KR102271885B1 - IAA2 mutant for controlling plant root hair growth and uses thereof - Google Patents

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    • C12N15/8227Root-specific

Abstract

본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산이 각각 알라닌 및 세린으로 치환된 IAA2 단백질 변이체, 상기 변이체를 코딩하는 유전자 및 이의 용도에 관한 것으로, 본 발명의 IAA2 단백질 변이체는 식물체의 뿌리털 신장과 관련된 형질의 개선 및 타 식물체에서 뿌리털의 신장을 조절하는 유전자의 탐색 등에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.The present invention provides IAA2 protein variants in which the 17th and 66th amino acids of Arabidopsis thaliana-derived IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are substituted with alanine and serine, respectively, encoding the variant To a gene and its use, the IAA2 protein mutant of the present invention may be usefully used to improve traits related to root hair elongation of plants and to search for genes regulating root hair elongation in other plants.

Description

식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 IAA2 변이체 및 이의 용도{IAA2 mutant for controlling plant root hair growth and uses thereof}IAA2 mutant for controlling plant root hair growth and uses thereof

본 발명은 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 변이체 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to an IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) mutant that regulates root hair elongation of plants and uses thereof.

식물의 뿌리는 물과 영양분을 흡수할 뿐 아니라, 지상부를 지탱하는 물리적인 힘도 제공한다. 뿌리털(root hair)은 뿌리 표피에서 발생하는 관으로 된 형태로 뿌리털의 표면적을 약 2배 정도 증대시키며 뿌리가 토양 입자 또는 필요한 영양분에 도달할 수 있게 한다. 뿌리털은 영양분 흡수에 중요하게 여겨지며, 영양분 스트레스에 반응하는 것이 연구되어 있다. 2차 뿌리 구조가 발달된 성체 식물에서는 곁뿌리가 식물을 지탱하고 토양에 고착하는 역할에 중심이 되는 것으로 밝혀졌다. 하지만 유식물(seedling)은 성체 식물과는 다르게 오직 초기 발달 뿌리와 뿌리털만을 갖고 있기 때문에 뿌리털의 역할, 예를 들어 토양 고착에 관한 연구가 필요한 실정이지만 그에 관해서는 잘 연구되어 있지 않다.The roots of a plant not only absorb water and nutrients, but also provide the physical strength to support the above-ground parts. Root hairs are tubular forms that arise from the root epidermis, increasing the surface area of the root hairs by about two times and allowing the roots to reach soil particles or necessary nutrients. Root hairs are considered important for nutrient absorption, and their response to nutrient stress has been studied. In adult plants with developed secondary root structures, the side roots were found to be central to the role of supporting plants and anchoring them to the soil. However, unlike adult plants, seedlings have only early-developed roots and root hairs, so research on the role of root hairs, for example, soil fixation, is needed, but it has not been well studied.

대부분의 종자는 토양 표면에서 발아하기 때문에, 토양 표면에서 생장하는 유식물은 작은 범위의 토양 손실에도 쉽게 뿌리가 노출될 수 있다. 이러한 상황에서 유식물 뿌리에 있는 유일한 부가적 기관인 뿌리털이 토양 유실 환경에서 유식물이 쓸려가지 않고 버텨내거나 뿌리가 토양 표면 위로 노출된 환경에서 생존하는데 유리한 것인지에 관해서는 밝혀진 바가 없다.Since most seeds germinate at the soil surface, seedlings growing on the soil surface can easily expose their roots to even a small extent of soil loss. Under these circumstances, it is not known whether the root hairs, which are the only additional organs in the roots of seedlings, are advantageous for the seedlings to survive the soil loss environment without being washed away or to survive in the environment where the roots are exposed above the soil surface.

본 발명에서는 형질전환 식물체 다섯 종을 이용하여 오직 뿌리털 길이 표현형에 차이가 나는 유식물들 사이에 뿌리의 토양 고착 및 수분 흡착능력을 점검하였으며, 그로 인한 유식물의 생존률을 확인하였다.In the present invention, using five transgenic plant species, only the root hair length phenotype was used to check the soil adhesion and water adsorption capacity of the roots among the seedlings, and thereby the survival rate of the seedlings was confirmed.

한편, 한국공개특허 제2011-0006330호에는 '식물의 뿌리털 발달 조절 유전자 RHS10 및 이를 이용한 식물의 뿌리털 발달 조절 방법'이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2012-0004167호에는 '옥신수송체 발현을 통한 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 방법 및 그에 따른 식물체'가 개시되어 있으나, 본 발명의 식물체의 뿌리털 신장을 조절하는 IAA2 변이체 및 이의 용도에 대해서는 기재된 바가 없다.On the other hand, Korean Patent Application Laid-Open No. 2011-0006330 discloses 'RHS10, a gene for regulating plant root hair development and a method for regulating plant root hair development using the same,' and Korean Patent Application Publication No. 2012-0004167 discloses 'through auxin transporter expression. A method for controlling root hair elongation of a plant and a plant according thereto are disclosed, but the IAA2 mutant for controlling root hair elongation of a plant of the present invention and use thereof are not described.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자는 유식물의 뿌리털 길이가 뿌리의 토양 및 수분 흡착과 생존에 미치는 영향을 연구하기 위해, 애기장대 유래 RHS10 (ROOT HAIR SPECIFIC 10), axr2-1 (IAA7 (Indole-3acetic acid inducible 7) 단백질의 87번째 아미노산 돌연변이), RSL4 (ROOT HAIR DEFECTIVE SIX-LIKE 4), IAA2mImⅡ (IAA2 (Indole-3acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산 돌연변이) 단백질 코딩 유전자를 뿌리 조직 특이적으로 발현시킨 결과, RHS10 또는 axr2-1 과발현 식물체는 대조구에 비해 뿌리털 길이가 짧거나 뿌리털이 없어진 반면, RSL4 또는 IAA2mImⅡ 과발현 식물체는 대조구에 비해 뿌리털 길이가 길어진 것을 관찰하였으며, 뿌리털이 길수록 토양 부착과 수분 흡착에 용이함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention was derived from the above needs, and the present inventors conducted a study on the effect of the root hair length of seedlings on the soil and moisture adsorption and survival of roots, Arabidopsis-derived RHS10 (ROOT HAIR SPECIFIC 10), axr2 -1 (mutation at amino acid position 87 of IAA7 (Indole-3acetic acid inducible 7) protein), RSL4 (ROOT HAIR DEFECTIVE SIX-LIKE 4), IAA2mImⅡ (IAA2 (Indole-3acetic acid inducible 2) protein at amino acid 17th and 66th position) Mutant) As a result of root tissue-specific expression of the protein-coding gene, it was found that RHS10 or axr2-1 overexpressing plants had shorter or no root hairs compared to the control, whereas RSL4 or IAA2mImⅡ overexpressing plants had longer root hairs compared to the control. The present invention was completed by confirming that the longer the root hair is, the easier it is for soil adhesion and moisture adsorption.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 (Arabidopsis thaliana) 유래 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산이 각각 알라닌 (alanine, A) 및 세린 (serine, S)으로 치환된 IAA2 단백질 변이체를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is Arabidopsis thaliana consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) derived from IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) protein 17th and 66th amino acids, respectively, alanine (alanine, A) and IAA2 protein variants substituted with serine (S) are provided.

또한, 본 발명은 상기 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 제공한다.In addition, the present invention provides a gene encoding the IAA2 protein variant.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant vector comprising 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 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 식물체의 뿌리털 신장 (elongation)을 증가시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for increasing root hair elongation of a plant, comprising the step of transforming a plant cell with the recombinant vector to overexpress a gene encoding a mutant IAA2 protein.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 뿌리털 신장이 증가된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a transgenic plant having increased root hair elongation by transforming plant cells with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법에 의해 제조된 뿌리털 신장이 증가된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant with increased root hair elongation prepared by the above production method and a seed thereof.

또한, 본 발명은 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 유효성분으로 포함하는 식물체의 뿌리털 신장 증진용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for enhancing root hair extension of a plant comprising a gene encoding a mutant IAA2 protein as an active ingredient.

본 발명의 IAA2 단백질 변이체는 식물체의 뿌리털 신장과 관련된 형질의 개선 및 타 식물체에서 뿌리털의 신장을 조절하는 유전자의 탐색 등에 유용하게 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 IAA2 단백질 변이체 코딩 유전자를 이용하여 식물체의 뿌리털 신장이 조절된 식물체를 창출할 수 있다.The IAA2 protein mutant of the present invention can be usefully used to improve traits related to root hair elongation of plants and to search for genes regulating root hair elongation in other plants. In addition, it is possible to create a plant in which the root hair elongation of the plant is regulated by using the IAA2 protein mutant coding gene of the present invention.

