KR102130550B1 - CYP90D2 gene derived from rice controlling plant seed size, low temperature germinability and tolerance to abiotic stresses and uses thereof - Google Patents

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김선하
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Abstract

The present invention relates to a rice-derived CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) gene for controlling the seed size of plants, low temperature germination and resistance to abiotic stress of plants.

Description

식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 벼 유래 CYP90D2 유전자 및 이의 용도{CYP90D2 gene derived from rice controlling plant seed size, low temperature germinability and tolerance to abiotic stresses and uses thereof}CYP90D2 gene derived from rice controlling plant seed size, low temperature germinability and tolerance to abiotic stresses and uses thereof}

본 발명은 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 벼 유래 CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) 유전자 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 야생벼(Oryza rufipogon) 유래 CYP90D2 단백질; 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 재배벼(O. sativa) 유래 CYP90D2 단백질;을 코딩하는 유전자 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a plant-derived CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) gene and its use to control plant seed size, cold germination and resistance to abiotic stress, and more specifically, consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. CYP90D2 protein from wild rice ( Oryza rufipogon ); Or CYP90D2 protein derived from cultivated rice ( O. sativa ) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 and relates to a gene encoding the same and its use.

벼는 화본과에 속하는 1년생 초본식물로, 밀 다음으로 생산량이 많아 세계 인구의 약 50%가 주식으로 이용하고 있다. 야생벼는 많은 유용한 농업형질을 가지고 있을 뿐만 아니라 다양한 유전적 다양성를 가지고 있어 재배벼(cultivation rice)로 유용 유전자를 도입할 수 있는 중요한 유전자원의 보고라 할 수 있다. 야생벼 중에서 중요한 생식질(germplasm)인 오리자 루피포곤(Oryza rufipogon)은 AA 게놈을 가지고 있고 넓은 유전적 다양성으로 인해 유용한 유전자를 재배벼로 전달하는 성공적인 시도가 다수 보고되었다. 이전의 연구에서, 오리자 루피포곤으로부터 유래한 QTL(quantitative trait loci)이 생산량 증대와 연관되어 있음이 보고되었다(Xiao et al., (1996) Nature 384:223-224). 또한, 오리자 루피포곤의 다년생 생태형으로부터 유래한 세포질웅성불임성(cytoplasmic male sterility, CMS) 및 생산량 형질 관련 QTL의 침투교잡(introgression)이 보고된 바 있다. 뿐만 아니라 도열병과 같은 곰팡이병 저항성과 벼멸구와 같은 충해 저항성 유전자가 다수 존재하고 내냉성, 내염성 등과 같은 비생물적 스트레스에 관여하는 QTL들이 분리·표지되고 있다. 최신 기술의 발전과 함께, NIL(near isogenic line)의 개발은 현대 벼 육종 프로그램에 있어서 중요한 방안을 제공해준다.Rice is a first-year herbaceous plant belonging to the Hwabon family. It has the largest production after wheat, and about 50% of the world's population uses it as its staple food. Wild rice not only has many useful agricultural traits, but also has various genetic diversity, so it can be said to be an important genetic resource report that can introduce useful genes into cultivation rice. Among the wild rice, the important germplasm, Oryza rufipogon , has an AA genome and many successful attempts have been made to deliver useful genes to cultivated rice due to its wide genetic diversity. In a previous study, it was reported that a quantitative trait loci (QTL) derived from Orija lupipogon was associated with increased production (Xiao et al., (1996) Nature 384:223-224). In addition, cytoplasmic male sterility (CMS) and yield trait related QTL introgression from the perennial ectotype of Oriza lupipogon have been reported. In addition, there are a number of fungal disease-resistant genes such as febrile disease and insect-resistant genes such as rice buds, and QTLs that are involved in abiotic stress such as cold resistance and flame resistance are separated and labeled. The development of a near isogenic line (NIL), along with the advancement of the latest technology, provides an important tool for modern rice breeding programs.

직파재배(Direct-seeding cultivation)는 물 부족, 인건비 상승, 노동력 절감을 위해 많은 관심을 받는 벼 재배법으로 유럽, 호주 및 미국에서는 고도로 기계화되어 있고, 조기 성숙 품종 개발과 영양 관리 기술 개선 및 화학 잡초 통제 방법의 증가로 필리핀, 말레이시아, 태국 및 인도의 많은 농민들이 이앙 방식에서 직파재배로 전환하고 있다. 벼 직파재배 면적은 우리나라에서만 '95년 전체 벼 재배면적의 11.1%인 11,760 ha까지 급격히 증가했으며, 계속 증가 추세에 있다. 또한 급격한 기후변화에 대응하여 안정적인 생산량 확보와 인건비, 노동력 절감을 위해 벼 저온발아성 계통 육성 연구의 중요성은 높아지고 있지만 일부 결과를 제외하고는 아직까지 구체적인 연구 성과는 없는 실정이다. 개발 보급된 직파재배 품종은 대부분 이앙재배 조건에서 육성된 품종들로서 저온발아 및 출아 등 저온조건에서의 초기유묘 활착에 중요한 직파적성 관련형질의 보완이 시급하며 직파적성 유전자원의 탐색, 특성 검정체계와 방법을 확립하고, 아울러 직파적성 형질과 밀접하게 연관된 분자표지 및 후보유전자를 선발에 이용하는 분자육종기술의 개발이 필요하다.Direct-seeding cultivation is a highly cultivated rice cultivation method for water shortage, labor cost increase, and labor saving. It is highly mechanized in Europe, Australia and the United States, develops early mature varieties, improves nutrition management technology, and controls chemical weeds. With the increase in methods, many farmers from the Philippines, Malaysia, Thailand and India are shifting from cultivation to direct cultivation. The area of direct rice cultivation in Korea increased rapidly to 11,760 ha, which is 11.1% of the total rice cultivation area in 1995, and continues to increase. In addition, in order to secure stable production and reduce labor costs and labor in response to rapid climate change, the importance of research on fostering low-temperature germination systems of rice is increasing, but there are no specific research results yet, with the exception of some results. Most of the direct-cultivated varieties that have been developed and distributed are those grown under cultivation conditions, and it is urgent to supplement the related characteristics of direct-property related to the early seedlings in low-temperature germination and germination conditions. There is a need to develop a molecular breeding technique that establishes a method and uses molecular markers and candidate genes closely related to direct traits for selection.

벼에서 종자휴면 그리고 발아조절은 식물의 환경적응성 및 생존을 위해 반드시 필요하고 많은 유전자와 환경요인의 복잡한 과정을 통해 조절된다. 식물은 운동성이 없으므로, 종자에서 계속되는 휴면과 발아는 식물 생존에 결정적인 역할을 하며 빛과 같은 환경적 신호, 온도 등 다양하고 복잡한 과정을 통해 조절된다. 특히 식물호르몬들의 복잡한 상호작용에 의해 조절된다는 것이 다양한 돌연변이 연구를 통해 확인되었다. 앱시스산(abscisic acid, ABA)은 종자휴면과 발아억제, 배아성숙 기간 동안의 휴면 유지에 역할을 하는 반면, 지베렐린(gibberellins, GA)은 이러한 ABA로 인한 휴면을 깨는 역할을 한다. 에틸렌 또한 발아를 촉진한다고 알려져 있다. 브라시노스테로이드(brassinosteroid, BR)는 식물 성장과 발달에 중요한 역할을 하며 종자 휴면, 발아촉진에 역할을 하는데, BR은 부분적으로 GA 생합성 및 GA 감수성 돌연변이의 발아를 회복시키고 BR 생합성 및 반응 돌연변이는 발아 과정에서 ABA에 대한 감수성을 증가시키는 것으로 보고되었다.Seed dormancy and germination control in rice are essential for plant adaptability and survival and are regulated through a complex process of many genes and environmental factors. Plants are not motile, so dormancy and germination that continue in the seed play a critical role in plant survival and are regulated through various complex processes such as environmental signals such as light and temperature. In particular, it has been confirmed through various mutation studies that it is regulated by the complex interaction of phytohormones. Abscisic acid (ABA) plays a role in seed dormancy, germination inhibition, and dormancy during embryo maturation, while gibberellins (GA) act to break the dormancy caused by these ABAs. Ethylene is also known to promote germination. Brassinosteroid (BR) plays an important role in plant growth and development, and plays a role in seed dormancy and promotion of germination. BR partially restores germination of GA biosynthesis and GA sensitive mutations, and BR biosynthesis and reaction mutations germinate. It has been reported to increase susceptibility to ABA in the process.

벼에서 cytochrome P450은 총 10개의 그룹으로 총 45개의 패밀리로 존재하며 그 중 CYP90 그룹에는 4 CYP90A(CPD), CYP90B(DWF4), CYP90C(ROT3) 및 CYP90D의 서브패밀리로 구분된다. 벼(Oryza sativa) 유래의 cytochrome P450 90D2 (CYP90D2, 이하 OsD2) 유전자는 BR 생합성 경로 관련 유전자로서 종자크기를 조절할 뿐만 아니라 키 생장 표현형에 관여하는 유전자로 알려져 있다(Hong et al., (2003) Plant cell. 15:2900-2910; Li et al., (2013) New Phytolosist. 200:1076-1088). 또한 최근에는 종자크기 뿐만 아니라 종자 수를 조절하는 유전자로 보고되었다(Fang et al.,(2016) Rice. 9:64).In rice, cytochrome P450 has a total of 10 groups and a total of 45 families. Among them, the CYP90 group is divided into 4 CYP90A (CPD), CYP90B (DWF4), CYP90C (ROT3) and CYP90D subfamily. The cytochrome P450 90D2 (CYP90D2, hereinafter referred to as OsD2 ) gene derived from rice ( Oryza sativa ) is a gene related to the BR biosynthesis pathway and is known as a gene involved in key growth phenotype as well as regulating seed size (Hong et al., (2003) Plant cell. 15:2900-2910; Li et al., (2013) New Phytolosist. 200:1076-1088). In addition, it has recently been reported as a gene that regulates the number of seeds as well as seed size (Fang et al., (2016) Rice. 9:64).

한편, 한국등록특허 제1250870호에는 '벼 유래의 Myb4 유전자의 과발현에 의한 내냉성이 증진된 형질전환 식물체의 제조방법 및 그에 따른 식물체'가 개시되어 있고, 한국등록특허 제1376520호에는 '벼 유래의 OsPrMC3 유전자를 이용한 바이오매스 또는 종자 생산량이 조절된 형질전환 식물체의 제조방법 및 그에 따른 식물체'가 개시되어 있으나, 본 발명의 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 벼 유래 CYP90D2 유전자 및 이의 용도에 대해서는 기재된 바가 없다.On the other hand, Korean Registered Patent No. 1250870 discloses a method for producing a transgenic plant with improved cold resistance due to overexpression of a Myb4 gene derived from rice, and a plant therefrom. A method for producing a transgenic plant with a controlled production of biomass or seed using the OsPrMC3 gene and a plant therefor' has been disclosed.However, the seed size, low temperature germination and resistance to abiotic stress of the plant of the present invention are controlled. The CYP90D2 gene derived from rice and its use have not been described.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 화성벼와 야생벼(Oryza rufipogon)간의 교배로 얻어진 BC3F7 근동질 계통(NIL, 야생벼 유래 CYP90D2 유전자 이입)과 반복친(화성벼) 간의 농업적 형질을 조사한 결과, NIL이 화성벼에 비해 종자 크기가 유의적으로 증가하였으며, 저온발아성, 삼투 및 염 스트레스에 대한 내성이 유의적으로 증가한 것을 확인하였다. 상기 형질 차이에 관여하는 후보유전자를 알아본 결과, NIL에서 화성벼의 유전적 배경에 야생벼의 단편이 1번 염색체의 RM10313 및 CRM37 사이에서 탐지되었으며, 상기 표지인자 사이의 지역에서 7개의 후보유전자가 확인되었고, 이 중 CYP90D2(cytochrome P450 90D2) 유전자에서 화성벼와 야생벼간의 염기 치환에 따른 아미노산 잔기의 변이가 관찰되었다. 본 발명자는 상기 CYP90D2 유전자의 기능을 규명하기 위해서, 동진벼(Oryza sativa cv. Dongjin)의 CYP90D2 유전자에 T-DNA가 삽입되어 CYP90D2 유전자의 발현이 억제된 돌연변이와 CYP90D2 유전자의 발현이 증진된 돌연변이 식물체를 이용하여 저온발아성, 삼투 및 염 스트레스에 대한 내성을 비교분석한 결과, CYP90D2 유전자의 발현이 증진된 돌연변이 식물체는 야생벼 및 NIL에서와 유사하게 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성이 증가되고, CYP90D2 유전자의 발현이 억제된 돌연변이 식물체는 야생벼 및 NIL과 비교하여 저온발아성이 감소하고, 종자 크기도 감소되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention has been derived by the above-mentioned needs, and the present inventors have obtained BC 3 F 7 homogeneous line (NIL, CYP90D2 gene introduction from wild rice) and repeated parent (Hwaseong rice) obtained by crossing between Hwaseong rice and wild rice ( Oryza rufipogon ). ) As a result of examining the agricultural traits of liver, it was confirmed that the seed size of NIL was significantly increased compared to Hwaseong rice, and the resistance to cold germination, osmotic and salt stress was significantly increased. As a result of finding candidate genes involved in the trait difference, fragments of wild rice were detected between RM10313 and CRM37 of chromosome 1 in the genetic background of Hwaseong rice in NIL, and 7 candidate genes in the region between the markers It was confirmed, among these, the variation of amino acid residues was observed in the CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) gene according to the base substitution between Hwaseong and wild rice. The present inventor in order to clarify the features of the CYP90D2 gene, dongjinbyeo (Oryza sativa cv. Dongjin) the CYP90D2 gene of T-DNA the inserted and promote the expression of the mutated and CYP90D2 gene expression is suppressed in the CYP90D2 gene mutant plants of the As a result of comparative analysis of resistance to cold germination, osmotic and salt stress, mutant plants with enhanced expression of CYP90D2 gene have increased cold germination and resistance to abiotic stress, similar to wild rice and NIL. The present invention was completed by confirming that the mutant plants whose CYP90D2 gene expression was suppressed were reduced compared to wild rice and NIL, and that germination was reduced and seed size was also reduced.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진, 야생벼(Oryza rufipogon) 유래의 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 CYP90D2(cytochrome P450 90D2) 단백질 및 상기 CYP90D2 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, CYP90D2 (cytochrome P450) that regulates the seed size, cold germination and resistance to abiotic stress of plants derived from wild rice ( Oryza rufipogon ). 90D2) protein and a gene encoding the CYP90D2 protein.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant vector containing the gene.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다.In addition, the present invention provides a host cell transformed with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및 상기 형질전환된 식물세포로부터 형질전환된 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성이 조절된 형질전환 식물체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of transforming plant cells with a recombinant vector comprising a CYP90D2 protein coding gene derived from rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4; And re-differentiating the transformed plant from the transformed plant cell. The present invention provides a method for producing a transformed plant in which the seed size of the plant, cold germination and resistance to abiotic stress are controlled.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성이 조절된 형질전환 식물체 및 이의 형질전환된 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transformed plant and its transformed seeds whose seed size, cold germination and resistance to abiotic stress prepared by the above manufacturing method are controlled.

