 7b에 나타낸 바와 같이, 0일의 엽록소 형광량 대비 12일의 엽록소 형광량을 비교시, 대조구 (WT) 현사시나무의 광합성 효율은 82.7%, PagSAP5 발현억제 형질전환체 (Ri) 현사시나무의 광합성 효율은 38.3%, PagSAP5 과발현 형질전환체 (OX) 현사시나무는 95% 광합성 효율을 보여서, PagSAP5 유전자의 발현이 증가된 형질전환 현사시나무가 건조 스트레스 내성이 현저히 증진된다는 것을 알 수 있다.As shown in Figure 7b, when comparing the chlorophyll fluorescence of 12 days to the chlorophyll fluorescence of
한편 상기 5종의 현사시나무 (대조구; WT), PagSAP5 과발현 형질전환체 2종 (OX1과 OX3), PagSAP5 발현억제 형질전환체 2종 (Ri2와 Ri3))에 13일부터 다시 관수하여 1주 동안 생장시킨 후 생존율을 조사하였고 그 결과를 표 3에 나타냈다.On the other hand, irrigation was carried out again from the 13th day to the five kinds of thorny bark (control); two PagSAP5 overexpressing transformants (OX1 and OX3) and two PagSAP5 expression suppressing transformants (Ri2 and Ri3) for one week. After growth, the survival rate was examined and the results are shown in Table 3.
상기 표에 나타낸 바와 같이, PagSAP5 과발현 형질전환체 현사시나무의 생존율은 45.5 ~ 66.7%로 대조구 (WT) 현사시나무의 생존율 25%에 비해 2배 이상 높았다. 반면에 PagSAP5 발현억제 형질전환체 현사시나무의 생존율은 0 ~ 16.7%로 대조구 현사시나무에 비하여 감소하였다. 따라서 PagSAP5 유전자의 발현 증가가 현사시나무의 건조 내성을 현저히 증진시킴을 확인할 수 있었다.As shown in the above table, the survival rate of the PagSAP5 overexpressing transformed suspension tree was 45.5 to 66.7%, which was more than 2 times higher than that of the control (WT) suspension tree. On the other hand, the survival rate of PagSAP5 expression-inhibited transformant cultivars was 0 to 16.7%, which was lower than that of control cultivars. Therefore, it was confirmed that the increased expression of PagSAP5 gene significantly enhanced the dry resistance of the hawthorn tree.
<110> National Institute of Forest Science <120> Novel proteins enhancing drought stress tolerance of plants, genes encoding the proteins and transgenic plants transformed with the genes <130> P-10187 <160> 12 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 528 <212> DNA <213> Populus sieboldii x Populus grandidentata <220> <221> gene <222> (329)..(528) <223> RNAi construct <220> <221> gene <222> (1)..(528) <223> Open reading frame <400> 1 atgggttctg agcaaaacga tggcacaagc ttcccaccag cagagccaaa gctttgtgtt 60 aatgggtgtg gattttttgg tacggctgca aacatgaacc tttgctccaa gtgttaccgt 120 gaccttcgtg ccgaagaaga gcaggctgcc tctgccaagg ctgccatgga aaagacactg 180 aatatcaatc caaaacaaca tattgattct aaggttgttg tcgatgcccc tcaagttgtg 240 gtggcggcta attccgtgca gttagatgtg tctgatgaag cttcttcgtc agcagaaact 300 gttgttgctg gtggtggtca ggtgccatca aagccggcaa ataggtgctt tagctgcaat 360 aagaaggttg gtttgacagg attcaagtgc aagtgcggtg gcacttactg cgggactcat 420 aggtacgcag agaatcacga gtgcctcttt gatttcaaag gtgccggccg tgatgcaatc 480 gcgaaggcaa atcctgtgat taaggctaat aaggtggaga ggttctga 528 <210> 2 <211> 175 <212> PRT <213> Populus sieboldii x Populus grandidentata <220> <221> PEPTIDE <222> (1)..