도 1은 서로 다른 형질전환 식물체들의 뿌리털 길이를 나타낸 것이다. (a) 대조군 (ProE7:YFP)과 RHS10 과발현 식물체 (RHS10ox, ProE7:RHS10), axr2-1 과발현 식물체 (axr2-1ox, ProE7:axr2-1), RSL4 과발현 식물체 (RSL4ox, ProE7:RSL4), 그리고 IAA2mImⅡ 과발현 식물체 (IAA2mImⅡox, ProE7:IAA2mImⅡ)의 대표적인 뿌리 사진이다. 바=100 μm (모든 그림 적용) (b) 뿌리털 길이 정량 결과이다. 데이터는 평균±표준오차를 나타낸다 (n = 13-39개의 뿌리에서 151-511개의 뿌리털 길이 측정). (c) 주뿌리의 두께와 길이 정량결과이다. 데이터는 평균±표준오차를 나타낸다 (n = 12-36개의 뿌리 길이 측정). P < 0.05, b 와 c에 적용.
도 2는 물 붓기로 토양 유실 유도 후 토양에 부착되어 있는 유식물을 나타낸 것이다. (a) 전체 실험 과정에 대한 모식도로, 유식물이 있는 토양에 물을 부어서 토양의 유실을 유도한 후 쓸려가지 않고 남아있는 유식물의 모습을 나타내었다(도 6 참조). (b) 물 붓기 이후에 대조군과 형질전환 식물체 (RHS10ox, axr2-1ox, RSL4ox, IAA2mImⅡox)에서 토양에 남아있는 비율을 나타내었다. 데이터는 평균±표준오차를 나타낸다 (n = 5). P < 0.05.
도 3은 유식물의 뿌리의 토양 고착 능력을 나타낸 것이다. (a) 토양에서 뽑은후 대조군과 형질전환 식물체 (RHS10ox, axr2-1ox, RSL4ox, IAA2mImⅡox)의 뿌리와 고착된 토양의 대표적인 모습이다. 바=5 mm (모든 그림 적용). (b) 뽑혀진 뿌리에 부착된 토양의 무게이다. 데이터는 평균±표준오차를 나타낸다 (n = 11~26). P < 0.05. (c) 토양이 뿌리털에 부착되어 있는 모습의 확대사진이다. 바=0.5 mm (모든 그림 적용).
도 4는 토양 표면에서 뿌리가 노출된 유식물의 생존력을 나타낸 것이다. (a) 토양 표면위에 뿌리가 노출되어 있는 대조군과 형질전환 식물체 (RHS10ox, axr2-1ox, RSL4ox, IAA2mImⅡox)의 대표적인 모습이다. 바=1 cm (모든 그림 적용). (b) 토양 표면에 유식물이 놓여진 15일 후에 각 실험군의 생존률이다. 데이터는 평균±표준오차를 나타낸다 (n = 3). P < 0.05.
도 5는 유식물 뿌리의 수분 흡착 능력을 나타낸 것이다. (a) 배지에서 대조군과 형질전환 식물체 (RHS10ox, axr2-1ox, RSL4ox, IAA2mImⅡox)의 유식물을 뽑아서 유리위에 올려놓고, 뽑은 직후의 뿌리 및 물막의 모습과 수분이 완전히 건조된 후의 뿌리와 물막이 사라진 모습의 대표적인 사진이다. 바=500 μm (모든 그림 적용). 뿌리의 수분 흡착능력은 RSL4ox 사진에 표시된 빨간선과 같이 뿌리를 포함한 물막의 넓이를 정량하여 적용하였다. (b) 뿌리에 흡착된 수분의 추이를 나타낸 것으로, 뿌리가 배지에서 뽑힌 후 매 15초 마다 정량하였다. 데이터는 평균±표준오차를 나타낸다 (n = 각 형질전환 식물에서 25 뿌리). 배지에서 뽑힌 직후 각 형질전환 식물의 물막 넓이 차이의 통계적 유의미성을 서로 다른 알파벳으로 표기하였다. P < 0.05.
도 6은 토양유실을 유도하는 물 붓기 실험을 나타낸 것이다. (a) 위에서 관찰된 물 붓기 실험 준비 모습으로 박스의 크기와 물조리개의 노즐의 지름을 표기하였다. (b) 물붓기 실험이 진행 중인 모습을 위에서 관찰한 것이다. (c) 물 붓기 실험의 옆모습을 나타낸 것이다.
도 7은 시간에 따른 뿌리의 수분 흡착 추이를 나타낸 것이다. 대조군과 형질전환 식물체 (RHS10ox, axr2-1ox, RSL4ox, IAA2mImⅡox)의 유식물의 뿌리 사진으로, 뿌리가 배지에서 뽑힌 직후에 촬영을 시작하여 물막의 넓이가 더 이상 변하지 않을 때까지 촬영된 것이다. 빨간 화살표 머리는 물막의 넓이가 정량된 부분을 나타낸다. 바=500 μm (모든 그림 적용).
1 shows the length of root hairs of different transgenic plants. (a) Control ( ProE7:YFP ) and RHS10 overexpressing plants (RHS10ox, ProE7:RHS10 ), axr2-1 overexpressing plants (axr2-1ox, ProE7:axr2-1 ), RSL4 overexpressing plants (RSL4ox, ProE7:RSL4 ), and This is a representative photo of the root of an IAA2mImII overexpressing plant (IAA2mImIIox, ProE7:IAA2mImII). Bar = 100 μm (all figures applied) (b) Result of quantitative root hair length. Data represent mean ± standard error (n = 151-511 root hair length measurements from 13-39 roots). (c) Quantification results of the thickness and length of the main root. Data represent mean ± standard error (n = 12-36 root length measurements). P < 0.05, applied to b and c.
Figure 2 shows the seedlings attached to the soil after induction of soil loss by pouring water. (a) A schematic diagram of the entire experimental process, showing the appearance of seedlings remaining without being washed away after inducing soil loss by pouring water into the soil with seedlings (see FIG. 6). (b) The ratios remaining in the soil in the control and transgenic plants ( RHS10ox , axr2-1ox , RSL4ox , IAA2mImIIox) after watering were shown. Data represent mean ± standard error (n = 5). P < 0.05.
Figure 3 shows the soil fixation ability of the roots of seedlings. (a) A representative view of the roots and fixed soil of the control and transgenic plants ( RHS10ox , axr2-1ox , RSL4ox , IAA2mImIIox) after being pulled from the soil. Bar=5 mm (all figures apply). (b) The weight of the soil attached to the uprooted root. Data represent mean ± standard error (n = 11 to 26). P < 0.05. (c) It is an enlarged picture of the soil attached to the root hairs. Bar=0.5 mm (all figures apply).
Figure 4 shows the viability of the seedlings exposed to the roots on the soil surface. (a) Representative views of the control and transgenic plants ( RHS10ox , axr2-1ox , RSL4ox , IAA2mImⅡox ) with exposed roots on the soil surface. Bar=1 cm (all figures apply). (b) The survival rate of each experimental group after 15 days of placing the seedlings on the soil surface. Data represent mean ± standard error (n = 3). P < 0.05.
Figure 5 shows the water adsorption capacity of the seedling roots. (a) The seedlings of the control and transgenic plants ( RHS10ox , axr2-1ox , RSL4ox , IAA2mImIIox ) were extracted from the medium and placed on a glass, and the appearance of the roots and water film immediately after extraction and the root and water film disappeared after the moisture was completely dried This is a representative picture of the appearance. Bar=500 μm (all figures apply). The water adsorption capacity of the roots was applied by quantifying the width of the water film including the roots as shown in the red line shown in the RSL4ox photo. (b) The change in moisture adsorbed to the roots was quantified every 15 seconds after the roots were pulled out of the medium. Data represent mean ± standard error (n = 25 roots in each transgenic plant). The statistical significance of the difference in water film width of each transgenic plant immediately after being pulled out of the medium was marked with different alphabets. P < 0.05.
6 shows a water pouring experiment inducing soil loss. (a) The size of the box and the diameter of the nozzle of the water stopper were marked as the preparation for the water pouring experiment observed above. (b) The water pouring experiment was observed from above. (c) A side view of the water pouring experiment.
7 shows the moisture adsorption trend of the roots according to time. Root photos of seedlings of control and transgenic plants ( RHS10ox , axr2-1ox , RSL4ox , I AA2mImIIox ), starting immediately after the root is removed from the medium, and taking it until the width of the water film does not change any more. The red arrow head indicates the area where the water film area is quantified. Bar=500 μm (all figures apply).

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 (Arabidopsis thaliana) 유래 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산이 각각 알라닌 (alanine, A) 및 세린 (serine, S)으로 치환된 IAA2 단백질 변이체를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides that the 17th and 66th amino acids of Arabidopsis thaliana derived IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are alanine ( IAA2 protein variants substituted with alanine, A) and serine (S) are provided.