또한, 본 발명은 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 CYP90D2 단백질 코딩 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는, 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of transforming plant cells with a recombinant vector containing a CYP90D2 protein coding gene derived from rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 to control the expression of the CYP90D2 protein coding gene, a plant body. It provides a method to control the seed size, low temperature germination and resistance to abiotic stress.

또한, 본 발명은 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 야생벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성 조절용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention comprises a composition for controlling the seed size of a plant, cold germination and resistance to abiotic stress, comprising a CYP90D2 protein coding gene derived from wild rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 as an active ingredient. to provide.

본 발명의 야생벼(Oryza rufipogon) 유래 CYP90D2(cytochrome P450 90D2) 유전자는 중요한 농업적 형질인 종자 크기 뿐만 아니라, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성 조절과 관여되어 있으므로, 저온, 염해, 건조 등의 비생물적 스트레스에 내성을 갖는 내재해성 신품종 벼 육종에 유용하게 활용될 수 있고, 자포니카 벼 순화 연구에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.The CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) gene derived from wild rice ( Oryza rufipogon ) of the present invention is involved in the regulation of resistance to cold germination and abiotic stress, as well as seed size, which is an important agricultural trait. It can be useful for breeding new varieties of rice that are resistant to abiotic stress, such as, and can be useful for purifying japonica rice.

도 1은 BC3F7 NIL(TR5) 집단 및, 상기 NIL(TR5) 집단과 화성벼 교배집단(F3)의 개발 모식도이다.
도 2는 BC3F7 NIL(TR5)의 1번 염색체에 이입된 영역의 맵으로, 흰색과 검은색 영역은 각각 동형의 화성벼와 동형의 오리자 루피포곤(Oryza rufipogon) 서열을 의미한다. 회색 빗금은 염색체의 교차가 일어난 부위를 나타내며 해당 지역에 포함된 유전자를 나타낸 그림이다.
도 3은 화성벼와 오리자 루피포곤(O. rufipogon) 사이의 CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) 유전자 염기 서열을 비교한 결과이다. OsD2-00, -01 및 -02는 OsD2(O. sativa CYP90D2) 유전자의 3개의 전사체 모식도이고, 흰색 박스는 5' 또는 3' UTR(untranslated region)을 의미하며, 검은색 박스 및 검은색 박스 사이의 실선은 각각 엑손과 인트론을 나타내며, 5개의 SNP(single nucleotide polymorphism)와 화살표는 미스센스 돌연변이를 야기한 염기 치환을 나타낸다.
도 4는 화성벼(O. sativa cv. Hwaseong)와 오리자 루피포곤(O. rufipogon), 오리자 브라치안타(O. brachyantha), 옥수수(Zea mays), 수수(Sorghum bicolor), 고추(Capsicum annuum), 감자(Solanum tuberosum)의 CYP90D2 단백질과 애기장대 CYP90D2 패밀리 단백질(AtCYP90C1 및 AtCYP90D1)의 계통수(A)와 아미노산 서열 정렬 결과(B)이다.
도 5의 (A)는 발아 적온인 28℃에서의 HS(화성벼)와 Rufi(O.rufipogon), TR5(NIL)의 발아율을, (B)는 저온 조건인 13℃에서의 발아율을 나타낸 그래프이다.
도 6의 (A)는 500 mM 만니톨 조건에서 HS(화성벼)와 Rufi(O.rufipogon), TR5(NIL)의 발아율을, (B)는 250 mM의 염화나트륨 조건에서의 발아율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 저온 조건(A), 500 mM 만니톨(B), 250 mM의 염화나트륨(C) 조건에서 HS(화성벼)와 Rufi(O.rufipogon), TR5(NIL)의 시간별 OsD2 유전자의 발현패턴을 분석한 그래프이다.
도 8은 HS(화성벼), Rufi(O.rufipogon) 및 NIL 계통인 TR5에서의 브라시노스테로이드 생합성 신호 전달 경로 관련 유전자들의 발현을 분석한 그래프이다.
도 9는 동진벼(Dongjin; DJ), OsD2 유전자 억제 돌연변이체(D2/KO) 및 OsD2 유전자 발현 증가 돌연변이체(D2/OE)의 OsD2 유전자 발현을 분석한 그래프이다.
도 10은 동진벼(DJ), 화성벼(HS), NIL(TR5), OsD2/KO(OsD2 유전자 억제 돌연변이체) 및 OsD2/OE(OsD2 유전자 발현 증가 돌연변이체)의 낟알의 크기를 분석한 사진과 그래프이다. n=10, *: P < 0.05, **: P < 0.01.
도 11은 동진벼(DJ), D2/KO(OsD2 유전자 억제 돌연변이체) 및 D2/OE(OsD2 유전자 발현 증가 돌연변이체)의 저온 조건인 13℃에서의 발아율을 나타낸 그래프이다.
도 12 및 13은 동진벼(DJ), D2/KO(OsD2 유전자 억제 돌연변이체) 및 D2/OE(OsD2 유전자 발현 증가 돌연변이체)의 브라시노스테로이드 생합성 신호 전달 경로 관련 유전자의 발현을 분석한 그래프이다.
1 is a schematic diagram of the development of the BC 3 F 7 NIL (TR5) population and the NIL (TR5) population and the Hwaseong rice mating group (F 3 ).
FIG. 2 is a map of regions introduced into chromosome 1 of BC 3 F 7 NIL (TR5), where white and black regions indicate the same type of Hwaseong rice and isozyme oryza rufipogon sequences, respectively. The gray hatch marks the site where the chromosomes cross, and is a picture of the genes included in the region.
3 is a result of a comparison hwaseongbyeo and ducks chair Rs pogon (O. rufipogon) CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) between gene sequences. OsD2-00, -01 and -02 are schematic diagrams of three transcripts of OsD2 ( O. sativa CYP90D2) gene, white box means 5'or 3'untranslated region (UTR), black box and black box The solid lines between each represent exons and introns, and the five single nucleotide polymorphisms (SNPs) and arrows indicate base substitutions that caused missense mutations.
FIG. 4 shows O. sativa cv. Hwaseong and O. rufipogon , O. brachyantha , Corn ( Zea mays ), Sorghum bicolor , Capsicum annuum ), Phylogenetic tree (A) and amino acid sequence alignment result (B) of CYP90D2 protein of Arabidopsis ( Solanum tuberosum ) and Arabidopsis CYP90D2 family proteins (AtCYP90C1 and AtCYP90D1).
5(A) shows germination rates of HS (Hwaseong rice), Rufi ( O.rufipogon ), and TR5 (NIL) at 28° C., which are germination temperatures, and (B) is a graph showing germination rates at 13° C. under low temperature conditions. .
6A shows germination rates of HS (Hwaseong rice), Rufi ( O.rufipogon ), and TR5 (NIL) at 500 mM mannitol, and (B) is a graph showing germination rates at 250 mM sodium chloride.
7 is a low-temperature condition (A), 500 mM mannitol (B), 250 mM sodium chloride (C) conditions HS (Hwaseong rice) and Rufi ( O.rufipogon ), TR5 (NIL) of the OsD2 gene expression pattern by time analysis It is a graph.
8 is a graph analyzing the expression of genes related to the pathway of brassinosteroid biosynthesis in HS (Hwaseong rice), Rufi ( O.rufipogon ), and NIL strain TR5.
9 is a graph analyzing OsD2 gene expression of Dongjin rice (DJ), OsD2 gene suppression mutant (D2/KO) and OsD2 gene expression increasing mutant (D2/OE).
10 is a photograph and graph analyzing the grain size of Dongjin rice (DJ), Hwaseong rice (HS), NIL (TR5), OsD2/KO ( OsD2 gene suppression mutant) and OsD2/OE ( OsD2 gene expression increase mutant) to be. n=10, *: P <0.05, **: P <0.01.
11 is a graph showing the germination rate at 13° C. under low temperature conditions of Dongjin rice (DJ), D2/KO ( OsD2 gene suppression mutant) and D2/OE ( OsD2 gene expression increase mutant).
12 and 13 are graphs analyzing the expression of genes related to the brassinosteroid biosynthesis signal transduction pathway of Dongjin rice (DJ), D2/KO ( OsD2 gene suppression mutant) and D2/OE ( OsD2 gene expression increase mutant).

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진, 야생벼(Oryza rufipogon) 유래의 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 CYP90D2(cytochrome P450 90D2) 단백질을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention is composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, wild rice ( Oryza rufipogon ) CYP90D2 ( regulating the seed size, cold germination and resistance to abiotic stress) cytochrome P450 90D2) protein.

본 발명에 따른 상기 야생벼 유래 CYP90D2 단백질의 범위는 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 단백질로, 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 재배벼인 화성벼(O. sativa cv. Hwaseong) 유래의 CYP90D2 단백질과 3개의 아미노산 잔기에 차이가 있으며, 구체적으로는 서열번호 2의 아미노산 서열(야생벼 유래 CYP90D2 단백질)에서 26번째, 268번째 및 275번째 잔기의 아미노산인 글리신(Gly), 루신(Leu) 및 메티오닌(Met)이 화성벼에서는 각각 세린(Ser), 프롤린(Pro) 및 발린(Val)으로 확인된다(도 3).The range of the wild rice-derived CYP90D2 protein according to the present invention is a protein having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, a CYP90D2 protein derived from O. sativa cv. Hwaseong, a cultivated rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4. And 3 amino acid residues, specifically, amino acid glycine (Gly), leucine (Leu) and methionine of the 26th, 268th and 275th residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (CYP90D2 protein derived from wild rice). (Met) is identified as Serine, Proline and Valine in Hwaseong rice, respectively (FIG. 3).

본 명세서에서 용어 "저온발아성(low temperature germability)"은 발아적온보다 조금 낮은 온도에서도 발아하는 능력을 의미하는 것으로, 벼의 경우 조생종 또는 직파재배 품종은 저온발아성이 요구된다.As used herein, the term "low temperature germability" refers to the ability to germinate even at a slightly lower temperature than germination temperature. In the case of rice, a low temperature germination property is required for a crude or direct-cultivated variety.

본 발명은 또한, 상기 야생벼 유래 CYP90D2 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다. 본 발명의 상기 야생벼 유래 CYP90D2 단백질을 코딩하는 유전자는 서열번호 1의 염기서열을 포함할 수 있다.The present invention also provides a gene encoding the CYP90D2 protein derived from wild rice. The gene encoding the CYP90D2 protein derived from wild rice of the present invention may include the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명은 또한, 상기 야생벼 유래 CYP90D2 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector comprising a gene encoding the CYP90D2 protein derived from wild rice.