(175) <223> Amino acid sequence of PatgSAP5 <400> 2 Met Gly Ser Glu Gln Asn Asp Gly Thr Ser Phe Pro Pro Ala Glu Pro 1 5 10 15 Lys Leu Cys Val Asn Gly Cys Gly Phe Phe Gly Thr Ala Ala Asn Met 20 25 30 Asn Leu Cys Ser Lys Cys Tyr Arg Asp Leu Arg Ala Glu Glu Glu Gln 35 40 45 Ala Ala Ser Ala Lys Ala Ala Met Glu Lys Thr Leu Asn Ile Asn Pro 50 55 60 Lys Gln His Ile Asp Ser Lys Val Val Val Asp Ala Pro Gln Val Val 65 70 75 80 Val Ala Ala Asn Ser Val Gln Leu Asp Val Ser Asp Glu Ala Ser Ser 85 90 95 Ser Ala Glu Thr Val Val Ala Gly Gly Gly Gln Val Pro Ser Lys Pro 100 105 110 Ala Asn Arg Cys Phe Ser Cys Asn Lys Lys Val Gly Leu Thr Gly Phe 115 120 125 Lys Cys Lys Cys Gly Gly Thr Tyr Cys Gly Thr His Arg Tyr Ala Glu 130 135 140 Asn His Glu Cys Leu Phe Asp Phe Lys Gly Ala Gly Arg Asp Ala Ile 145 150 155 160 Ala Lys Ala Asn Pro Val Ile Lys Ala Asn Lys Val Glu Arg Phe 165 170 175 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 qRT Forward primer <400> 3 gtcagttgtg tctgctgaag ct 22 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 qRT Reverse primer <400> 4 agcacctttg aaatcaaaga g 21 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Actin Forward primer <400> 5 gccatctctc atcggaatgg a 21 <210> 6 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Actin Reverse primer <400> 6 agggcagtga tttccttgct ca 22 <210> 7 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5-XbaI forward primer <400> 7 cacgggggac tctagaatgg gttctgagca aaacgatggc 40 <210> 8 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5-XbaI reverse primer <400> 8 gatcggggaa attcgagctc tcagaacctc tccaccttat tagc 44 <210> 9 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 RNAi Forward primer <400> 9 gccgccccct tcacccaaag ccggcaaata ggtgctttag 40 <210> 10 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 RNAi Reverse primer <400> 10 tcggcgcgcc cacccttaat acattcactt ggtgctctc 39 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CamV 35S Forward primer <400> 11 gaaacctcct cggattccat 20 <210> 12 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> attB1 Forward primer <400> 12 acaagtttgt acaaaaaagc aggct 25 <110> National Institute of Forest Science <120> Novel proteins enhancing drought stress tolerance of plants, genes encoding the proteins and transgenic plants transformed with the genes <130> P-10187 <160> 12 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 528 <212> DNA <213> Populus sieboldii x Populus grandidentata <220> <221> gene (222) (329) .. (528) <223> RNAi construct <220> <221> gene (222) (1) .. (528) <223> Open reading frame <400> 1 atgggttctg agcaaaacga tggcacaagc ttcccaccag cagagccaaa gctttgtgtt 60 aatgggtgtg gattttttgg tacggctgca aacatgaacc tttgctccaa gtgttaccgt 120 gaccttcgtg ccgaagaaga gcaggctgcc tctgccaagg ctgccatgga aaagacactg 180 aatatcaatc caaaacaaca tattgattct aaggttgttg tcgatgcccc tcaagttgtg 240 gtggcggcta attccgtgca gttagatgtg tctgatgaag cttcttcgtc agcagaaact 300 gttgttgctg gtggtggtca ggtgccatca aagccggcaa ataggtgctt tagctgcaat 360 aagaaggttg gtttgacagg attcaagtgc aagtgcggtg gcacttactg cgggactcat 420 aggtacgcag agaatcacga gtgcctcttt gatttcaaag gtgccggccg tgatgcaatc 480 gcgaaggcaa atcctgtgat taaggctaat aaggtggaga ggttctga 528 <210> 2 <211> 175 <212> PRT <213> Populus sieboldii x Populus grandidentata <220> <221> PEPTIDE (222) (1) .. (175) <223> Amino acid sequence of Patg SAP 5 <400> 2 Met Gly Ser Glu Gln Asn Asp Gly Thr Ser Phe Pro Pro Ala Glu Pro 1 5 10 15 Lys Leu Cys Val Asn Gly Cys Gly Phe Phe Gly Thr Ala Ala Asn Met 20 25 30 Asn Leu Cys Ser Lys Cys Tyr Arg Asp Leu Arg Ala Glu Glu Glu Gln 35 40 45 Ala Ala Ser Ala Lys Ala Ala