본 발명에 따른 IAA2 단백질 변이체는 형질전환된 식물체에서 과발현될 때, 식물체의 뿌리털의 길이를 현저히 증가시킬 수 있다.When the IAA2 protein mutant according to the present invention is overexpressed in a transformed plant, the length of the root hair of the plant can be significantly increased.

본 발명은 또한, 상기 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자 또는 폴리뉴클레오티드를 제공한다. 하기 명세서에서 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자는 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드와 상호교환하여 사용할 수 있다.The present invention also provides a gene or polynucleotide encoding the IAA2 protein variant. In the following specification, a gene encoding an IAA2 protein variant may be used interchangeably with a polynucleotide encoding an IAA2 protein variant.

본 발명에 따른 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자의 범위는, 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 야생형 IAA 단백질의 서열에서, 17번째 아미노산인 시스테인 (cystein, C)이 알라닌 (alanine, A)으로 치환되고, 66번째 아미노산인 프롤린 (proline, P)이 세린 (serine, S)으로 치환될 수 있도록, 시스테인의 코딩 염기가 알라닌의 코딩 염기(GCT, GCC, GCA, 또는 GCG)로, 프롤린의 코딩 염기가 세린의 코딩 염기(TCT, TCC, TCA 또는 TCG)로 치환된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The range of the gene encoding the IAA2 protein variant according to the present invention is, in the sequence of the wild-type IAA protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the 17th amino acid cysteine (cystein, C) is substituted with alanine (alanine, A) and , so that the 66th amino acid, proline (P), can be substituted with serine (S), the coding base for cysteine is the coding base for alanine (GCT, GCC, GCA, or GCG), and the coding base for proline is It may be substituted with a coding base of serine (TCT, TCC, TCA or TCG), but is not limited thereto.

본 발명은 또한, 상기 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector comprising a gene encoding the IAA2 protein variant.

본 발명의 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자는 서열번호 5의 염기서열로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The gene encoding the IAA2 protein variant of the present invention may consist of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5, but is not limited thereto.

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

본 발명의 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. 진핵세포에서 이용 가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.As used herein, the term “vector” is used to refer to a DNA fragment(s), a nucleic acid molecule, that is delivered into a cell. The vector replicates DNA and can be reproduced independently in a 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 necessary for expressing a coding sequence operably linked in a particular host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotes are known.

식물 발현 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-DNA 영역을 식물 세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터(EP 0116718 B1 참조)는 현재 식물 세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 잡종 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다. Ti-플라스미드 벡터의 특히 바람직한 형태는 EP 0120516 B1 및 미국 특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 DNA를 식물 숙주에 도입시키는데 이용될 수 있는 다른 적합한 벡터는 이중 가닥 식물 바이러스 (예를 들면, CaMV) 및 단일 가닥 바이러스, 게미니 바이러스 등으로부터 유래될 수 있는 것과 같은 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 그러한 벡터의 사용은 특히 식물 숙주를 적당하게 형질전환하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다.A preferred example of a plant expression vector is a Ti-plasmid vector capable of transferring a part of itself, the so-called T-DNA region, into a plant cell when present in a suitable host such as Agrobacterium tumefaciens. Another type of Ti-plasmid vector (see EP 0116718 B1) is currently used to transfer hybrid DNA sequences into plant cells, or protoplasts from which new plants can be produced that properly insert the hybrid DNA into the genome of the plant. A particularly preferred form of the Ti-plasmid vector is the so-called binary vector as claimed in EP 0120516 B1 and US Pat. No. 4,940,838. Other suitable vectors that can be used to introduce the DNA according to the invention into a plant host are viral vectors such as those that can be derived from double-stranded plant viruses (eg 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, especially when it is difficult to adequately transform a plant host.

발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함할 것이다. 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), 포스피노트리신(phosphinothricin) 및 글루포시네이트(glufosinate)와 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The expression vector will preferably contain one or more selectable markers. The marker is a nucleic acid sequence having characteristics that can be selected by conventional chemical methods, and includes all genes capable of distinguishing a transformed cell from a non-transformed cell. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate, phosphinothricin and glufosinate, kanamycin, G418, bleomycin, hygromycin, Antibiotic resistance genes such as chloramphenicol, but are not limited thereto.

본 발명의 식물 발현 벡터에서, 프로모터는 뿌리털 특이적 발현 프로모터인 EXPA7(expansin A7), EXPB5(expansin B5) 또는 EXPB1(expansin B1) 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 식물 세포에서 전사를 개시할 수 있는 프로모터이다. 본 발명의 식물 발현 벡터에서, 형질전환체의 선택이 각종 단계에서 각종 조직에 의해서 이루어질 수 있기 때문에 상기 프로모터 외에 구성적(constitutive) 프로모터도 본 발명에 사용될 수 있다. "구성적 프로모터"는 대부분의 환경 조건 및 발달 상태 또는 세포 분화하에서 활성이 있는 프로모터이다. 상기 구성적 프로모터는 CaMV 35S, 액틴, 유비퀴틴, pEMU, MAS 또는 히스톤 프로모터일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 선택 가능성을 제한하지 않는다.In the plant expression vector of the present invention, the promoter may be a root hair-specific expression promoter, EXPA7 (expansin A7), EXPB5 (expansin B5), or EXPB1 (expansin B1), but is not limited thereto. The term "promoter" refers to a region of DNA upstream from a structural gene and refers to a DNA molecule to which an RNA polymerase binds to initiate transcription. A “plant promoter” is a promoter capable of initiating transcription in a plant cell. In the plant expression vector of the present invention, since the selection of transformants can be made by various tissues at various stages, a constitutive promoter in addition to the above promoter can also be used in the present invention. A "constitutive promoter" is a promoter that is active under most environmental conditions and developmental states or cell differentiation. The constitutive promoter may be CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS or histone promoter, but is not limited thereto, and the selectivity is not limited thereto.

본 발명의 식물 발현 벡터에서, 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 그 예로는 노팔린 신타아제(NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 파세올린(phaseoline) 터미네이터, 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)의 옥토파인(Octopine) 유전자의 터미네이터 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터미네이터의 필요성에 관하여, 그러한 영역이 식물 세포에서의 전사의 확실성 및 효율을 증가시키는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 그러므로, 터미네이터의 사용은 본 발명의 내용에서 매우 바람직하다.In the plant expression vector of the present invention, a conventional terminator may be used, for example, nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, Agrobacterium tumefaciens ( Agrobacterium) tumefaciens ) Octopine (Octopine) gene terminator and the like, but is not limited thereto. Regarding the need for terminators, it is generally known that such regions increase the certainty and efficiency of transcription in plant cells. Therefore, the use of a terminator is highly desirable in the context of the present invention.

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 진핵 세포에 형질전환시키는 경우에는 숙주세포로서, 효모(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 있다. 숙주세포는 바람직하게는 식물세포이다.When the vector of the present invention is transformed into a eukaryotic cell, as a host cell, yeast ( 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 can be used. The host cell is preferably a plant cell.

또한, 본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법, 및 유전자 밤바드먼트 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있다.In addition, the method of delivering the vector of the present invention into a host cell is a microinjection method, calcium phosphate precipitation method, electroporation method, liposome-mediated transfection method, DEAE- dextran treatment method, gene bambadment, etc., the vector is transferred to the host cell can be injected into

본 발명은 또한, 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 식물체의 뿌리털 신장 (elongation)을 증가시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for increasing root hair elongation of a plant, comprising the step of transforming a plant cell with the recombinant vector to overexpress a gene encoding a mutant IAA2 protein.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물체의 뿌리털 신장을 증가시키는 방법에 있어서, 상기 IAA2 단백질 변이체는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산이 각각 알라닌 및 세린으로 치환된 것일 수 있다.In the method of increasing root hair elongation of a plant according to an embodiment of the present invention, the IAA2 protein variant is the 17th of Arabidopsis thaliana-derived IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. and amino acid at position 66 may be substituted with alanine and serine, respectively.

상기 "유전자 과발현"이란 야생형 식물에서 발현되는 수준 이상으로 상기 유전자가 발현되도록 하는 것을 의미한다. 식물체 내로 상기 유전자를 도입하는 방법으로는 프로모터의 조절을 받는 상기 유전자가 포함된 발현 벡터를 이용하여 식물체를 형질전환하는 방법이 있다. 상기에서 프로모터로는 식물체 내에 삽입 유전자를 과발현시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The "gene overexpression" means to allow the gene to be expressed at a level higher than that expressed in a wild-type plant. As a method of introducing the gene into a plant, there is a method of transforming the plant using an expression vector containing the gene under the control of a promoter. In the above, the promoter is not particularly limited as long as it can overexpress the inserted gene in the plant.