용어 "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호화된 단백질을 발현하는 세포를 지칭하는 것이다. 재조합 세포는 상기 세포의 천연 형태에서는 발견되지 않는 유전자 또는 유전자 절편을, 센스 또는 안티센스 형태 중 하나로 발현할 수 있다. 또한 재조합 세포는 천연 상태의 세포에서 발견되는 유전자를 발현할 수 있으며, 그러나 상기 유전자는 변형된 것으로서 인위적인 수단에 의해 세포 내 재도입된 것이다.The term "recombinant" refers to a cell in which a cell replicates a heterologous nucleic acid, expresses the nucleic acid, or expresses a peptide, a heterologous peptide, or a protein encoded by a heterologous nucleic acid. Recombinant cells can express genes or gene segments not found in the natural form of the cells, either in sense or antisense form. Recombinant cells can also express genes found in natural cells, but these genes have been modified and reintroduced into cells by artificial means.

용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "전달체"는 흔히 "벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다.The term "vector" is used to refer to a DNA fragment(s), nucleic acid molecules that are delivered into a cell. The vector replicates DNA and can be reproduced independently in the host cell. The term "carrier" is often used interchangeably with "vector". The term “expression vector” refers to a recombinant DNA molecule comprising a desired coding sequence and a suitable nucleic acid sequence essential to express a coding sequence operably linked in a particular host organism.

본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵 세포 또는 진핵 세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터 (예컨대, pLλ프로모터, Trp 프로모터, Lac 프로모터, T7 프로모터, Tac 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 리보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주 세포로서 대장균(Escherichia coli)이 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위, 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터 (pLλ프로모터)가 조절 부위로서 이용될 수 있다.Vectors of the invention can typically be constructed as vectors for cloning or expression. In addition, the vector of the present invention can be constructed using prokaryotic or eukaryotic cells as hosts. For example, when the vector of the present invention is an expression vector and a prokaryotic cell is used as a host, a strong promoter capable of progressing transcription (eg, pLλ promoter, Trp promoter, Lac promoter, T7 promoter, Tac promoter, etc.), It is common to include a ribosome binding site for initiation of translation and a transcription/detox termination sequence. When Escherichia coli is used as a host cell, the promoter and operator site of the E. coli tryptophan biosynthetic pathway, and the leftward promoter of phage λ (pLλ promoter) can be used as a regulatory site.

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드 (예: pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pGEX 시리즈, pET 시리즈 및 pUC19 등), 파지 (예: λgt4·λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스 (예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다. 한편, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 진핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 포유동물 세포의 게놈으로부터 유래된 프로모터 (예: 메탈로티오닌 프로모터) 또는 포유동물 바이러스로부터 유래된 프로모터 (예: 아데노바이러스 후기 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, SV40 프로모터, 사이토메갈로바이러스 프로모터 및 HSV의 tk 프로모터)가 이용될 수 있으며, 전사 종결 서열로서 폴리아데닐화 서열을 일반적으로 갖는다.On the other hand, vectors that can be used in the present invention include plasmids often used in the art (e.g., pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pGEX series, pET series and pUC19, etc.), phage (e.g., λgt4·λB , λ-Charon, λΔz1 and M13, etc.) or viruses (eg, SV40, etc.). On the other hand, when the vector of the present invention is an expression vector and a eukaryotic cell is a host, a promoter derived from the genome of a mammalian cell (eg, a metallothionine promoter) or a promoter derived from a mammalian virus (eg, adeno) Late virus promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, SV40 promoter, cytomegalovirus promoter and HSV's tk promoter) can be used and generally have a polyadenylation sequence as a transcription termination sequence.

본 발명의 재조합 벡터는 바람직하게는 식물 발현 벡터이다.The recombinant vector of the present invention is preferably a plant expression vector.

식물 발현 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 튜머파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens)와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-영역을 식물세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터 (EP 0 116 718 B1호 참조)는 현재 식물세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 잡종 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다. Ti-플라스미드 벡터의 특히 바람직한 형태는 EP 0 120 516 B1호 및 미국 특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 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.A preferred example of a plant expression vector is a Ti-plasmid vector capable of transferring part of itself, the so-called T-region, to a plant cell when present in a suitable host such as Agrobacterium tumefaciens . Another type of Ti-plasmid vector (see EP 0 116 718 B1) is currently used to transfer hybrid DNA sequences into plant cells, or protoplasts, into which new plants can be produced that properly insert hybrid DNA into the plant's genome. have. A particularly preferred form of Ti-plasmid vector is the so-called binary vector as claimed in EP 0 120 516 B1 and US Pat. No. 4,940,838. Other suitable vectors that can be used to introduce the gene according to the invention into a plant host are viral vectors, such as those that can be derived from double-stranded plant viruses (e.g. CaMV) and single-stranded viruses, gemini viruses, etc. For example, it can be selected from incomplete plant viral vectors. The use of such vectors can be advantageous, particularly when it is difficult to properly transform plant hosts.

발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함한다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 글리포세이트(glyphosate) 또는 포스피노트리신(포스피노트리신)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신, G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The expression vector preferably contains one or more selectable markers. The marker is a nucleic acid sequence having a property that can be selected by a chemical method, and all genes capable of distinguishing the transformed cell from the non-transformed cell correspond to this. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinothricin (phosphinothricin), antibiotics such as kanamycin, G418, bleomycin, hygromycin, chloramphenicol Resistance genes, but are not limited thereto.

본 발명에 따른 식물 발현 벡터에서, 프로모터는 SRPP(small rubber particle-associated protein), CaMV 35S, 액틴, 유비퀴틴, pEMU, MAS 또는 히스톤 프로모터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. "프로모터"란 용어는 구조 유전자로부터의 DNA 업스트림의 영역을 의미하며 전사를 개시하기 위하여 RNA 폴리머라아제가 결합하는 DNA 분자를 말한다. "식물 프로모터"는 식물세포에서 전사를 개시할 수 있는 프로모터이다. "구성적(constitutive) 프로모터"는 대부분의 환경 조건 및 발달 상태 또는 세포 분화하에서 활성이 있는 프로모터이다. 형질전환체의 선택이 각종 단계에서 각종 조직에 의해서 이루어질 수 있기 때문에 구성적 프로모터가 본 발명에서 바람직할 수 있다. 따라서, 구성적 프로모터는 선택 가능성을 제한하지 않는다.In the plant expression vector according to the present invention, the promoter may be a small rubber particle-associated protein (SRPP), CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS or histone promoter, but is not limited thereto. The term "promoter" refers to the region of the DNA upstream from the structural gene and refers to a DNA molecule to which RNA polymerase binds to initiate transcription. "Plant promoter" is a promoter capable of initiating transcription in plant cells. A "constitutive promoter" is a promoter that is active under most environmental conditions and developmental status or cell differentiation. Constitutive promoters may be preferred in the present invention because selection of transformants can be made by various tissues at various stages. Thus, constitutive promoters do not limit the possibility of selection.

본 발명에 따른 식물 발현 벡터에서, 터미네이터는 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 그 예로는 노팔린합성효소(nopaline synthase, NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 파세올린(phaseoline) 터미네이터, 아그로박테리움 튜머파시엔스의 옥토파인(Octopine) 유전자의 터미네이터 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the plant expression vector according to the present invention, a terminator may be used as a conventional terminator, for example, nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, and agrobacter There are, but are not limited to, terminators of the Octopine gene of Lyum tumeric faciens.

본 발명은 또한, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다.The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector.

본 발명의 벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주세포는 미세조류, 미생물 등을 포함한 당업계에 공지된 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 츄린겐시스(B. thuringiensis)와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움(Salmonella typhimurium), 세라티아 마르세슨스(Serratia marcescens) 및 다양한 슈도모나스(Pseudomonas) 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.The host cell capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention can be any host cell known in the art, including microalgae, microorganisms, etc., for example, E. coli JM109, E. coli BL21, Bacillus strains such as E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis , B. thuringiensis , And enteric bacteria and strains such as Salmonella typhimurium , Serratia marcescens , and various Pseudomonas species.

또한, 본 발명의 벡터를 진핵 세포에 형질전환시키는 경우에는 숙주세포로서, 효모 (예컨대, Saccharomyce cerevisiae), 곤충세포, 사람세포 (예컨대, CHO 세포주(Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN 및 MDCK 세포주) 및 식물세포 등이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 식물세포이다.In addition, when transforming the vector of the present invention into eukaryotic cells, as host cells, yeast (eg, Saccharomyce cerevisiae ), insect cells, human cells (eg, CHO cell line (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7) , 293, HepG2, 3T3, RIN and MDCK cell lines) and plant cells, and the like, preferably plant cells.

본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법, 하나한 방법 (Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기천공 방법 등에 의해 실시될 수 있다. 또한, 숙주세포가 진핵세포인 경우에는, 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법, 및 유전자 밤바드먼트 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있다.The method of transporting the vector of the present invention into a host cell, when the host cell is a prokaryotic cell, CaCl 2 method, one method (Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166: 557-580 (1983)) And electroporation methods. In addition, when the host cell is a eukaryotic cell, the vector is injected into the host cell by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, and gene bombardment. Can.

본 발명은 또한,The present invention also

서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및Transforming plant cells with a recombinant vector comprising a CYP90D2 protein coding gene derived from rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4; And

상기 형질전환된 식물세포로부터 형질전환된 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성이 조절된 형질전환 식물체의 제조방법을 제공한다.Re-differentiating the transformed plant from the transformed plant cells; provides a method for producing a transformed plant having a controlled seed size, low temperature germination and resistance to abiotic stress.

본 발명의 일 구현 예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 CYP90D2 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 야생벼(Oryza rufipogon) 유래의 것 또는, 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 재배벼(Oryza sativa) 유래의 것일 수 있다. 상기 야생벼 유래의 CYP90D2 단백질 코딩 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 것일 수 있고, 재배벼 유래의 CYP90D2 단백질 코딩 유전자는 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the production method according to an embodiment of the present invention, the CYP90D2 protein is derived from wild rice ( Oryza rufipogon ) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or cultivated rice ( Oryza sativa ) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 It may be derived. The CYP90D2 protein coding gene derived from wild rice may be composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the CYP90D2 protein coding gene derived from cultivated rice may be composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, but is not limited thereto.

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 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. 원칙적으로, 임의의 형질전환 방법은 본 발명에 따른 잡종 DNA를 적당한 선조 세포로 도입시키는데 이용될 수 있다. 방법은 원형질체에 대한 칼슘/폴리에틸렌 글리콜 방법, 원형질체의 전기천공법, 식물 요소로의 현미주사법, 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법, 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 투머파시엔스 매개된 유전자 전이에서 (비완전성) 바이러스에 의한 감염 등으로부터 적당하게 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 아그로박테리움 매개된 DNA 전달을 포함한다. 특히 바람직한 것은 EP A 120 516호 및 미국 특허 제4,940,838호에 기재된 바와 같은 소위 이원 벡터 기술을 이용하는 것이다.Plant transformation refers to any method of transferring DNA to a plant. Such transformation methods do not necessarily have a period of regeneration and/or tissue culture. Transformation of plant species is now common for plant species including both dicotyledonous plants as well as monocotyledonous plants. In principle, any transformation method can be used to introduce the hybrid DNA according to the invention into suitable progenitor cells. The methods include calcium/polyethylene glycol method for protoplasts, electroporation of protoplasts, microinjection to plant elements, particle impact method (DNA or RNA-coated) particles of various plant elements, infiltration of plants or traits of mature pollen or vesicles. Agrobacterium tumerfaciens mediated gene transfer by conversion may be appropriately selected from infection with (incomplete) virus and the like. A preferred method according to the invention comprises Agrobacterium mediated DNA delivery. Particularly preferred is the use of so-called binary vector technology as described in EP A 120 516 and US Pat. No. 4,940,838.

본 발명의 방법은 본 발명에 따른 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계를 포함하는데, 상기 형질전환은 아그로박테리움 튜머파시엔스(A. tumefiaciens)에 의해 매개될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 상기 형질전환된 식물세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함한다. 형질전환 식물세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다.The method of the present invention comprises the step of transforming a plant cell with the recombinant vector according to the present invention, wherein the transformation can be mediated by A. tumefiaciens . In addition, the method of the present invention includes the step of re-differentiating the transformed plant from the transformed plant cell. As a method for re-differentiating a transgenic plant from a transgenic plant cell, any method known in the art can be used.

식물의 형질전환에 이용되는 "식물세포"는 어떤 식물세포도 된다. 식물세포는 배양 세포, 배양 조직, 배양 기관 또는 전체 식물, 바람직하게는 배양 세포, 배양 조직 또는 배양 기관 및 더욱 바람직하게는 배양 세포의 어떤 형태도 된다. "식물 조직"은 분화된 또는 미분화된 식물의 조직, 예를 들면 이에 한정되진 않으나, 열매, 줄기, 잎, 꽃가루, 종자, 암 조직 및 배양에 이용되는 다양한 형태의 세포들, 즉 단일 세포, 원형질체(protoplast), 싹 및 캘러스 조직을 포함한다. 식물 조직은 인 플란타(in planta)이거나 기관 배양, 조직 배양 또는 세포 배양 상태일 수 있다.Any "plant cell" used for transformation of a plant may be any plant cell. The plant cells can be any form of cultured cells, cultured tissue, cultured organs or whole plants, preferably cultured cells, cultured tissue or cultured organs, and more preferably cultured cells. "Plant tissue" is a tissue of a differentiated or undifferentiated plant, including, but not limited to, fruits, stems, leaves, pollen, seeds, various types of cells used for cancer tissue and culture, ie single cells, protoplasts (protoplast), shoots and callus tissue. The plant tissue may be in planta or organ culture, tissue culture or cell culture.