Met Glu Lys Thr Leu Asn Ile Asn Pro 50 55 60 Lys Gln His Ile Asp Ser Lys Val Val Val Asp Ala Pro Gln Val Val 65 70 75 80 Val Ala Ala Asn Ser Val Gln Leu Asp Val Ser Asp Glu Ala Ser Ser 85 90 95 Ser Ala Glu Thr Val Val Ala Gly Gly Gly Gln Val Pro Ser Lys Pro 100 105 110 Ala Asn Arg Cys Phe Ser Cys Asn Lys Lys Val Gly Leu Thr Gly Phe 115 120 125 Lys Cys Lys Cys Gly Gly Thr Tyr Cys Gly Thr His Arg Tyr Ala Glu 130 135 140 Asn His Glu Cys Leu Phe Asp Phe Lys Gly Ala Gly Arg Asp Ala Ile 145 150 155 160 Ala Lys Ala Asn Pro Val Ile Lys Ala Asn Lys Val Glu Arg Phe 165 170 175 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 qRT Forward primer <400> 3 gtcagttgtg tctgctgaag ct 22 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 qRT Reverse primer <400> 4 agcacctttg aaatcaaaga g 21 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> Actin Forward primer <400> 5 gccatctctc atcggaatgg a 21 <210> 6 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Actin Reverse primer <400> 6 agggcagtga tttccttgct ca 22 <210> 7 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5-XbaI forward primer <400> 7 cacgggggac tctagaatgg gttctgagca aaacgatggc 40 <210> 8 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5-XbaI reverse primer <400> 8 gatcggggaa attcgagctc tcagaacctc tccaccttat tagc 44 <210> 9 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 RNAi Forward primer <400> 9 gccgccccct tcacccaaag ccggcaaata ggtgctttag 40 <210> 10 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PagSAP5 RNAi Reverse primer <400> 10 tcggcgcgcc cacccttaat acattcactt ggtgctctc 39 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CamV 35S Forward primer <400> 11 gaaacctcct cggattccat 20 <210> 12 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> attB1 Forward primer <400> 12 acaagtttgt acaaaaaagc aggct 25
Claims (10)
Comprising a PagSAP5 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, a composition for enhancing the dry stress resistance of the plant.
According to claim 1, wherein the gene encodes a PagSAP5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the composition for improving the dry stress resistance of plants.
The composition of claim 1, wherein the gene is derived from a Populus alba × Populus glandulosa .
A recombinant vector comprising a PagSAP5 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 to enhance the dry stress resistance of the plant.
A transgenic plant transformed by the recombinant vector of claim 5 and having enhanced dry stress resistance.
The transgenic plant of claim 6, wherein the plant is any one selected from the group consisting of trees, fruit trees, vegetable crops, specialty crops, flowers, and feed crops.
The transgenic plant of claim 7, wherein the tree is a poplar.
(a) 서열번호 1의 염기서열로 이루어지는 PagSAP5 유전자를 식물체에 형질전환하는 단계; 및
(b) 상기 형질전환된 식물체에서 상기 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
As a method of enhancing the dry stress resistance of the plant, the method
(a) transforming a plant with a PagSAP5 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1; And
(b) overexpressing the gene in the transformed plant.
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