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직배양 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 (Negrutiu et al., 1987, Plant Mol. Biol. 8:363-373), 원형질체의 전기천공법 (Shillito et al., 1985, Bio/Technol. 3:1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법 (Crossway et al.,1986, Mol. Gen. Genet. 202:179-185), 각종 식물 요소의(DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법 (Klein et al.,1987, Nature 327:70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 투머파시엔스 매개된 유전자 전이에서(비완전성) 바이러스에 의한 감염 (EP 0301316 B1) 등으로부터 적당하게 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 아그로박테리움 매개된 DNA 전달을 포함한다. 특히 바람직한 것은 EPA 120 516호 및 미국 특허 제4,940,838호에 기재된 바와 같은 소위 바이너리 벡터 기술을 이용하는 것이다.Transformation of a plant refers to any method of transferring DNA into a plant. Such transformation methods need not necessarily have a period of regeneration and/or tissue culture. Transformation of plant species is now common for plant species including both monocots as well as dicots. In principle, any transformation method can be used to introduce the hybrid DNA according to the invention into suitable progenitor cells. Methods include the calcium/polyethylene glycol method for protoplasts (Negrutiu et al., 1987, Plant Mol. Biol. 8:363-373), the electroporation of protoplasts (Shillito et al., 1985, Bio/Technol. 3:1099). -1102), microinjection into plant elements (Crossway et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202:179-185), particle bombardment of various plant elements (DNA or RNA-coated) (Klein et al) ., 1987, Nature 327:70), infection with viruses (EP 0301316 B1), etc. in Agrobacterium tumefaciens mediated gene transfer (incomplete) by infiltration of plants or transformation of mature pollen or vesicles. can be chosen A preferred method according to the present invention comprises Agrobacterium mediated DNA delivery. Particularly preferred is the use of so-called binary vector techniques as described in EPA 120 516 and US Pat. No. 4,940,838.

식물의 형질전환에 이용되는 "식물 세포"는 어떤 식물 세포도 된다. 식물 세포는 배양 세포, 배양 조직, 배양기관 또는 전체 식물이다. "식물 조직"은 분화된 또는 미분화된 식물의 조직, 예를 들면 이에 한정되진 않으나, 뿌리, 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, 조직배양 또는 세포 배양 상태일 수 있다.A "plant cell" used for transformation of a plant may be any plant cell. Plant cells are cultured cells, cultured tissues, cultured organs or whole plants. "Plant tissue" refers to a tissue of a differentiated or undifferentiated plant, such as, but not limited to, roots, stems, leaves, pollen, seeds, cancer tissues and various types of cells used in culture, ie, single cells, protoplasts. (protoplast), shoots and callus tissue. The plant tissue may be in planta or in an organ culture, tissue culture or cell culture state.

본 발명은 또한,The present invention also

상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계; 및transforming plant cells with the recombinant vector to overexpress a gene encoding a mutant IAA2 protein; and

상기 형질전환된 식물세포로부터 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는 뿌리털 신장이 증가된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.It provides a method for producing a transgenic plant having increased root hair elongation, comprising the step of re-differentiating the plant from the transformed plant cell.

본 발명의 일 구현 예에 따른 뿌리털 신장이 증가된 형질전환 식물체의 제조 방법에 있어서, 상기 IAA2 단백질 변이체는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산이 각각 알라닌 및 세린으로 치환된 것일 수 있고, 식물의 형질전환 방법 및 식물의 형질전환에 이용되는 식물 세포는 전술한 것과 같다.In the method for producing a transgenic plant with increased root hair extension according to an embodiment of the present invention, the IAA2 protein mutant is Arabidopsis thaliana-derived IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. The 17th and 66th amino acids may be substituted with alanine and serine, respectively, and the plant transformation method and plant cell used for plant transformation are the same as described above.

형질전환된 식물세포는 전식물로 재분화되어야 한다. 캘러스 또는 원형질체 배양으로부터 성숙한 식물의 재분화를 위한 기술은 수많은 여러 가지 종에 대해서 당업계에 주지되어 있다 (Handbook of Plant Cell Culture, 1-5권, 1983-1989 Momillan, N.Y.).Transformed plant cells must be redifferentiated into whole plants. Techniques for the redifferentiation of mature plants from callus or protoplast cultures are well known in the art for a number of different species (Handbook of Plant Cell Culture, Vol. 1-5, 1983-1989 Momillan, N.Y.).

본 발명은 또한, 상기 제조 방법에 의해 제조된 뿌리털 신장이 증가된 형질전환 식물체 및 이의 형질전환된 종자를 제공한다.The present invention also provides a transgenic plant with increased root hair elongation prepared by the above production method and a transformed seed thereof.

본 발명의 형질전환 식물체는 비형질전환 식물체 대비 뿌리털의 길이가 2.2배 증가되어, 수분 및 토양 흡착 능력이 우수한 것일 수 있다.The transgenic plant of the present invention may have a 2.2-fold increase in the length of the root hair compared to the non-transformed plant, thereby having excellent moisture and soil adsorption capacity.

또한, 본 발명에 따른 형질전환 식물체로는 쌍자엽 식물 또는 단자엽 식물이 될 수 있으며, 바람직하게는 쌍자엽 식물이다. 쌍자엽 식물의 예로는 이에 한정되지는 않으나, 애기장대, 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 및 완두가 있다.In addition, the transgenic plant according to the present invention may be a dicotyledonous plant or a monocotyledonous plant, preferably a dicotyledonous plant. Examples of dicotyledonous plants include, but are not limited to, Arabidopsis thaliana, eggplant, tobacco, red pepper, tomato, burdock, radish, lettuce, bellflower, spinach, chard, sweet potato, celery, carrot, water parsley, parsley, Chinese cabbage, cabbage, radish, There are watermelon, melon, cucumber pumpkin, gourd, strawberry, soybean, mung bean, kidney bean and pea.

본 발명은 또한, IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 유효성분으로 포함하는 식물체의 뿌리털 신장 증진용 조성물을 제공한다. 본 발명의 식물체의 뿌리털 신장 증진용 조성물은 유효성분으로서, 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산이 각각 알라닌 및 세린으로 치환된 IAA2 변이체 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하며, 상기 유전자를 식물체에 형질전환시킴으로써 식물체의 뿌리털 길이를 증가시킬 수 있는 것이다.The present invention also provides a composition for enhancing root hair extension of a plant comprising a gene encoding a mutant IAA2 protein as an active ingredient. The composition for enhancing root hair extension of a plant of the present invention is an active ingredient, wherein the 17th and 66th amino acids of the Arabidopsis thaliana-derived IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are alanine and serine, respectively. It contains a gene encoding the IAA2 mutant protein substituted with , and it is possible to increase the length of the root hair of a plant by transforming the gene into a plant.

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 way of Examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

재료 및 방법Materials and Methods

식물체 및 성장조건Plants and growing conditions

콜럼비아 생태형 애기장대 (Arabidopsis thaliana)는 본 발명의 모델 식물체로 사용되었다. 뿌리 형질을 정량하기 위하여 종자를 1% 수크로스, 0.5 g·L-1 MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid), 0.8% 아가로스 (Duchefa Biochemie, 네덜란드) 및 30 ㎍·mL-1의 하이그로마이신을 포함하고 pH 5.7(KOH)로 적정된 4.3 g·L-1 MS 배지 (Sigma-Aldrich, 미국)에 심었다. ProE7:YFP는 하이그로마이신 배지에서 자랄 수 있으며 뿌리털 길이 생장에 영향을 주지 않기 때문에 대조군으로 사용하였다. 유식물 뿌리의 수분흡착능력을 검증하는 실험에서는 종자를 0.3% 아가로스 배지에 심었다. 연속된 실험으로 토양에서 식물을 키울 때는 Sunshin Mix #5 (Sun Gro Horticulutre) 토양을 1 mm의 망을 이용하여 한번 걸러낸 후 이용하였다. 다른 실험들에서는 같은 토양을 망에 거르지 않고 이용하였다. 모든 종자는 발아 전 암처리하여 3일간 4℃ 냉장고에 보관한 후 이용하였다. 종자는 22℃에서 장일 조건(16시간 명/8시간 암)에서 발아시켰다. 빛 조건은 ~130 μmol·m-2·s-1으로 하였으며, 사용된 형광등은 FHF 32SS-EXD (Kumho Electric)이다. 습도는 60 ~ 65%의 상대습도 조건이며 그밖의 조건은 실험에 직접 묘사되어 있다.Columbia Ecotype Arabidopsis thaliana ( Arabidopsis thaliana ) was used as a model plant of the present invention. To quantify root traits, seeds were prepared with 1% sucrose, 0.5 g L -1 MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid), 0.8% agarose (Duchefa Biochemie, Netherlands) and 30 μg mL -1 Planted in 4.3 g·L −1 MS medium (Sigma-Aldrich, USA) containing hygromycin and titrated to pH 5.7 (KOH). ProE7:YFP was used as a control because it can grow in hygromycin medium and does not affect the growth of root hair length. In an experiment to verify the water adsorption capacity of seedling roots, seeds were planted in 0.3% agarose medium. When growing plants in soil as a continuous experiment, Sunshin Mix #5 (Sun Gro Horticulutre) soil was used after filtering it once using a 1 mm mesh. In other experiments, the same soil was used without sieving. All seeds were subjected to dark treatment before germination and stored in a refrigerator at 4°C for 3 days before use. Seeds were germinated at 22°C under long-day conditions (16 hours light/8 hours dark). The light conditions were ~130 μmol·m -2 ·s -1 , and the fluorescent lamp used was FHF 32SS-EXD (Kumho Electric). Humidity is 60 ~ 65% relative humidity conditions, other conditions are directly described in the experiment.