본 발명의 일 구현 예에 따른 형질전환 식물체의 제조방법에 있어서, 상기 형질전환된 식물세포에서 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자의 발현을 증가시키면 비형질전환 식물체에 비해 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성이 증가되는 형질전환 식물체를 제조할 수 있다. 상기 비생물적 스트레스는 염 스트레스 또는 삼투 스트레스일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method for producing a transgenic plant according to an embodiment of the present invention, when the expression of the CYP90D2 protein coding gene derived from rice is increased in the transfected plant cell, the seed size, cold germination and non-living properties of the non-transformed plant are increased. Transgenic plants with increased resistance to red stress can be produced. The abiotic stress may be salt stress or osmotic stress, but is not limited thereto.

본 발명은 또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성이 조절된 형질전환 식물체 및 이의 형질전환된 종자를 제공한다.The present invention also provides a transformed plant and its transformed seeds whose seed size, cold germination and resistance to abiotic stress, produced by the above production method are controlled.

전술한 것과 같이, 본 발명의 형질전환 식물체는 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 야생벼 유래 CYP90D2 단백질; 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 재배벼 유래 CYP90D2 단백질; 코딩 유전자의 발현이 증가된 경우에는 비형질전환체에 비해서 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성이 증가되는 것을 특징으로 한다.As described above, the transgenic plant of the present invention comprises CYP90D2 protein derived from wild rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 that regulates seed size, cold germination and resistance to abiotic stress; Or CYP90D2 protein derived from cultivated rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4; When the expression of the coding gene is increased, it is characterized in that the seed size, cold germination and resistance to abiotic stress are increased compared to the non-transformant.

본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 식물체는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수수, 귀리, 양파 등의 단자엽 식물 또는 애기장대, 감자, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 상추, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 샐러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이, 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 완두 등의 쌍자엽 식물일 수 있고, 바람직하게는 벼 식물체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the plant is a monocotyledonous plant such as rice, barley, wheat, rye, corn, sugar cane, oat, onion, or Arabidopsis thaliana, potato, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, mugwort, It can be dicotyledonous plants such as lettuce, bellflower, spinach, beetroot, sweet potato, celery, carrot, buttercup, parsley, cabbage, cabbage, fresh radish, watermelon, melon, cucumber, pumpkin, gourd, strawberry, soybean, green bean, kidney bean, pea , Preferably it may be a rice plant, but is not limited thereto.

본 발명은 또한, 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 CYP90D2 단백질 코딩 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는, 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절하는 방법을 제공한다.The present invention also includes the step of transforming plant cells with a recombinant vector comprising a CYP90D2 protein coding gene derived from rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 to control the expression of the CYP90D2 protein coding gene, a plant body. It provides a method to control the seed size, low temperature germination and resistance to abiotic stress.

본 발명의 일 구현 예에 따른 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성 조절 방법에 있어서, 상기 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자의 발현이 증가된 경우에는 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스(염 스트레스 또는 삼투 스트레스)에 대한 내성이 증가될 수 있다.In the method for regulating seed size, cold germination and resistance to abiotic stress according to an embodiment of the present invention, when the expression of the CYP90D2 protein coding gene derived from rice is increased, seed size, cold germination and non-living Resistance to red stress (salt stress or osmotic stress) can be increased.

본 발명은 또한, 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성 조절용 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물은 유효성분으로 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 야생벼 유래 CYP90D2 단백질; 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 재배벼 유래 CYP90D2 단백질; 코딩 유전자를 함유하며, 상기 유전자 또는 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물 세포를 형질전환시킴으로써, 식물체 종자 크기, 저온발아성 및 비생물적 스트레스에 대한 내성을 조절할 수 있다.The present invention also provides a composition for controlling the seed size, cold germination, and resistance to abiotic stress of a plant, comprising the rice-derived CYP90D2 protein coding gene consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 as an active ingredient. do. The composition of the present invention is CYP90D2 protein derived from wild rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 as an active ingredient; Or CYP90D2 protein derived from cultivated rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4; By transforming plant cells with a gene encoding a recombinant vector containing the gene or the gene, plant seed size, cold germination and resistance to abiotic stress can be controlled.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.

재료 및 방법Materials and methods

1. 식물재료 및 QTL 분석1. Plant material and QTL analysis

본 발명에서 사용된 근동질 계통(near isogenic line, NIL)은 화성벼(Oryza sativa cv. Hwaseong)와 오리자 루피포곤(O. rufipogon) 간의 종간교배로부터 얻어진 BC3F7 96 계통을 이용하였다(도 1). 상기 96 계통 중, 염색체 1, 3, 4, 10 및 11번에서 저온발아 관련 QTL이 탐지되고, 특히, 오리자 루피포곤(O. rufipogon)과 같은 저온발아성을 가진 것으로 확인된 TR5 계통을 선발하였고, 저온에서의 발아율과 유전자형 검정을 수행하였다. TR5의 유전자형을 분석한 결과 오리자 루피포곤(O. rufipogon)의 단편 이입이 확인되었고, 분산분석한 결과 RM10313과 CRM37 사이의 32.1 Kb에서 저온발아를 조절하는 ltg1(low temperature growth 1)이 분석되었고, 후보유전자 탐지를 위해 RAP(http://rapdb.dna.affrc.go.jp/index.html, http://shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/)의 데이터베이스를 통해 염기서열을 비교하여 후보유전자를 분석하였다(도 2 및 도 3).The near isogenic line (NIL) used in the present invention was a BC 3 F 7 96 line obtained from cross-breeding between Oryza sativa cv. Hwaseong and O. rufipogon (FIG. One). Among the 96 strains, cold germination-related QTL is detected in chromosomes 1, 3, 4, 10, and 11, and in particular, TR5 strains identified as having cold germination properties such as O. rufipogon are selected. Germination rate at low temperature and genotyping were performed. As a result of analyzing the genotype of TR5, fragment incorporation of O. rufipogon was confirmed. As a result of variance analysis, ltg1 (low temperature growth 1) that regulates low temperature germination at 32.1 Kb between RM10313 and CRM37 was analyzed. , For the detection of candidate genes, the base sequence through the database of RAP (http://rapdb.dna.affrc.go.jp/index.html, http://shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/) The candidate genes were analyzed by comparison (FIGS. 2 and 3 ).

벼의 DNA는 Causse 등(1994, Genetics, 138:1251-1274)의 방법을 이용하여 잎 조직에서 추출하였다. 유전자형 분석(genotyping)은 TR5와 화성벼 염기서열 간의 다형성에 기반한 10개의 마커를 이용하여, TR5와 화성벼의 28개의 F3 교배집단에서 수행되었다. PCR은 윤 등(2006, Theoretical and applied genetics, 112(6), 1052-1062)의 방법에 따라 수행되었으며, PCR 산물은 3% Metaphor 아가로스 또는 4% 폴리아크릴아마이드 겔을 사용하여 분리하였다.The DNA of rice was extracted from leaf tissue using the method of Causse et al. (1994, Genetics, 138:1251-1274). Genotyping was performed in 28 F 3 mating groups of TR5 and Hwaseong rice, using 10 markers based on polymorphism between TR5 and Hwaseong rice sequences. PCR was performed according to the method of Yoon et al. (2006, Theoretical and applied genetics, 112(6), 1052-1062), and the PCR product was separated using 3% Metaphor agarose or 4% polyacrylamide gel.

유전자형(genotype) 분석 및 계통선발을 위한 단일 마커 세트Single marker set for genotype analysis and phylogenetic selection 마커Marker 염색체chromosome 정방향 프라이머 (서열번호)Forward primer (SEQ ID NO) 역방향 프라이머 (서열번호)Reverse primer (SEQ ID NO) CRM13CRM13 1One CCAGATACATTGTACTCCCTCCA (33)CCAGATACATTGTACTCCCTCCA (33) ATATAAGGCATGCGCACGTT (34)ATATAAGGCATGCGCACGTT (34) CRM15CRM15 1One GCTGGTTGGTTGTCAGCTTT (35)GCTGGTTGGTTGTCAGCTTT (35) CGTCACATCGTCACAATTTC (36)CGTCACATCGTCACAATTTC (36) CRM 2-1CRM 2-1 1One CCATCTGGTTGGAATATTG (37)CCATCTGGTTGGAATATTG (37) TCAATCAGTAAACTGTTGTG (38)TCAATCAGTAAACTGTTGTG (38) CRM22CRM22 1One CCTCTGCAGTCAAAGTCACG (39)CCTCTGCAGTCAAAGTCACG (39) TGCATGTGCCAGGTTCTAAA (40)TGCATGTGCCAGGTTCTAAA (40) CRM23CRM23 1One CAACTCGACCGCATTTTACA (41)CAACTCGACCGCATTTTACA (41) TCACATGTTACGTGTCACTGATT (42)TCACATGTTACGTGTCACTGATT (42) CRM37CRM37 1One CACCCAACATCGAGCACTAA (43)CACCCAACATCGAGCACTAA (43) ACGGAGGGAGTACGTGACAA (44)ACGGAGGGAGTACGTGACAA (44) RM10284RM10284 1One TCTGGAGTAGCCATTCAAGAAGC (45)TCTGGAGTAGCCATTCAAGAAGC (45) GACAGCAAGAAATCCCGACTAGG (46)GACAGCAAGAAATCCCGACTAGG (46) RM10313RM10313 1One ACTTACACAAGGCCGGGAAAGG (47)ACTTACACAAGGCCGGGAAAGG (47) TGGTAGTGGTAACTCTACTCCGATGG (48)TGGTAGTGGTAACTCTACTCCGATGG (48) RM220RM220 1One GGAAGGTAACTGTTTCCAAC (49)GGAAGGTAACTGTTTCCAAC (49) GAAATGCTTCCCACATGTCT (50)GAAATGCTTCCCACATGTCT (50) RM6277RM6277 1One TGTCCTTACCCTTGTTTCGC (51)TGTCCTTACCCTTGTTTCGC (51) GTGTGTTCCAACAGTGGTGG (52)GTGTGTTCCAACAGTGGTGG (52)

양적 형질 유전자좌(QTL)는 단일마커 분석법(single-marker analysis)을 통해 분석하였으며, 분산분석(ANOVA)에 의해 표현형이 SSR 마커의 유전자형과 유의한 연관성을 나타낼 때 QTL로 확인하였다(p<0.05). 관찰된 표현형 변이는 결정계수(coefficient of determination, R2)에 의해 확인되었고, 통계적 분석은 Minitab 16.2.4 소프트웨어를 사용하여 수행하였다.Quantitative trait loci (QTL) was analyzed by single-marker analysis, and confirmed by QTL when the phenotype showed significant association with the genotype of the SSR marker by ANOVA (p<0.05). . The observed phenotypic variation was confirmed by the coefficient of determination (R 2 ), and statistical analysis was performed using Minitab 16.2.4 software.

2. 필드 재배 및 형질 검정2. Field cultivation and characterization

2016년, 화성벼와 NIL(TR5)의 27일령 유묘를 충남대학교 시험포장에 옮겨 심었다. 필드 실험은 난괴법(randomized block design)으로 3반복 수행하였다. 식물체간 재식 및 열 간격은 각각 15 cm 및 30 cm로 하였다. 각 열의 중간 부위로부터 10개의 식물체를 선택하고, 다음 특징들을 기록하여 결과를 수집하였다: 초장 (plant height), 분얼수, SPP (spikelets per panicle) 수, 낟알 길이 (grain length), 낟알 너비 (grain width) 및 10 개체 당 종자무게(grain weight/ plant). 초장은 지표부터 화서 끝 (panicle tip)까지의 길이로 측정하였고, 분얼수는 각 식물체당 분얼수로 계산하였으며, SPP는 식물체 당 3개의 주요 화서의 평균으로 측정하였으며, 낟알 길이 및 너비는 식물체 당 20개의 낟알(현미)을 150 mm Vernier caliper (Mitutoyo Corp., Japan)를 이용하여 측정하였다. 10 개체에서 수확한 종자 100립 (현미)의 무게를 3반복으로 측정하고 평균값을 이용하였다.In 2016, 27-day-old seedlings of Hwaseong rice and NIL (TR5) were transferred to the Chungnam National University test packaging. The field experiment was performed 3 times in a randomized block design. Planting and thermal spacing between plants were 15 cm and 30 cm, respectively. Results were collected by selecting 10 plants from the middle of each row and recording the following characteristics: plant height, number of spears, number of spikelets per panicle (SPP), grain length, grain length width) and 10 grain weights/plant. The plant length was measured from the surface to the tip of the inflorescence (panicle tip), the number of mulling was calculated as the number of mulling per plant, SPP was measured as the average of three major inflorescences per plant, and the grain length and width per plant. Twenty grains (brown rice) were measured using a 150 mm Vernier caliper (Mitutoyo Corp., Japan). The weight of 100 seeds (brown rice) harvested from 10 individuals was measured in 3 replicates and the average value was used.