트렌스진 구조체transgene structure

뿌리털 특이적으로 IAA2mImⅡ를 발현시키기 위하여 ProE7을 포함하는 pCAMBIA1300 벡터가 사용되었다 (Kim et al., 2006, Plant Cell 18:2958-2970). IAA2 유전자 (AT3G23030)의 TPL-결합 도메인 I에 mI 돌연변이를 유도하기 위하여 메가 프라이머를 이용하여 증폭하였다: 5'-TGATCCCGGGGCAATGGCGTACGAGAAAGT-3' (서열번호 2) 및 5'-GGTAATCCAAGAGCTAGCTCT-3' (서열번호 3). 추가적으로 IAA2 유전자의 TPL-결합 도메인 Ⅱ에 돌연변이 유도된 유전자 서열을 획득하기 위하여 IAA2 기능획득 돌연변이 식물체의 게놈을 주형으로 하고 메가 프라이머를 이용하여 증폭하였다: mI 메가 프라이머(서열번호 2 및 서열번호 3을 이용한 PCR 증폭 산물)와 5'-CAAACCCGGGTCAGCTTCTCTGGATCATAAGG-3' (서열번호 4). 증폭 산물은 SmaI 효소를 이용하여 절단된 벡터 ProE7p13M에 삽입되었다. 실험에 사용된 다른 트랜스진은 ProE7:YFP, ProE7:RSL4, ProE7:RHS10, ProE7:axr2-1이며 (Lee and Cho., 2006, Plant Cell 18:1604-1616; Won et al., 2009, Plant Physiol. 150:1459-1473; Hwang et al., 2017, Plant Cell 29:39-53), 식물체는 야생형 백그라운드에 해당 트랜스진을 삽입하고 선별되었으며, 2세대 식물체를 이용하였다.Root hair was specifically used as a pCAMBIA1300 vector comprising a ProE7 to express the IAA2mImⅡ (Kim et al, 2006, Plant Cell 18:. 2958-2970). Amplified using mega primers to induce mI mutations in TPL-binding domain I of the IAA2 gene ( AT3G23030 ): 5'-TGATCCCGGGGCAATGGCGTACGAGAAAGT-3' (SEQ ID NO: 2) and 5'-GGTAATCCAAGAGCTAGCTCT-3' (SEQ ID NO: 3) ). Additionally, to obtain a gene sequence induced mutagenesis in the TPL-binding domain II of the IAA2 gene, the genome of an IAA2 gain-of-function mutant plant was used as a template and amplified using a mega primer: mI mega primer (SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3) PCR amplification product used) and 5'-CAAACCCGGGTCAGCTTCTCTGGATCATAAGG-3' (SEQ ID NO: 4). The amplification product was inserted into the vector ProE7p13M digested using the Sma I enzyme. Other transgenes used in the experiment were ProE7:YFP , ProE7:RSL4 , ProE7:RHS10 , and ProE7:axr2-1 (Lee and Cho., 2006, Plant Cell 18:1604-1616; Won et al ., 2009, Plant Physiol. 150:1459-1473; Hwang et al ., 2017, Plant Cell 29:39-53), plants were selected by inserting the corresponding transgene into a wild-type background, and second-generation plants were used.

뿌리털 세포 길이의 측정Measurement of root hair cell length

발아 후 3~4일 그리고 10~13일 자란 유식물 뿌리의 디지털 이미지는 입체현미경 (M20521 FA, Leica)으로 12.5x 또는 40x 배율에서 촬영하였다. 뿌리의 각 변수들은 ImageJ 1.50b 소프트웨어 (National Institutes of Health)를 이용하였다. 뿌리털 길이는 뿌리의 양 측면으로부터 총 16개의 뿌리털을, 각 측면으로부터 수직으로 돌출한 8개의 연이은 완전하게 자란 뿌리털을 측정하였다. 주뿌리의 두께는 뿌리의 세 군데에서 측정하였다. 뿌리가 발생하는 표피세포의 길이는 뿌리털이 완전히 자란 구간에서 측정하였다.Digital images of seedling roots grown 3-4 days and 10-13 days after germination were taken with a stereoscopic microscope (M20521 FA, Leica) at 12.5x or 40x magnification. For each variable of the root, ImageJ 1.50b software (National Institutes of Health) was used. The length of root hairs was measured by measuring a total of 16 root hairs from both sides of the root and 8 consecutive fully grown root hairs protruding vertically from each side. The thickness of the main root was measured at three points of the root. The length of the epidermal cells in which roots occur was measured in the section where root hairs were fully grown.

뿌리 및 뿌리털 표면적 정량Root and root hair surface area quantification

유식물과 곁뿌리가 발생한 식물체에의 뿌리 및 뿌리털 표면적을 본 발명에서 직접 정량하거나(표 2) 기존 연구자료의 사진에서 참고하였다(표 1). 뿌리와 뿌리털을 원통형으로 간주하고 표면적을 추정하였다.The surface area of roots and root hairs on seedlings and plants with side roots were directly quantified in the present invention (Table 2) or referenced from photographs of existing research data (Table 1). The root and root hairs were considered cylindrical and the surface area was estimated.

식물의 총 뿌리털 면적은 뿌리털의 길이와 지름 및 뿌리털의 총수로부터 계산되었다. 뿌리털을 제외한 뿌리의 표면적은 전체 뿌리 길이를 측정하여 결정되었고, 곁뿌리가 있는 식물의 경우 주뿌리와 곁뿌리의 총 길이를 포함하였다. 총 뿌리 표면적은 전체 뿌리털 표면적과 나머지 뿌리 표면적의 합으로서 계산되었다. 주뿌리와 곁뿌리에서 뿌리털의 밀도와 길이가 다르기 때문에, 총 뿌리 표면적을 계산할 때 주뿌리에서 뿌리털의 표면적과 곁뿌리에서 뿌리털의 표면적을 구분하여 획득한 후 합하였다. 그리고 총 뿌리 표면적에서 뿌리털의 표면적이 차지하는 비율을 계산하였다. 총 뿌리털의 수를 추정하기 위하여, 애기장대의 표피세포에서 총 8개의 뿌리털 세포가 95% 확률로 발생한다는(Song et al., 2011, Plant Physiol. 157: 1196-1208) 관찰 결과를 기초로, 뿌리털이 발생하는 뿌리 전체길이에서 뿌리털의 수를 나누어 뿌리털 밀도를 계산하였다. 이 방법은 직접 관찰에서는 보이지 않은 뿌리털을 포함하기 위하여 채택되었다. 전체 뿌리에서 뿌리털의 개수는 뿌리털 밀도와 뿌리털 전체 길이를 곱하여 계산하였다. 뿌리털 지름 두께, 주뿌리 지름 두께, 곁뿌리 지름 두께, 주뿌리 길이, 곁뿌리 길이, 뿌리 정단 길이, 뿌리털 발생하는 표피세포 길이는 본 발명의 관찰 결과(표 2)와 기존 연구된 자료를 이용하였다(표 1).The total root hair area of the plant was calculated from the length and diameter of the root hairs and the total number of root hairs. The surface area of the root excluding the root hairs was determined by measuring the total root length, and in the case of plants with side roots, the total length of the main root and side roots was included. The total root surface area was calculated as the sum of the total root hair surface area and the remaining root surface area. Since the density and length of root hairs at the main and side roots are different, when calculating the total root surface area, the surface area of the root hairs at the main root and the surface area of the root hairs at the side roots were obtained separately and then combined. And the ratio of the surface area of root hairs to the total root surface area was calculated. In order to estimate the total number of root hairs, based on the observation that a total of 8 root hair cells are generated with a 95% probability in epidermal cells of Arabidopsis thaliana (Song et al ., 2011, Plant Physiol. 157: 1196-1208), The root hair density was calculated by dividing the number of root hairs by the total length of the root where root hairs occur. This method was adopted to include root hairs that were not visible in direct observation. The number of root hairs in the total root was calculated by multiplying the root hair density by the total length of the root hairs. Root hair diameter thickness, main root diameter thickness, lateral root diameter thickness, main root length, lateral root length, root apical length, and epidermal cell length in root hairs were measured using the observation results of the present invention (Table 2) and data previously studied (Table 2). One).