3. 저온발아성 검정3. Low temperature germination test

저온발아 실험은 화성벼와 오리자 루피포곤(O. rufipogon) 그리고 근동질계통 TR5를 각각 발아 적온 조건인 28℃와 저온 조건인 13℃에서 9일간 처리하였고 ,모든 실험은 각 조건에서 3개의 시료를 이용하여 최소 3반복으로 수행되었으며, 60 mm 페트리디쉬에 멸균수 5 ㎖과 함께 처리하여 뿌리가 2 mm 이상 나온 경우를 발아로 인정하여 분석하였다.In the low temperature germination experiment, Hwaseong rice, Ori rufipogon , and the myotropic system TR5 were germinated, respectively, and treated at 28°C and 13°C for low temperature conditions for 9 days. It was performed in at least 3 repetitions, and treated with 5 ml of sterile water in a 60 mm petri dish to analyze when the roots appeared more than 2 mm as germination.

4. 후보 유전자의 전사체 수준 분석4. Analysis of transcript levels of candidate genes

총 RNA는 양친인 화성벼와 오리자 루피포곤(O. rufipogon) 그리고 근동질계통 TR5를 13±2℃에서 0, 24, 48 및 72시간 침종한 처리구에서 plant RNA Purification Reagent (Invitrogen, USA)를 사용하여 추출하였다. 추출한 RNA (1 ㎍)를 PrimeScript High Fidelity RT-PCR Kit (TaKaRa, Japan)를 이용하여 cDNA로 합성하였고, OsD2 (O. sativa cytochrome P450 90D2) 유전자의 발현 패턴을 분석하였다. 또한 OsD2 유전자에 T-DNA가 삽입되어 OsD2 유전자의 발현이 저해된 억제(suppressor) 돌연변이체(이하, OsD2/KO 또는 D2/KO)와 OsD2 유전자에 삽입된 T-DNA 인핸서(enhancer)에 의해 OsD2 유전자의 발현이 증가된 enhancer 돌연변이체(이하, OsD2/OE 또는 D2/OE)에서 브라시노스테로이드(BR) 생합성 및 신호 전달 관련 유전자의 발현을 분석하였다. 표 2에 개시된 프라이머 세트를 이용하여 qRT-PCR을 수행하였고 발현 변화는 ΔΔCt (Livak and Schmittgen, (2001) Methods 25:402-408) 방법을 이용하여 계산하였다.Total RNA was used by plant RNA Purification Reagent (Invitrogen, USA) in the treatment of 0, 24, 48, and 72 hours of incubation with parental Hwaseong rice, O. rufipogon , and myogenic system TR5 at 13±2℃. And extracted. The extracted RNA (1 μg) was synthesized by cDNA using PrimeScript High Fidelity RT-PCR Kit (TaKaRa, Japan), and the expression pattern of OsD2 ( O. sativa cytochrome P450 90D2) gene was analyzed. In addition, the T-DNA is inserted in OsD2 gene by inhibiting the expression of OsD2 gene inhibition (suppressor) mutant (hereinafter, OsD2 / KO or D2 / KO) and the T-DNA enhancer (enhancer) into the OsD2 gene OsD2 In the enhancer mutant (hereinafter referred to as OsD2/OE or D2/OE) with increased gene expression, the expression of genes related to brassinosteroid (BR) biosynthesis and signal transduction was analyzed. QRT-PCR was performed using the primer set disclosed in Table 2 and expression change was calculated using the ΔΔCt (Livak and Schmittgen, (2001) Methods 25:402-408) method.

Figure 112019099707770-pat00001
Figure 112019099707770-pat00001

5. 아미노산 서열에 기반한 OsD2 단백질의 계통발생 분석5. Phylogenetic analysis of OsD2 protein based on amino acid sequence

OsD2 단백질의 아미노산 서열을 NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/guide) 및 RAP (http://rapdb.dna.affrc.go.jp)에서 다운로드 받아 ClustalW를 사용하여 서열 정렬을 수행하였고, MegAlign을 이용하여 계통도를 작성하였다(도 4).Download the amino acid sequence of OsD2 protein from NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/guide) and RAP (http://rapdb.dna.affrc.go.jp) and align the sequence using ClustalW Was performed, and a phylogenetic tree was prepared using MegAlign (FIG. 4).

6. 브라시노스테로이드(Brassinosteroid, BR) 생합성 및 신호 전달 경로의 관련 유전자의 발현 분석6. Brassinosteroid (BR) biosynthesis and signal transduction pathway related gene expression analysis

양친과 TR5, T-DNA 삽입 돌연변이체에서 BR 신호 전달 관련 유전자 OsBAK1 (Oryza sativa BRI1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE1), OsBRI (O. sativa BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE1), OsILI4 (O. sativa INCREAE LEAFINCLINATION 4), OsBZR1 (O. sativa BRASSINAZOLE RESISTANT1), OsGSK2 (O. sativa Shaggy-like kinase GSK2), OsGSK3 (O. sativa glycogen synthase kinase 3) 및 OsDLT (O. sativa DWARF AND LOW-TILLERING)의 발현을 분석하였다. 또한, BR 생합성 관련 유전자 OsD2 (O. sativa DWARF2; CYP90D2), OsBRD1 (O. sativa BR-DEFICIENT DWARF1), OsBr6ox (O. sativa BRASSINOSTEROID-6-OXIDASE1), OsD11 (O. sativa DWARF11) 및 OsCPD1 (O. sativa Constitutive Photomorphogenesis and Dwarf) 유전자의 발현도 분석하였다. 모든 실험은 각 조건에서 3개의 시료를 이용하여 최소 3반복으로 수행되었으며, 프라이머 세트의 정보는 표 2와 같다. 발현 변화는 ΔΔCt 방법을 이용하여 계산하였다.Genes related to BR signaling in both parent and TR5, T-DNA insertion mutants OsBAK1 ( Oryza sativa BRI1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE1 ), OsBRI ( O. sativa BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE1 ), OsILI4 ( O. sativa INCREAE LEAFINCLINATION 4 ), OsBZR1 ( O Expression of sativa BRASSINAZOLE RESISTANT1 ), OsGSK2 ( O. sativa Shaggy-like kinase GSK2 ), OsGSK3 ( O. sativa glycogen synthase kinase 3 ) and OsDLT ( O. sativa DWARF AND LOW-TILLERING ) was analyzed. In addition, BR biosynthesis related genes OsD2 (O. sativa DWARF2; CYP90D2 ), OsBRD1 ( O. sativa BR-DEFICIENT DWARF1 ), OsBr6ox ( O. sativa BRASSINOSTEROID-6-OXIDASE1 ), OsD11 ( O. sativa DWARF11 ) and OsCPD1 ( O The expression of the sativa Constitutive Photomorphogenesis and Dwarf ) gene was also analyzed. All experiments were performed in at least 3 repetitions using 3 samples in each condition, and the primer set information is shown in Table 2. Expression changes were calculated using the ΔΔCt method.

실시예 1. NIL의 표현형 분석Example 1. Phenotypic analysis of NIL

화성벼와 NIL(TR5)의 표현형 비교 결과, 하기 표 3과 같이 6개의 형질 중 4개의 형질에서 큰 차이가 관찰되었다. 식물체의 초장은 NIL에서 화성벼 보다 길게 확인되었고, 분얼수, 종자 길이, 종자 무게에서 NIL이 유의한 차이를 보여주었다. 이를 통해 오리자 루피포곤(O. rufipogon)의 단편이 식물체의 성장 및 발달과 연관된 유전자를 가지고 있음을 유추할 수 있었다(표 3).As a result of phenotype comparison of Hwaseong rice and NIL (TR5), a large difference was observed in 4 of 6 traits as shown in Table 3 below. Plant height was confirmed to be longer than that of Hwaseong rice in NIL, and NIL showed significant difference in number of seeds, seed length, and seed weight. Through this, it was possible to infer that a fragment of O. rufipogon has a gene related to plant growth and development (Table 3).

화성벼와 NIL 계통의 농업 형질 비교Comparison of agricultural characteristics between Hwaseong rice and NIL 농업형질Agriculture 평균±표준편차Mean ± standard deviation (A)와 (B)의 유의성Significance of (A) and (B) 화성벼 (A)Hwaseong Rice (A) NIL (B)NIL (B) 초장 (cm)Extra long (cm) 96.81±1.4096.81±1.40 100.36±1.50100.36±1.50 **** 분얼수Number of minutes 12.18±1.0712.18±1.07 14.27±1.4214.27±1.42 **** SPP (Spikelet per panicle)SPP (Spikelet per panicle) 122±10.22122±10.22 121.38±7.62121.38±7.62 NSNS 종자 길이 (mm)Seed length (mm) 6.83±0.286.83±0.28 7.28±0.187.28±0.18 ** 종자 너비 (mm)Seed width (mm) 2.96±0.072.96±0.07 2.93±0.062.93±0.06 NSNS 종자 무게 (g/plant)Seed weight (g/plant) 26.50±2.5826.50±2.58 28.25.0±2.8228.25.0±2.82 **** *, **: 유의성 P < 0.05, P < 0.01, NS: not significant.*, **: Significance P <0.05, P <0.01, NS: not significant.

실시예 2. 양친과 저온발아성 증진 근동질계통의 저온발아성 검정Example 2. Low temperature germination assay of myopathic system with parental and low temperature germination

양친인 화성벼와 오리자 루피포곤(O. rufipogon) 그리고 저온발아성이 우수한 근동질계통 TR5의 적온, 저온에서의 발아율을 조사하였다. 그 결과 양친인 화성벼(HS)와 오리자 루피포곤(Rufi), TR5는 벼 발아 적정 온도인 28℃에서 침종 후 2일 안에 90% 이상이 발아하였고, 3일에는 100% 발아율을 보이지만, 저온 조건인 13℃에서 화성벼는 침종 후 6일부터 발아를 시작하여 9일 후에야 75%의 발아율을 보인 반면, 오리자 루피포곤(Rufi)은 침종 4일에 38% 발아율을 보였으며 침종 후 9일에는 98% 발아하는 것으로 확인되었다(도 5). NIL 계통인 TR5 또한 침종 후 4일에 발아를 시작하여(5%), 6일 후에는 61% 이상 발아하였고 침종 9일 후에는 91% 발아하는 것으로 관찰되었다. 이의 결과를 통해, 오리자 루피포곤(O. rufipogon)의 단편이 이입된 유전자좌에 저온발아성과 연관된 유전자를 가지고 있음을 유추할 수 있었다.The germination rates of Hwaseong rice, O. rufipogon , both parents, and myogenic strain TR5, which has excellent low-temperature germination, were investigated at low and low temperatures. As a result, the parents, Hwaseong rice (HS), Orija lufipogon (Rufi), and TR5, germinated more than 90% within 2 days after sowing at the proper temperature of rice germination at 28℃, and showed germination rate of 100% on the 3rd day, but at low temperature conditions. At 13℃ phosphorus, Hwaseong rice began to germinate on the 6th day after sowing, and showed a germination rate of 75% only after 9 days, whereas Oriza Rufigon showed a germination rate of 38% on the 4th day of sowing and 98 days on the 9th day after sowing. % Germination (FIG. 5). The NIL strain TR5 also began to germinate on the 4th day after sowing (5%), germinating at least 61% after 6 days and 91% after 9 days of sowing. Through these results, it was inferred that a fragment of O. rufipogon had a gene associated with cold germination at the translocated locus.

실시예 3. 저온발아성 증진 근동질계통의 비생물적 스트레스 저항성 분석Example 3. Analysis of abiotic stress resistance of myogenic system for promoting low temperature germination

대표적인 저온발아성 qLTG3-1의 NIL은 저온발아성 뿐만 아니라 고온, 고염 및 고삼투압 조건에서 저항성을 보이는 것으로 보고되었다(Fujino et al, (2008) PNAS 105(34):12623-12628). 이는 저온발아성이 다른 여러 가지 비생물적 스트레스와 밀접한 관련이 있음을 보여주는 것이며, 이에 본 발명자는 TR5 계통에서도 이러한 비생물적 스트레스에 저항성을 보이는지 알아보았다.NIL of typical low temperature germination qLTG3-1 has been reported to exhibit low temperature germination as well as resistance under high temperature, high salt and high osmotic conditions (Fujino et al, (2008) PNAS 105(34):12623-12628). This shows that low-temperature germination is closely related to various other abiotic stresses. Therefore, the present inventors have investigated whether the TR5 strain shows resistance to these abiotic stresses.

스트레스 처리는 양친인 화성벼(HS)와 오리자 루피포곤(Rufi) 그리고 TR5를 28℃에서 250 mM의 염화나트륨 또는 500 mM 만니톨을 처리하고, 10일 동안의 발아율을 조사하였다. 그 결과 500 mM 만니톨 처리에서 화성벼는 침종 후 48시간 이후에 발아를 시작하여 4일에는 40%의 발아율을 보이는 것에 반해, 오리자 루피포곤과 TR5는 90%의 발아율을 보여 만니톨이 유기한 삼투압 스트레스에 저항성을 보임을 확인하였다(도 6A). 또한 250 mM 염화나트륨 처리에 있어서도 화성벼는 침종 후 3일에는 18%의 발아율을 보이는 것에 반해, 오리자 루피포곤은 89%, TR5은 40%의 발아율을 보여, TR5가 화성벼에 비해 내염성이 증진되었음을 확인하였다(도 6B).In the stress treatment, the parents, Hwaseong rice (HS), Oriza lupipogon (Rufi), and TR5, were treated with 250 mM sodium chloride or 500 mM mannitol at 28° C., and germination rates for 10 days were examined. As a result, in the treatment with 500 mM mannitol, germinated rice began germinating after 48 hours after invasion, showing a germination rate of 40% on the 4th day, while Oriza lupipogon and TR5 showed germination rates of 90%, resulting in an osmotic stress induced by mannitol. It was confirmed to show resistance (Fig. 6A). Also, in the treatment with 250 mM sodium chloride, Hwaseong rice showed germination rate of 18% on the 3rd day after invasion, whereas Oriza lupipogon showed 89% germination rate, TR5 showed 40% germination rate, and it was confirmed that TR5 improved salt resistance compared to Hwaseong rice. (Fig. 6B).

실시예 4. 저온발아성 후보 유전자 선발Example 4. Selection of cold germination candidate genes

서열 주석 데이터베이스(http://www.gramene.org)로부터 접근 가능한 데이터에 기반하여, RM10313 및 CRM37 사이의 32.1 kb 영역으로 정의된 QTL에서 7개의 유전자(LOC_Os01g10040, LOC_Os01g10050, LOC_Os01g10060, LOC_Os01g10070, LOC_Os01g10080, LOC_Os01g10090LOC_Os01g10010)가 예측되었다(도 3). 7개의 후보 유전자의 기능적 주석은 다음과 같다: LOC_Os01g10060, LOC_Os01g10070, LOC_Os01g10080LOC_Os01g10100은 uncharacterized protein으로 분류되었고, 이를 제외한 나머지 3개의 유전자 LOC_Os01g10040은 CYP90 D2(cytochrome P450), LOC_Os01g10050은 DEAD-box ATP-dependent RNA helicase, LOC_Os01g10090은 Pentatricopeptide를 각각 암호화하는 것으로 나타났다.Based on data accessible from the sequence annotation database (http://www.gramene.org), 7 genes in QTL defined as 32.1 kb region between RM10313 and CRM37 ( LOC_Os01g10040, LOC_Os01g10050, LOC_Os01g10060, LOC_Os01g10070, LOC_Os01g10080, LOC90 And LOC_Os01g10010 ) were predicted (FIG. 3 ). The functional annotations of the seven candidate genes are as follows: LOC_Os01g10060, LOC_Os01g10070, LOC_Os01g10080 and LOC_Os01g10100 were classified as uncharacterized proteins, and the remaining 3 genes LOC_Os01g10040 are CYP90 D2 (cytochrome P450), LOC_Odependase , LOC_Os01g10090 was shown to encode Pentatricopeptide, respectively.

화성벼와 오리자 루피포곤(O. rufipogon)의 서열을 비교한 결과, LOC_Os01g10050의 1,485 bp의 코딩 서열 부위에서 C(화성벼)/T(오리자 루피포곤)의 SNP가 확인되었으나, 아미노산 변이를 일으키지 않는 것으로 확인되었고, LOC_Os01g10090 또한 아미노산 변이를 찾을 수 없었다.As a result of comparing the sequences of Hwaseong rice and Oris rufipogon , SNP of C (Hwaseong rice)/T ( Oris rufipogon ) was identified at the 1,485 bp coding sequence of LOC_Os01g10050 , but did not cause amino acid mutation. It was confirmed that LOC_Os01g10090 also could not find the amino acid mutation.

반면에 LOC_Os01g10040 유전자(CYP90 D2, 이하, OsD2)는 1,473 bp의 코딩 서열 부위에서(도 3의 'OsD2-00') 5개의 SNP가 발견되었고, 첫 번째 엑손에서 76번째 염기가 A(화성벼)/G(오리자 루피포곤)로 변이되어 세린(Ser)이 글리신(Gly)으로 아미노산 변이가 일어났고, 171번째 염기가 A/G로 변이되었으나 아미노산 잔기에는 변이가 일어나지 않았다. 또한 4번째 엑손에서 803번째 염기가 C/T로 변이되어 프롤린(Pro)이 루신(Leu)으로, 823번째 염기가 G/A로 변이되어 발린(Val)이 메티오닌(Met)으로 아미노산 변이가 일어났다. 그리고 7번째 엑손에서 C/T로의 염기 변이는 아미노산의 변화를 유발하지 않았다(도 3). 또한 기존에 알려진 747 bp(도 3의 'OsD2-01')의 전사체와 함께, 840 bp(도 3의 'OsD2-02')의 새로운 전사체도 분리되었다. 따라서 OsD2 유전자를 가장 유력한 저온발아성에 관여하는 후보유전자로 선발하였다.On the other hand, in the LOC_Os01g10040 gene (CYP90 D2, hereinafter, OsD2 ), 5 SNPs were found at the 1,473 bp coding sequence region ('OsD2-00' in FIG. 3), and the 76th base in the first exon was A (Hwaseong rice)/ G (oriza lupipogon) mutation, serine (Ser) was changed to glycine (Gly) amino acid mutation, the 171th base was changed to A/G, but no amino acid residue mutation. In addition, in the 4th exon, the 803th base was mutated to C/T, and the proline (Pro) was transformed into leucine, and the 823th base was mutated to G/A, and valine (Val) was changed to methionine (Met). . And the nucleotide variation from 7th exon to C/T did not cause amino acid change (Fig. 3). In addition, a transcript of known 747 bp ('OsD2-01' in FIG. 3) and a new transcript of 840 bp ('OsD2-02' in FIG. 3) were also isolated. Therefore, the OsD2 gene was selected as a candidate gene involved in the most potent cold germination.

실시예 5. 저온발아성 증진 근동질계통에서의 Example 5. Low-temperature germination enhancement in myogenic system OsD2OsD2 유전자 발현분석 Gene expression analysis

저온발아성 후보유전자의 발현을 분석하기 위해 양친과 TR5를 13℃에서 저온조건에서 0, 24, 48 및 72시간 침종한 처리구를 이용하여 총 RNA를 분리한 후, cDNA를 합성하여 OsD2 유전자의 발현을 분석하였다(도 7). OsD2 유전자는 저온조건 13℃에서 Rufi(오리자 루피포곤)와 TR5에서 침종 후 24시간부터 급격히 발현이 증가함에 반해, HS(화성벼)의 경우 발현 수준이 매우 낮고 발현량이 변하지 않는 것으로 확인되었다. 반면에 HS에서는 72시간 이후 발현이 증가하여 Rufi 및 TR5와는 다른 발현 패턴을 보였다(도 7A). 또한 양친인 HS와 Rufi 및 TR5를 28℃에서 250 mM의 염화나트륨 또는 500 mM 만니톨이 처리된 조건에 각각 침종시킨 후, 72시간 동안 OsD2 유전자의 발현을 분석하였다. 그 결과, 250 mM 염화나트륨 조건에서 HS는 침종 후 72시간 이후 OsD2 유전자의 발현이 증가되는 것에 반해, Rufi 및 TR5의 경우 침종 24시간부터 OsD2 유전자의 발현이 급격히 증가하였다(도 7B 및 7C). 이를 통해 저온발아성과 비생물성 스트레스에 대한 내성에 OsD2 유전자가 관여한다는 것을 알 수 있었다.In order to analyze the expression of the low temperature germination candidate gene, total RNA was isolated using a treatment medium in which both parents and TR5 were incubated at 13°C under low temperature conditions for 0, 24, 48 and 72 hours, and cDNA was synthesized to express the OsD2 gene. Was analyzed (Fig. 7). The OsD2 gene rapidly increased from 24 hours after invasion in Rufi (Orisa lupipogon) and TR5 at 13°C under low temperature conditions, whereas it was confirmed that the expression level of HS (Hwaseong rice) was very low and the expression level did not change. On the other hand, in HS, expression increased after 72 hours, showing different expression patterns from Rufi and TR5 (Fig. 7A). In addition, HS, Rufi, and TR5, both parents, were incubated at 28° C. in 250 mM sodium chloride or 500 mM mannitol, respectively, and then the expression of the OsD2 gene was analyzed for 72 hours. As a result, in the condition of 250 mM sodium chloride, HS increased the expression of the OsD2 gene 72 hours after invasion , whereas in the case of Rufi and TR5, the expression of the OsD2 gene rapidly increased from 24 hours of invasion (FIGS. 7B and 7C). Through this, it was found that OsD2 gene is involved in low temperature germination and resistance to abiotic stress.

실시예 6. 저온발아성 증진 근동질계통에서의 브라시노스테로이드 관련 유전자 발현 분석Example 6. Analysis of the expression of brassinosteroid-related genes in the homogeneous system for promoting low temperature germination

OsD2 유전자는 브라시노스테로이드(BR) 생합성경로에서 BR C-3 산화 단계 즉, 6-DeoxoTE (6-deoxoteasterone)에서 6-Deoxo3DT (3-Dehydro-6-deoxoteasterone)로, TE (teasterone)에서 3DT (3-Dehydroteasterone)로의 변화에 관여하는 것으로 알려져 있다. C-3 옥시다제(oxidase) 역할을 통해 BR 신호 전달 및 생합성 관련 유전자의 변화를 알아보기 위해 양친과 TR5에서 BR 신호 전달 관련 유전자 OsBAK1, OsBRI, OsILI4, OsBZR1, OsGSK2, OsGSK3OsDLT와 생합성 관련 유전자 OsD2, OsBRD1, OsBr6ox, OsD11OsCPD1 유전자의 발현을 분석하였다. OsD2 gene is a BR C-3 oxidation step in the biosynthetic pathway of brassinosteroid (BR), namely 6-DeoxoTE (6-deoxoteasterone) to 6-Deoxo3DT (3-Dehydro-6-deoxoteasterone), TE (teasterone) to 3DT ( 3-Dehydroteasterone). Genes related to BR signal transduction in both parents and TR5 OsBAK1, OsBRI, OsILI4, OsBZR1, OsGSK2, OsGSK3, and OsDLT and biosynthetic genes to identify changes in BR signaling and biosynthesis-related genes through the role of C-3 oxidase The expressions of OsD2, OsBRD1, OsBr6ox, OsD11 and OsCPD1 genes were analyzed.

BR 신호전달은 먼저 세포질 내의 BR의 양에 의해 조절되어지며 이는 몇 가지 복잡한 단계를 거쳐 크게 두 가지 형태로 유전자 발현을 조절한다. 첫 번째로 세포질 내의 BR의 양이 충분할 경우 세포막에서 신호를 감지하는 두 개의 receptor kinase OsBAK1와 OsBRI이 BR과 결합하여 인산화가 이루어지고 이는 BSU1을 인산화시켜 핵으로 이동하여 OsILI4, OsGSK2, OsGSK3와 같은 BIN2 단백질들과 결합하여 탈인산화를 유도한다. 이러한 탈인산화는 OsILI4, OsGSK2, OsGSK3 및 OsDLT 들의 키나제(kinase) 활성을 강하게 억제시켜 인산화를 통한 BZR1/BZR2의 억제가 어렵기 때문에 그 결과로 OsDLT와 같은 BR-유도 유전자들의 전사가 이루어지게 된다. 이는 세포 증식, 분열, 분화 등을 조절하며 결과적으로 식물체의 형태형성(morphogenesis), 성장 및 발달을 조절하는 것으로 알려져 있다. 반면에 세포질 내에 BR의 양이 적을 경우 신호를 감지하는 두 개의 OsBAK1와 OsBRI이 BR과 결합하지 못하고 BSU1가 인산화 되지 못해 세포질 내에서 OsILI4, OsGSK2, OsGSK3, OsDLT와 같은 BIN2 단백질들의 키나제 기능이 활성화되어 BZR1/BZR의 전사인자 인산화를 통해 결과적으로 BR-생합성 유전자들의 전사가 유도되어 BR 생합성이 일어나며 세포내 BR의 양을 조절하게 된다.BR signaling is first regulated by the amount of BR in the cytoplasm, which, through several complex steps, regulates gene expression in two major ways. First, when the amount of BR in the cytoplasm is sufficient, phosphorylation occurs by combining two receptor kinase OsBAK1 and OsBRI that detect signals in the cell membrane with BR, which phosphorylates BSU1 and moves to the nucleus, BIN2 such as OsILI4, OsGSK2, OsGSK3 It binds with proteins to induce dephosphorylation. Such dephosphorylation strongly inhibits kinase activity of OsILI4, OsGSK2, OsGSK3, and OsDLT, and thus it is difficult to inhibit BZR1/BZR2 through phosphorylation, resulting in transcription of BR-induced genes such as OsDLT. It is known to regulate cell proliferation, division, differentiation, etc., and consequently to control plant morphogenesis, growth and development. On the other hand, when the amount of BR in the cytoplasm is small, the two kinase functions of BIN2 proteins such as OsILI4, OsGSK2, OsGSK3, and OsDLT are activated because the two OsBAK1 and OsBRI that detect signals cannot bind to BR and BSU1 cannot be phosphorylated. Through the phosphorylation of the transcription factor of BZR1/BZR, transcription of BR-biosynthetic genes is induced as a result, BR biosynthesis occurs, and the amount of BR in the cell is regulated.