물 붓기로 유도된 토양유실 실험Soil loss experiment induced by water pouring

배지에서 4일 키운 유식물을 젖은 흙이 채워진 직사각형의 상자 (가로 44 cm × 세로 30 cm × 높이 8 cm)에 옮겨 심고 이틀을 더 키웠다. 토양유실 환경을 조성하기 위하여, 상자를 30° 기울이고 물조리개를 이용하여 물을 부었다. 사용된 물조리개는 지름이 11 cm이고 1 mm 지름의 구멍이 138개 있는 노즐을 이용하였다. 2 L의 물을 133 ㎖·s-1 로 1 m 높이에서 부었다(도 6). 이 때 발생한 토양유실로 쓸려가지 않은 유식물을 생존한 것으로 간주하였다. 매 실험에서 30개의 유식물을 이용하여 반복하였다.Seedlings grown for 4 days in the medium were transferred to a rectangular box (width 44 cm × length 30 cm × height 8 cm) filled with wet soil and grown for two more days. To create a soil loss environment, the box was tilted 30° and water was poured using a water stopper. The water stopper used was a nozzle with a diameter of 11 cm and 138 holes with a diameter of 1 mm. 2 L of water was poured at a height of 1 m at 133 ml·s −1 ( FIG. 6 ). Seedlings that were not washed away due to soil loss at this time were considered to be alive. Each experiment was repeated using 30 seedlings.

토양 고착 실험Soil fixation experiment

본 발명에서 뿌리길이가 유사한 식물체들을 이용하기 위하여 배지에서 3일 키운 유식물의 뿌리를 관찰후 토양으로 옮겨 심었다. 2일 후 유식물을 토양에서 뽑고 토양이 붙어 있는 유식물 전체의 무게를 정량하였다. 고착된 토양의 무게만을 알기 위하여 유식물을 물로 씻어내고 박엽지를 이용하여 물기를 제거한 후에 유식물의 무게를 재정량하였다. 전체 무게에서 유식물의 무게를 제거한 것을 뿌리에 고착된 토양의 무게로 삼았고, 이것을 주뿌리 길이로 나누어 정규화 시켰다. In order to use plants with similar root lengths in the present invention, the roots of seedlings grown in the medium for 3 days were observed and then transplanted into the soil. After 2 days, the seedlings were removed from the soil and the weight of the whole seedlings attached to the soil was quantified. In order to know only the weight of the fixed soil, the seedlings were washed with water and dried using thin paper, and then the weight of the seedlings was re-measured. The weight of the seedlings removed from the total weight was taken as the weight of the soil fixed to the root, and this was normalized by dividing it by the length of the main root.

토양 표면에서 유식물의 생존 실험Survival experiments of seedlings on the soil surface

배지에서 5일 키운 유식물을 젖은 토양 표면 위로 옮겼다. 14일간 물을 주지 않았다가, 15일 차에 물을 공급 후 생존하는 유식물(녹색으로 보이는)의 개수를 정량하였다. 매 실험에서 40개의 유식물을 이용하여 반복하였다. The seedlings grown for 5 days in the medium were transferred to the wet soil surface. No water was given for 14 days, and the number of surviving seedlings (shown in green) after supplying water on the 15th day was quantified. Each experiment was repeated using 40 seedlings.

수분 흡착 실험moisture adsorption experiment

뿌리의 수분흡착 능력을 확인하기 위하여, 0.3% 아가 배지에서 3일 키운 유식물을 뽑은 후 마른 유리위에 올리고 15초 간격으로 뿌리 사진을 촬영하였다. 뿌리가 완전히 건조하여 물막이 사라질 때까지 뿌리를 포함한 주변의 물막의 최대 가로 길이를 정량하였다(도 7). 모든 실험은 최소 세 번 이상 독립적으로 수행되었다.In order to confirm the water adsorption capacity of the roots, seedlings grown for 3 days in 0.3% agar medium were extracted, placed on dry glass, and root photos were taken at 15 second intervals. The maximum horizontal length of the water film around the root including the root was quantified until the roots were completely dried and the water film disappeared (FIG. 7). All experiments were independently performed at least three times.

실시예 1. 성체식물과 유식물의 뿌리 표면적에서 뿌리털이 차지하는 비율 분석Example 1. Analysis of the proportion of root hairs in the root surface area of adult plants and seedlings

유식물의 뿌리는 짧은 뿌리와 뿌리털로 단순하게 구성되어 있다. 곁뿌리가 있는 성체식물과 달리 유식물 뿌리가 물리적인 측면의 기능을 수행하기 위해서는 뿌리털이 필요할 것으로 생각되기 때문에, 본 발명자들은 성체식물의 뿌리와 유식물의 뿌리에서 뿌리털이 전체 뿌리의 표면적에서 차지하는 비율을 계산하였다. 표 1에서와 같이 총 15개의 참고자료에서 뿌리털과 주뿌리, 곁뿌리에 관한 기초 데이터를 획득하였다. 발아 한지 3~5일된 유식물은 뿌리털이 전체 뿌리의 표면적에서 약 61%를 차지하였다. 발아하고 10~13일 지나서 곁뿌리가 만들어진 나이든 식물에서는 뿌리털이 전체 뿌리의 표면적에서 약 48%를 차지하였다(표 1). 이 결과는 특히 유식물에서 뿌리털이 뿌리 전체에 차지하는 비중이 높은 것을 보여주며, 이것은 아직 곁뿌리가 발달하지 않은 유식물 뿌리의 경우 뿌리털의 역할이 중요할 것을 예상할 수 있는 결과이다.The roots of seedlings are simply composed of short roots and root hairs. Unlike adult plants with side roots, it is thought that root hairs are required for seedling roots to perform physical functions. Therefore, the present inventors found that the ratio of root hairs to the total surface area of roots of adult plants and seedlings. was calculated. As shown in Table 1, basic data on root hair, main root, and side root were obtained from a total of 15 reference materials. In seedlings 3-5 days after germination, root hairs accounted for about 61% of the total root surface area. In older plants with side roots formed 10 to 13 days after germination, root hairs accounted for about 48% of the total root surface area (Table 1). This result shows that root hairs occupy a high proportion of root hairs in the whole root, especially in seedlings, and this is a result that can be expected to play an important role in the case of seedling roots that have not yet developed side roots.

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실시예 2. 뿌리털 특이적으로 서로 다른 유전자를 발현시킨 형질전환 식물체들의 뿌리털 길이 분석Example 2. Root hair length analysis of transgenic plants expressing different genes specifically for root hairs

뿌리털과 토양 고착 및 유식물 생존의 관계를 확인하기 위하여, 본 발명자들은 다섯 개의 형질전환 애기장대 식물체를 준비하였다. 이들은 애기장대 유래 유전자 EXPANSIN A7의 프로모터로 노랑형광단백질 (YFP, 대조군), RHS10 (RHS10ox), axr2-1 (axr2-1ox), RSL4 (RSL4ox), 또는 IAA2mImⅡ (IAA2mImⅡox)를 뿌리털 특이적으로 과발현시키는 형질전환 식물체이다. 대조군은 하이그로마이신 항생제 배지에서 생장할 수 있지만 야생형 식물이 배지에서 나타내는 뿌리털 길이와 크게 차이나지 않는 식물체이다. RHS10oxaxr2-1ox는 뿌리털 길이를 짧게 한다. 두 식물체에서 뿌리털은 매우 짧거나 자라지 않은 경우가 있었지만 주뿌리의 표현형에는 특별히 영향을 미치지 않았다(도 1).In order to confirm the relationship between root hairs, soil fixation, and survival of seedlings, the present inventors prepared five transgenic Arabidopsis thaliana plants. These are the promoters of the Arabidopsis-derived gene EXPANSIN A7 that specifically overexpress the yellow fluorescent protein (YFP, control), RHS10 ( RHS10ox ), axr2-1 ( axr2-1ox ), RSL4 ( RSL4ox ), or IAA2mImII ( IAA2mImIIox ). It is a transgenic plant. A control group is a plant that can grow in the hygromycin antibiotic medium but does not significantly differ from the root hair length of the wild-type plant in the medium. RHS10ox and axr2-1ox shorten the root hair length. In both plants, the root hairs were very short or did not grow, but did not particularly affect the phenotype of the main root (FIG. 1).

뿌리털 생장의 주요 단백질인 RSL4의 과발현 식물체인 RSL4ox는 대조군보다 약 20% 정도 뿌리털을 길게 하였다(도 1). IAA2mImⅡ는 TOPLESS 결합 모티프와 옥신 결합 모티프에 돌연변이가 있는 유전자로 옥신 신호에 반응하지 않고 분해되지 않는 형태의 단백질을 코딩한다. 본 발명에서 이용된 IAA2mImⅡ는 과발현 되었을 경우에 뿌리털을 약 2배 가까이 길게 하였다(도 1). 하지만 주뿌리의 길이나 두께에는 특별한 영향을 주지 않았다(도 1c).Overexpression of plant RSL4ox of the major proteins in root hair growth RSL4 was hold about 20% of root hairs than the control group (Fig. 1). IAA2mImII is a gene with mutations in the TOPLESS binding motif and the auxin binding motif, and encodes a protein that does not respond to auxin signals and is not degraded. When IAA2mImII used in the present invention was overexpressed, the root hairs were approximately twice as long ( FIG. 1 ). However, there was no particular effect on the length or thickness of the main root (Fig. 1c).

실시예 3. 토양 유실 환경에서 뿌리털 길이에 따른 유식물체 손실률 분석Example 3. Analysis of seedling loss rate according to root hair length in soil loss environment

비가 내리면 토양 입자가 떨어져 나갈 수 있고 (Uddin et al., 2015, J. Av. Civil Eng. Prac. Res 1:3-10), 이것은 갓 발아하여 뿌리 내린 유식물이 뽑혀져서 공기 중에 노출되는 상황을 만들 수도 있다. 토양 유실 환경에서 유식물의 생존률은 뿌리가 토양을 붙잡는 힘에 의존하거나 뿌리가 중력을 따라 다시 토양 속으로 들어가기 전까지 견뎌낼 수 있는 가에 달려있다.Rainfall can dislodge soil particles (Uddin et al ., 2015, J. Av. Civil Eng. Prac. Res 1:3-10), which is a situation in which freshly germinated, rooted seedlings are uprooted and exposed to the air. can also make In a soil-loss environment, the survival rate of seedlings depends on the ability of the roots to hold onto the soil or the ability of the roots to withstand gravity before re-entering the soil.

토양위에 비 내림 현상을 묘사하기 위하여 유식물이 심겨진 토양 박스를 30°기울여 놓고 물조리개를 이용하여 2L의 물을 부었다(도 2). 토양 유실 상황에서 휩쓸려가지 않고 남아있는 유식물의 수를 정량하여 토양고착률을 계산하였다. 이는 IAA2mImⅡoxRSL4ox 같이 뿌리털이 긴 유식물의 경우 각각 76% 및 64%를 나타냈다. 반면에 뿌리털이 짧은 axr2-1oxRHS10ox의 경우에는 각각 41% 및 15%의 고착률을 나타냈다(도 2). 본 발명은 뿌리털이 비내림과 같은 토양 유실상황에서 유식물의 생존을 돕는다는 것을 보여준다.In order to depict the rain falling on the soil, the soil box in which the seedlings were planted was tilted by 30° and 2L of water was poured using a water stopper (FIG. 2). The soil fixation rate was calculated by quantifying the number of seedlings remaining without being swept away in the soil loss situation. This was 76% and 64% for seedlings with long root hairs, such as IAA2mImIIox and RSL4ox, respectively. On the other hand, if the root hair is short and axr2-1ox RHS10ox has shown a fixing rate of 41% and 15% respectively (Fig. 2). The present invention shows that root hairs help the survival of seedlings in soil loss situations such as rain.

실시예 4. 뿌리털 길이에 따른 토양 고착률Example 4. Soil fixation rate according to the length of root hairs

뿌리털이 긴 식물이 보여준 높은 토양 고착률은 결국 유식물의 뿌리가 토양을 많이 붙잡을 수 있기 때문이다. 이것을 확인하기 위하여 본 발명자들은 유식물을 토양에서 뽑은 후 뿌리에 부착되어있는 토양의 무게를 직접 정량하였다. 뿌리털이 긴 식물체들은 뿌리털이 짧은 식물체들 보다 약 4~8배 정도 많은 양의 토양을 뿌리에 부착할 수 있었다(도 3a, b). 이 결과는 뿌리털이 유식물의 뿌리가 토양을 붙잡는 능력을 크게 향상시켜 줄 수 있음을 보여준다. 따라서 본 발명은 뿌리털이 뿌리의 토양 부착능력 증대시켜 유식물의 생존률을 높이는 데 기여한다는 것을 확인하였다.The high soil fixation rate shown by plants with long root hairs is because the roots of seedlings can hold a lot of soil. To confirm this, the present inventors directly quantified the weight of the soil attached to the root after the seedlings were extracted from the soil. Plants with long root hairs were able to attach about 4 to 8 times more soil to the roots than plants with short root hairs (Fig. 3a, b). These results show that root hairs can significantly improve the soil holding capacity of the roots of seedlings. Therefore, the present invention confirmed that root hairs contribute to increasing the survival rate of seedlings by increasing the soil adhesion ability of the roots.

실시예 5. 토양 표면으로 뿌리털이 노출된 환경에서 뿌리털 길이에 따른 유식물체 생존율 분석Example 5. Analysis of the survival rate of seedlings according to the length of root hairs in an environment where root hairs are exposed to the soil surface

뿌리가 공기 중에 노출되어 있으면 뿌리가 쉽게 건조되기 때문에 시간이 지날수록 유식물의 생존에 치명적일 수 있다. 뿌리털의 길이 또는 유무와 뿌리가 공기중에 노출된 유식물의 생존 관계를 확인하였다. 뿌리털 길이에 따라 부착되어있는 토양의 양이 달라지기 때문에, 먼저 배지에서 키운 유식물을 뽑아서 토양 위에 올려놓는 방식으로 진행하였다. 토양 위에 유식물을 올리고 15일이 지난 후에 살아있는 개체를 정량하였다. 본 발명에서는 뿌리털이 긴 식물체인 IAA2mImⅡoxRSL4ox의 경우 약 40% 정도 생존하였으나, 뿌리털이 짧은 axr2-1RHS10ox의 경우 약 10%의 생존률을 보였다(도 4). 이 결과는 유식물의 뿌리털이 길수록 뿌리가 노출된 건조 상황에서 생존에 유리함을 증명한다고 볼 수 있다.If the roots are exposed to the air, the roots are easily dried, which can be fatal to the survival of the seedlings over time. The relationship between the length or presence of root hairs and the survival of seedlings whose roots were exposed to air was checked. Since the amount of attached soil varies depending on the length of the root hairs, seedlings grown in the medium were first extracted and placed on the soil. Seedlings were placed on the soil and live individuals were quantified after 15 days had elapsed. In the present invention, about 40% of the plants with long root hairs, IAA2mImIIox and RSL4ox , survived, but axr2-1 and RHS10ox with short root hairs showed a survival rate of about 10% (Fig. 4). This result can be considered to prove that the longer the root hairs of seedlings, the more favorable the survival in the dry condition where the roots are exposed.

실시예 6. 뿌리털에 의한 뿌리의 수분흡착 능력 증가 분석Example 6. Analysis of increase in water adsorption capacity of roots by root hairs

노출된 유식물의 뿌리가 토양 속으로 들어가기 전 건조 환경에서 생존하기 위해서는 뿌리 주변의 수분을 오래 흡착할 수 있어야 한다. 가능한 오랜 시간 수분을 흡착할수록 생존에 유리할 것이다. 본 발명에서는 긴 뿌리털의 유식물이 짧은 뿌리털 유식물 보다 수분을 오래 흡착하고 있음을 밝혀냈다. 배지에서 뽑아낸 젖은 뿌리의 유식물을 유리 위에 올려놓고 뿌리 주변의 물로 형성된 막의 크기가 줄어드는 정도를 정량함으로써 수분흡착 능력을 점검하였다(도 5). 배지에서 뽑은 직후의 수분 흡착능력을 비교한 결과 뿌리털이 긴 유식물의 뿌리는 뿌리털이 짧은 유식물 뿌리보다 두 배 정도 수분 흡착력이 높았다(도 5b). 뿐만 아니라 뿌리털이 긴 식물체는 375~389초 정도 수분을 보유하고 있었지만, 짧은 식물체는 141~153초 정도 보유하였다.In order for the exposed roots of seedlings to survive in a dry environment before they enter the soil, they must be able to absorb moisture around the roots for a long time. The longer it absorbs moisture, the more favorable it will be for survival. In the present invention, it was found that seedlings with long root hairs adsorbed moisture longer than seedlings with short root hairs. Moisture adsorption capacity was checked by placing the seedlings of wet roots extracted from the medium on glass and quantifying the extent to which the size of the film formed with water around the roots decreased ( FIG. 5 ). As a result of comparing the water adsorption capacity immediately after extraction from the medium, the roots of the seedlings with long root hairs had twice the water adsorption power of the roots of the seedlings with short root hairs (FIG. 5b). In addition, plants with long root hairs held moisture for about 375 to 389 seconds, while plants with short root hairs held water for about 141 to 153 seconds.