양친과 TR5에서 BR 신호 전달 관련 유전자의 발현을 조사한 결과 Rufi와 TR5에서 OsBAK1OsBRI의 발현이 HS 보다 높게 발현하였으며, OsGSK2OsGSK3과 같은 키나제의 발현도 높았다(도 8). 그러나 OsILI4와 전사인자인 OsBZR1의 발현 수준은 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 대표적인 BR-유도 유전자인 OsDLT는 Rufi와 TR5에서 HS 보다 높게 발현하였다. 이를 토대로 Rufi와 TR5에서 BR 함량이 HS 보다 높고 식물의 생장과 발달 조절에서 화성벼와 큰 차이를 보일 것이라 판단되었다. 특히, BR 생합성 관련 유전자 OsD2, OsBRD1, OsBr6ox, OsD11, OsCPD1 유전자 발현 또한 Rufi와 TR5에서 화성벼 보다 높게 발현하는 것으로 보아 Rufi와 TR5에서 BR 함량이 더 높을 것으로 유추할 수 있었다.As a result of investigating the expression of genes related to BR signaling in both parents and TR5, the expression of OsBAK1 and OsBRI was higher in HS than in HS in Rufi and TR5, and the expression of kinases such as OsGSK2 and OsGSK3 was also high (Fig. 8). However, the expression level of OsILI4 and the transcription factor OsBZR1 did not show a significant difference. However, the representative BR- inducing gene OsDLT was expressed higher than HS in Rufi and TR5. Based on this, it was judged that the content of BR in Rufi and TR5 was higher than that of HS, and that it would show a large difference from Hwaseong rice in controlling growth and development of plants. In particular, the expressions of BR biosynthesis related genes OsD2, OsBRD1, OsBr6ox, OsD11, and OsCPD1 were also expressed higher in Rufi and TR5 than in Hwaseong rice, suggesting that the BR content in Rufi and TR5 was higher.

실시예 7. T-DNA 돌연변이체 Example 7. T-DNA mutant OsD2OsD2 유전자 발현분석 Gene expression analysis

LOC_Os01g10040 유전자의 T-DNA 삽입 계통을 분양받았다. 분양받은 계통들을 대상으로 유전자 발현 수준 분석을 통해, OsD2 유전자의 발현이 대조구(동진벼, DJ)와 비교하여 80% 이상 저해된 억제(suppressor) 돌연변이체(D2/KO 또는 OsD2/KO)와 OsD2 유전자에 삽입된 T-DNA 인핸서에 의해 OsD2 유전자의 발현이 대조구와 비교하여 96배 이상 증가된 증가(enhancer) 돌연변이체(D2/OE 또는 OsD2/OE)를 선발하였다(도 9). 선발된 D2/KO와 D2/OE 돌연변이체의 종자 특성을 대조구와 비교 분석한 결과, 종자 길이(grain length)와 종자 너비(grain width)는 D2/KO 보다 D2/OE 돌연변이체가 더 증가된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 OsD2 유전자가 종자 크기에도 관여한다는 것을 재확인하였다(도 10). The T-DNA insertion line of the LOC_Os01g10040 gene was distributed. Through the analysis of gene expression level of pre-distributed strains, the suppressor (suppressor) mutant (D2/KO or OsD2/KO) and OsD2 gene whose expression of OsD2 gene is inhibited by 80% or more compared to control ( Dongjin rice, DJ) By the T-DNA enhancer inserted in the selection, an increase mutant (D2/OE or OsD2/OE) whose expression of the OsD2 gene was increased 96-fold or more compared to the control was selected (FIG. 9). As a result of comparing and analyzing the seed characteristics of the selected D2/KO and D2/OE mutants with the control, it was confirmed that the D2/OE mutants increased in grain length and grain width than D2/KO. Could. Therefore, it was confirmed that the OsD2 gene is also involved in seed size (FIG. 10).

실시예 8. Example 8. OsD2OsD2 유전자의 T-DNA 돌연변이체의 저온발아성 검정 Cold germination assay of the gene's T-DNA mutant

실질적으로 OsD2 유전자가 저온발아성을 부여하는지 확인하게 위해 D2/KO와 D2/OE 돌연변이체의 저온발아성을 검정하였다(도 11). 그 결과, 대조구(DJ)는 5일째 14%의 발아율을 시작으로 6일째 18%로 8일차에 45%의 발아율을 보였고, D2/KO 또한 대조구와 비슷하게 6일차에 20% 내외의 발아율을 시작으로 8일차에는 53%의 발아율을 보임에 반해, D2/OE 돌연변이체는 5일차에 35%, 8일차에 90% 이상의 발아율을 보였다. 이를 통해 OsD2 유전자가 저온발아성에 관여하는 것을 확인하였다.To confirm whether the OsD2 gene confers low temperature germination, the low temperature germination properties of D2/KO and D2/OE mutants were tested (FIG. 11). As a result, the control (DJ) showed a germination rate of 45% on the 8th day, starting with the germination rate of 14% on the 5th day and 18% on the 6th day, and the D2/KO also began to germinate at around 20% on the 6th day, similar to the control. On day 8, the germination rate was 53%, whereas the D2/OE mutant showed germination rates of 35% on day 5 and 90% on day 8. Through this, it was confirmed that the OsD2 gene is involved in cold germination.

실시예 9. Example 9. OsD2OsD2 유전자의 T-DNA 돌연변이체의 브라시노스테로이드 관련 유전자의 발현 분석 Analysis of the expression of the brassinosteroid-related gene of the gene's T-DNA mutant

OsD2의 C-3 옥시다제 역할을 통한 BR 신호 전달 및 생합성 관련 유전자의 변화를 알아보기 위해 D2/KO와 D2/OE 돌연변이체에서 BR 신호 전달 관련 유전자 및 생합성 관련 유전자의 발현을 분석하였다. In order to investigate changes in BR signaling and biosynthesis related genes through CD oxidase role of OsD2 , expressions of BR signaling and biosynthesis related genes were analyzed in D2/KO and D2/OE mutants.

D2/KO에서 BR 신호 전달 관련 유전자의 발현을 조사한 결과, OsBAK1OsBRI의 발현이 동진벼 보다 낮게 발현하였으며, OsGSK2 OsGSK3의 발현 수준도 동진벼 보다 낮았지만 OsILI4의 발현은 D2/KO에서 가장 높게 발현하였다. 그러나 전사인자인 OsBZR1의 발현은 D2/KO와 D2/OE 돌연변이체에서 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 대표적인 BR-유도 유전자인 OsDLT은 D2/KO에서 가장 낮았고 D2/OE 돌연변이체에서 높게 발현하였다. 특히 BR 생합성 관련 유전자인 OsD2, OsBRD1, OsBr6ox, OsD11, OsCPD1 유전자 발현 또한 D2/OE 돌연변이체에서 가장 높게 발현하였다(도 12 및 도 13).As a result of investigating the expression of the gene related to BR signaling in D2/KO, the expression of OsBAK1 and OsBRI was lower than that of Dongjin rice, and the expression levels of OsGSK2 and OsGSK3 were lower than those of Dongjin rice, but the expression of OsILI4 was highest in D2/KO. However, the expression of the transcription factor OsBZR1 did not show a significant difference in the D2/KO and D2/OE mutants. However, the representative BR- induced gene, OsDLT, was the lowest in D2/KO and highly expressed in the D2/OE mutant. In particular, the expressions of BR biosynthesis related genes OsD2 , OsBRD1 , OsBr6ox , OsD11 , and OsCPD1 were also the highest in D2/OE mutants (Figs. 12 and 13).

<110> The Industry & Academic Cooperation in Chungnam National University (IAC) <120> CYP90D2 gene derived from rice controlling plant seed size, low temperature germinability and tolerance to abiotic stresses and uses thereof <130> PN19302 <160> 52 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1473 <212> DNA <213> Oryza rufipogon <400> 1 atggtgtcgg cggccgccgg ttgggcggcg ccggcgtttg cggtcgccgc cgtggttatt 60 tgggtggtgc tgtgtggtga gctcctgcgg aggcggcggc gtggtgcagg cagcggcaag 120 ggggacgcgg cggcggcggc gcgcctcccg ccggggagct tcgggtggcc ggtggtgggc 180 gagacgctgg agttcgtgtc gtgcgcctac tcgccgcgcc ccgaggcgtt cgtcgacaag 240 cgccggaagc tgcacgggag cgcggtgttc aggtcgcacc tgttcgggtc ggcgacggtg 300 gtgacggcgg acgcggaggt gagccggttc gtgctgcaga gcgacgcgcg ggcgttcgtg 360 ccgtggtacc cgcggtcgct gacggagctg atgggcaagt cctccatcct cctcatcaac 420 ggcgcgctcc agcgacgcgt ccacggcctc gtcggcgcct tcttcaagtc ctcccacctc 480 aagtcccagc tcaccgccga catgcgccgc cgcctctccc ccgccctctc ctccttcccc 540 gactcctccc tcctccacgt ccagcacctc 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derived from rice controlling plant seed size, low temperature germinability and tolerance to abiotic stresses and uses thereof <130> PN19302 <160> 52 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1473 <212> DNA <213> Oryza rufipogon <400> 1 atggtgtcgg cggccgccgg ttgggcggcg ccggcgtttg cggtcgccgc cgtggttatt 60 tgggtggtgc tgtgtggtga gctcctgcgg aggcggcggc gtggtgcagg cagcggcaag 120 ggggacgcgg cggcggcggc gcgcctcccg ccggggagct tcgggtggcc ggtggtgggc 180 gagacgctgg agttcgtgtc gtgcgcctac tcgccgcgcc ccgaggcgtt cgtcgacaag 240 cgccggaagc tgcacgggag cgcggtgttc aggtcgcacc tgttcgggtc ggcgacggtg 300 gtgacggcgg acgcggaggt gagccggttc gtgctgcaga gcgacgcgcg ggcgttcgtg 360 ccgtggtacc cgcggtcgct gacggagctg atgggcaagt cctccatcct cctcatcaac 420 ggcgcgctcc agcgacgcgt ccacggcctc gtcggcgcct tcttcaagtc ctcccacctc 480 aagtcccagc tcaccgccga catgcgccgc cgcctctccc ccgccctctc ctccttcccc 540 gactcctccc tcctccacgt ccagcacctc gccaagtcgg tggtgttcga aatcctggtg 600 aggggcctga tcgggctgga ggcaggggag gagatgcagc agctgaagca gcaattccag 660 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Glu Glu Met Gln Gln Leu Lys Gln Gln Phe Gln Glu Phe Ile Val 210 215 220 Gly Leu Met Ser Leu Pro Ile Lys Leu Pro Gly Thr Arg Leu Tyr Arg 225 230 235 240 Ser Leu Gln Ala Lys Lys Lys Met Ala Arg Leu Ile Gln Arg Ile Ile 245 250 255 Arg Glu Lys Arg Ala Arg Arg Ala Ala Ala Ser Leu Pro Arg Asp Ala 260 265 270 Ile Asp Met Leu Ile Gly Asp Gly Ser Asp Glu Leu Thr Asp Glu Leu 275 280 285 Ile Ser Asp Asn Met Ile Asp Leu Met Ile Pro Ala Glu Asp Ser Val 290 295 300 Pro Val Leu Ile Thr Leu Ala Val Lys Phe Leu Ser Glu Cys Pro Leu 305 310 315 320 Ala Leu His Gln Leu Glu Glu Glu Asn Ile Gln Leu Lys Arg Arg Lys 325 330 335 Thr Asp Met Gly Glu Thr Leu Gln Trp Thr Asp Tyr Met Ser Leu Ser 340 345 350 Phe Thr Gln His Val Ile Thr Glu Thr Leu Arg Leu Gly Asn Ile Ile 355 360 365 Gly Gly Ile Met Arg Lys Ala Val Arg Asp Val Glu Val Lys Gly His 370 375 380 Leu Ile Pro Lys Gly Trp Cys Val Phe Val Tyr Phe Arg Ser Val His 385 390 395 400 Leu Asp Asp Thr Leu Tyr Asp Glu Pro Tyr Lys Phe Asn Pro Trp Arg 405 410 415 Trp Lys Glu Lys Asp Met Ser Asn Gly Ser Phe Thr Pro Phe Gly Gly 420 425 430 Gly Gln Arg Leu Cys Pro Gly Leu Asp Leu Ala Arg Leu Glu Ala Ser 435 440 445 Ile Phe Leu His His Leu Val Thr Ser Phe Arg Trp Val Ala Glu Glu 450 455 460 Asp His Ile Val Asn Phe Pro Thr Val Arg Leu Lys Arg Gly Met Pro 465 470 475 480 Ile Arg Val Thr Ala Lys Glu Asp Asp Asp 485 490 <210> 3 <211> 1473 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 3 atggtgtcgg cggccgccgg ttgggcggcg ccggcgtttg cggtcgccgc cgtggttatt 60 tgggtggtgc tgtgtagtga gctcctgcgg aggcggcggc gtggtgcagg cagcggcaag 120 ggggacgcgg cggcggcggc gcgcctcccg ccggggagct tcgggtggcc agtggtgggc 180 gagacgctgg agttcgtgtc gtgcgcctac tcgccgcgcc ccgaggcgtt cgtcgacaag 240 cgccggaagc tgcacgggag cgcggtgttc aggtcgcacc tgttcgggtc ggcgacggtg 300 gtgacggcgg acgcggaggt gagccggttc gtgctgcaga gcgacgcgcg ggcgttcgtg 360 ccgtggtacc cgcggtcgct gacggagctg atgggcaagt cctccatcct cctcatcaac 420 ggcgcgctcc agcgacgcgt ccacggcctc gtcggcgcct tcttcaagtc ctcccacctc 480 aagtcccagc tcaccgccga catgcgccgc cgcctctccc ccgccctctc ctccttcccc 540 gactcctccc tcctccacgt ccagcacctc gccaagtcgg tggtgttcga aatcctggtg 600 aggggcctga tcgggctgga ggcaggggag gagatgcagc agctgaagca gcaattccag 660 gaatttattg tcggcctcat gtccctcccc attaagctgc ctggcactag gctctacaga 720 tcactccagg ccaagaagaa gatggcgagg ctgatacaga ggatcatccg ggagaagagg 780 gcaaggaggg ccgccgcctc gccgccgcgg gacgccatcg acgtgctcat cggagacggc 840 agcgatgagc tcaccgacga gctcatctcc gacaacatga tcgacctcat gatccccgcc 900 gaggactccg tcccggtgct catcacgctc gccgtcaagt tcctcagcga gtgccctctc 960 gccctgcacc aactggaaga ggagaacata cagctcaaga ggcgaaaaac cgacatgggt 1020 gagaccttgc aatggacaga ctacatgtca ttgtcattca cacaacatgt gataacagag 1080 acgctgcggt tgggcaacat catcggtggg atcatgcgca aggcggtgcg cgacgtcgag 1140 gtgaaggggc acctcatccc caaggggtgg tgcgtgtttg tgtacttccg gtcagtccac 1200 ctcgatgata cgctctacga tgagccctac aagttcaacc catggaggtg gaaggagaag 1260 gacatgagca atggcagctt cactcctttt ggtggtgggc agaggctgtg cccaggcctg 1320 gatctggcca ggctggaagc ttccatcttc cttcaccact tggtcaccag cttcaggtgg 1380 gtggcggagg aggaccacat cgtcaacttc cccaccgtgc ggctcaagcg gggcatgccc 1440 atcagggtca ccgccaagga ggacgacgac tag 1473 <210> 4 <211> 490 <212> PRT <213> Oryza sativa <400> 4 Met Val Ser Ala Ala Ala Gly Trp Ala Ala Pro Ala Phe Ala Val Ala 1 5 10 15 Ala Val Val Ile Trp Val Val Leu Cys Ser Glu Leu Leu Arg Arg Arg 20 25 30 Arg Arg Gly Ala Gly Ser Gly Lys Gly Asp Ala Ala Ala Ala Ala Arg 35 40 45 Leu Pro Pro Gly Ser Phe Gly Trp Pro Val Val Gly Glu Thr Leu Glu 50 55 60 Phe Val Ser Cys Ala Tyr Ser Pro Arg Pro Glu Ala Phe Val Asp Lys 65 70 75 80 Arg Arg Lys Leu His Gly Ser Ala Val Phe Arg Ser His Leu Phe Gly 85 90 95 Ser Ala Thr Val Val Thr Ala Asp Ala Glu Val Ser Arg Phe Val Leu 100 105 110 Gln Ser Asp Ala Arg Ala Phe Val Pro Trp Tyr Pro Arg Ser Leu Thr 115 120 125 Glu Leu Met Gly Lys Ser Ser Ile Leu Leu Ile Asn Gly Ala Leu Gln 130 135 140 Arg Arg Val His Gly Leu Val Gly Ala Phe Phe Lys Ser Ser His Leu 145 150 155 160 Lys Ser Gln Leu Thr Ala Asp Met Arg Arg Arg Leu Ser Pro Ala Leu 165 170 175 Ser Ser Phe Pro Asp Ser Ser Leu Leu His Val Gln His Leu Ala Lys 180 185 190 Ser Val Val Phe Glu Ile Leu Val Arg Gly Leu Ile Gly Leu Glu Ala 195 200 205 Gly Glu Glu Met Gln Gln Leu Lys Gln Gln Phe Gln Glu Phe Ile Val 210 215 220 Gly Leu Met Ser Leu Pro Ile Lys Leu Pro Gly Thr Arg Leu Tyr Arg 225 230 235 240 Ser Leu Gln Ala Lys Lys Lys Met Ala Arg Leu Ile Gln Arg Ile Ile 245 250 255 Arg Glu Lys Arg Ala Arg Arg Ala Ala Ala Ser Pro Pro Arg Asp Ala 260 265 270 Ile Asp Val Leu Ile Gly Asp Gly Ser Asp Glu Leu Thr Asp Glu Leu 275 280 285 Ile Ser Asp Asn Met Ile Asp Leu Met Ile Pro Ala Glu Asp Ser Val 290 295 300 Pro Val Leu Ile Thr Leu Ala Val Lys Phe Leu Ser Glu Cys Pro Leu 305 310 315 320 Ala Leu His Gln Leu Glu Glu Glu Asn Ile Gln Leu Lys Arg Arg Lys 325 330 335 Thr Asp Met Gly Glu Thr Leu Gln Trp Thr Asp Tyr Met Ser Leu Ser 340 345 350 Phe Thr Gln His Val Ile Thr Glu Thr Leu Arg Leu Gly Asn Ile Ile 355 360 365 Gly Gly Ile Met Arg Lys Ala Val Arg Asp Val Glu Val Lys Gly His 370 375 380 Leu Ile Pro Lys Gly Trp Cys Val Phe Val Tyr Phe Arg Ser Val His 385 390 395 400 Leu Asp Asp Thr Leu Tyr Asp Glu Pro Tyr Lys Phe Asn Pro Trp Arg 405 410 415 Trp Lys Glu Lys Asp Met Ser Asn Gly Ser Phe Thr Pro Phe Gly Gly 420 425 430 Gly Gln Arg Leu Cys Pro Gly Leu Asp Leu Ala Arg Leu Glu Ala Ser 435 440 445 Ile Phe Leu His His Leu Val Thr Ser Phe Arg Trp Val Ala Glu Glu 450 455 460 Asp His Ile Val Asn Phe Pro Thr Val Arg Leu Lys Arg Gly Met Pro 465 470 475 480 Ile Arg Val Thr Ala Lys Glu Asp Asp Asp 485 490 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 catcaatcca ttgcagggac gat 23 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 actcgccgac tccggtgatc 20 <210> 7 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 caggtacggg agcgtgtt 18 <210> 8 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 tgaagccttg gtagtagttg gt 22 <210> 9 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 ttgggtcatg gcatggcaag agcaagga 28 <210> 10 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 ttgttgctgg agccagcatt cctcctct 28 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 agctgcctgg cactaggctc tacagatcac 30 <210> 12 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 atgttgtcgg agatgagctc gtcggtgagc 30 <210> 13 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 ttcttctcca tcccctttcc tctcgcca 28 <210> 14 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 caccctccgc ctcaagaagc tcctcaa 27 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 15 ctccttggtc agccattgtt 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 16 gcgaggtcta ttgcttcagg 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 17 tgaaagtgca gtggatcagc 20 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 18 gccatgggtg agctttaatc 20 <210> 19 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 19 gttggacggc cttacgttta tc 22 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 20 gctggtaaac tccagcaagc 20 <210> 21 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 21 gagttgatct tgggaatgct gc 22 <210> 22 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 22 cactaggtat cgttccgctt atgtt 25 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 23 tcaaccttcc tggaaccaac 20 <210> 24 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 24 tctgtgagct tctccctggt 20 <210> 25 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 25 ctcagcagct gcgttgac 18 <210> 26 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 26 gacaacaacg aggtgctcaa 20 <210> 27 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 27 gtagccagct tgatctcatc tc 22 <210> 28 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 28 gggacgactc tactgcatca 20 <210> 29 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 29 ctcgaggggt agaaaaggat ggtgtcgg 28 <210> 30 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 30 ggtggctagt ggctagtcgt cgtcctcctt g 31 <210> 31 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 31 cattggtgcc aacccatc 18 <210> 32 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 32 aaggaggttg ctcctgaaga 20 <210> 33 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 33 ccagatacat tgtactccct cca 23 <210> 34 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 34 atataaggca tgcgcacgtt 20 <210> 35 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 35 gctggttggt tgtcagcttt 20 <210> 36 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 36 cgtcacatcg tcacaatttc 20 <210> 37 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 37 ccatctggtt ggaatattg 19 <210> 38 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 38 tcaatcagta aactgttgtg 20 <210> 39 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 39 cctctgcagt caaagtcacg 20 <210> 40 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 40 tgcatgtgcc aggttctaaa 20 <210> 41 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 41 caactcgacc gcattttaca 20 <210> 42 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 42 tcacatgtta cgtgtcactg att 23 <210> 43 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 43 cacccaacat cgagcactaa 20 <210> 44 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 44 acggagggag tacgtgacaa 20 <210> 45 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 45 tctggagtag ccattcaaga agc 23 <210> 46 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 46 gacagcaaga aatcccgact agg 23 <210> 47 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 47 acttacacaa ggccgggaaa gg 22 <210> 48 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 48 tggtagtggt aactctactc cgatgg 26 <210> 49 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 49 ggaaggtaac tgtttccaac 20 <210> 50 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 50 gaaatgcttc ccacatgtct 20 <210> 51 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 51 tgtccttacc cttgtttcgc 20 <210> 52 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 52 gtgtgttcca acagtggtgg 20

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2(cytochrome P450 90D2) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 식물세포로부터 형질전환된 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및, 염 스트레스 또는 삼투 스트레스에 대한 내성이 조절된 형질전환 식물체의 제조방법.
Transforming plant cells with a recombinant vector comprising a CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) protein coding gene derived from rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4; And
Re-differentiating the transformed plant from the transformed plant cells; Seed size of the plant comprising, low temperature germination, and salt stress or osmotic stress resistance is a method for producing a transformed plant.
삭제delete 제6항에 있어서, 상기 벼 유래 CYP90D2 단백질 코딩 유전자의 발현을 증가시켜 비형질전환 식물체에 비해 종자 크기, 저온발아성 및, 염 스트레스 또는 삼투 스트레스에 대한 내성이 증가되는 것을 특징으로 하는 형질전환 식물체의 제조방법.The transgenic plant of claim 6, wherein the expression of the CYP90D2 protein-derived gene derived from rice is increased to increase seed size, cold germination, and resistance to salt stress or osmotic stress compared to non-transgenic plants. Method of manufacturing. 제6항 또는 제8항의 제조방법에 의해 제조된 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및, 염 스트레스 또는 삼투 스트레스에 대한 내성이 조절된 형질전환 식물체.A transformed plant in which the seed size, cold germination and resistance to salt stress or osmotic stress of the plant produced by the method of claim 6 or 8 are regulated. 제9항에 따른 식물체의 형질전환된 종자.A transformed seed of a plant according to claim 9. 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2(cytochrome P450 90D2) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 CYP90D2 단백질 코딩 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는, 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및, 염 스트레스 또는 삼투 스트레스에 대한 내성을 조절하는 방법.A plant comprising transforming plant cells with a recombinant vector comprising a CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) protein-derived gene derived from rice consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, and controlling the expression of the CYP90D2 protein-coding gene. How to regulate the seed size, low temperature germination and resistance to salt stress or osmotic stress. 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 벼 유래 CYP90D2(cytochrome P450 90D2) 단백질 코딩 유전자를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 종자 크기, 저온발아성 및, 염 스트레스 또는 삼투 스트레스에 대한 내성 조절용 조성물.A composition for regulating the seed size, low temperature germination and resistance to salt stress or osmotic stress of a plant comprising a rice-derived CYP90D2 (cytochrome P450 90D2) protein coding gene consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 as an active ingredient .
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