전체 결과에서 뿌리털이 긴 식물체의 뿌리털이 짧은 식물체보다 토양 및 수분 흡착 능력이 우수하였으며(도 3, 도 5) 그에 따른 생존률도 높았다(도 2, 도 4). 따라서 가장 긴 뿌리털을 유도하는 IAA2mImⅡ 단백질 변형체는 여러 환경에서 유식물의 생존률 증대 효과에 도움이 될 것으로 기대된다.In the overall results, plants with long root hairs had better soil and moisture adsorption capacity than plants with short root hairs ( FIGS. 3 and 5 ), and thus the survival rate was also high ( FIGS. 2 and 4 ). Therefore, the IAA2mImII protein variant that induces the longest root hairs is expected to be helpful in increasing the survival rate of seedlings in various environments.

<110> Seoul National University R&DB Foundation <120> IAA2 mutant for controlling plant root hair growth and uses thereof <130> PN19266 <160> 5 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 174 <212> PRT <213> Arabidopsis thaliana <400> 1 Met Ala Tyr Glu Lys Val Asn Glu Leu Asn Leu Lys Asp Thr Glu Leu 1 5 10 15 Cys Leu Gly Leu Pro Gly Arg Thr Glu Glu Ile Lys Glu Glu Gln Glu 20 25 30 Val Ser Cys Val Lys Ser Asn Asn Lys Arg Gln Phe Glu Asp Thr Arg 35 40 45 Glu Glu Glu Glu Ser Thr Pro Pro Thr Lys Thr Gln Ile Val Gly Trp 50 55 60 Pro Pro Val Arg Ser Ser Arg Lys Asn Asn Asn Ser Val Ser Tyr Val 65 70 75 80 Lys Val Ser Met Asp Gly Ala Pro Tyr Leu Arg Lys Ile Asp Leu Lys 85 90 95 Thr Tyr Lys Asn Tyr Pro Glu Leu Leu Lys Ala Leu Glu Asn Met Phe 100 105 110 Lys Val Thr Ile Gly Glu Tyr Cys Glu Arg Glu Gly Tyr Lys Gly Ser 115 120 125 Gly Phe Val Pro Thr Tyr Glu Asp Lys Asp Gly Asp Trp Met Leu Val 130 135 140 Gly Asp Val Pro Trp Asp Met Phe Ser Ser Ser Cys Lys Arg Leu Arg 145 150 155 160 Ile Met Lys Gly Ser Asp Ala Pro Ala Leu Asp Ser Ser Leu 165 170 <210> 2 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 tgatcccggg gcaatggcgt acgagaaagt 30 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ggtaatccaa gagctagctc t 21 <210> 4 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 caaacccggg tcagcttctc tggatcataa gg 32 <210> 5 <211> 525 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IAA2mImII <400> 5 atggcgtacg agaaagtcaa cgagcttaac cttaaggaca cagagctagc tcttggatta 60 cccggaagaa cagagaagat caaagaagaa caagaggttt cttgcgttaa aagtaacaac 120 aagcgtctat ttgaggaaac tcgtgatgaa gaagaatcta cacctcctac caaaactcaa 180 atcgttggtt ggccatcagt gagatcttcc cgtaagaaca acaacagtgt gagctacgtg 240 aaagtgagta tggacggagc tccttacctt cgcaagatcg atctcaagac atacaaaaac 300 taccccgagc ttctcaaagc gttagagaat atgttcaaag tcatgattgg tgaatattgt 360 gagagagaag gatacaaagg atctggattt gtaccaacat acgaagataa agatggtgac 420 tggatgttgg ttggtgatgt tccatgggac atgttctctt cttcttgtaa gagactcaga 480 atcatgaagg gatccgacgc tcctgctcta gactcttcct tatga 525 <110> Seoul National University R&DB Foundation <120> IAA2 mutant for controlling plant root hair growth and uses it <130> PN19266 <160> 5 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 174 <212> PRT <213> Arabidopsis thaliana <400> 1 Met Ala Tyr Glu Lys Val Asn Glu Leu Asn Leu Lys Asp Thr Glu Leu 1 5 10 15 Cys Leu Gly Leu Pro Gly Arg Thr Glu Glu Ile Lys Glu Glu Gln Glu 20 25 30 Val Ser Cys Val Lys Ser Asn Asn Lys Arg Gln Phe Glu Asp Thr Arg 35 40 45 Glu Glu Glu Glu Ser Thr Pro Thr Lys Thr Gln Ile Val Gly Trp 50 55 60 Pro Pro Val Arg Ser Ser Arg Lys Asn Asn Asn Ser Val Ser Tyr Val 65 70 75 80 Lys Val Ser Met Asp Gly Ala Pro Tyr Leu Arg Lys Ile Asp Leu Lys 85 90 95 Thr Tyr Lys Asn Tyr Pro Glu Leu Leu Lys Ala Leu Glu Asn Met Phe 100 105 110 Lys Val Thr Ile Gly Glu Tyr Cys Glu Arg Glu Gly Tyr Lys Gly Ser 115 120 125 Gly Phe Val Pro Thr Tyr Glu Asp Lys Asp Gly Asp Trp Met Leu Val 130 135 140 Gly Asp Val Pro Trp Asp Met Phe Ser Ser Ser Cys Lys Arg Leu Arg 145 150 155 160 Ile Met Lys Gly Ser Asp Ala Pro Ala Leu Asp Ser Ser Leu 165 170 <210> 2 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 tgatcccggg gcaatggcgt acgagaaagt 30 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ggtaatccaa gagctagctc t 21 <210> 4 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 caaacccggg tcagcttctc tggatcataa gg 32 <210> 5 <211> 525 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IAA2mImII <400> 5 atggcgtacg agaaagtcaa cgagcttaac cttaaggaca cagagctagc tcttggatta 60 cccggaagaa cagagaagat caaagaagaa caagaggttt cttgcgttaa aagtaacaac 120 aagcgtctat ttgaggaaac tcgtgatgaa gaagaatcta cacctcctac caaaactcaa 180 atcgttggtt ggccatcagt gagatcttcc cgtaagaaca acaacagtgt gagctacgtg 240 aaagtgagta tggacggagc tccttacctt cgcaagatcg atctcaagac atacaaaaac 300 taccccgagc ttctcaaagc gttagagaat atgttcaaag tcatgattgg tgaatattgt 360 gagagagaag gatacaaagg atctggattt gtaccaacat acgaagataa agatggtgac 420 tggatgttgg ttggtgatgt tccatgggac atgttctctt cttcttgtaa gagactcaga 480 atcatgaagg gatccgacgc tcctgctcta gactcttcct tatga 525

Claims (9)

서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 (Arabidopsis thaliana) 유래 IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) 단백질의 17번째 및 66번째 아미노산이 각각 알라닌 (alanine, A) 및 세린 (serine, S)으로 치환된 IAA2 단백질 변이체. The 17th and 66th amino acids of the Arabidopsis thaliana derived IAA2 (Indole-3-acetic acid inducible 2) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are alanine (alanine, A) and serine (serine, S), respectively Substituted IAA2 protein variants. 제1항의 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자.A gene encoding the IAA2 protein variant of claim 1. 제2항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector comprising the gene of claim 2 . 제3항의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포.A host cell transformed with the recombinant vector of claim 3. 제3항의 재조합 벡터로 애기장대 식물세포를 형질전환시켜 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 애기장대의 뿌리털 신장 (elongation)을 증가시키는 방법.A method for increasing root hair elongation of Arabidopsis, comprising the step of transforming Arabidopsis plant cells with the recombinant vector of claim 3 to overexpress a gene encoding an IAA2 protein variant. 제3항의 재조합 벡터로 애기장대 식물세포를 형질전환시켜 IAA2 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계; 및
상기 형질전환된 애기장대 식물세포로부터 애기장대 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는 뿌리털 신장 (elongation)이 증가된 형질전환 애기장대의 제조 방법.
Transforming Arabidopsis plant cells with the recombinant vector of claim 3 to overexpress the gene encoding the IAA2 protein mutant; and
Re-differentiating Arabidopsis plants from the transformed Arabidopsis plant cells; Method for producing transgenic Arabidopsis thaliana with increased root hair elongation comprising a.
제6항의 제조 방법에 의해 제조된 뿌리털 신장 (elongation)이 증가된 형질전환 애기장대.Transgenic Arabidopsis thaliana with increased root hair elongation produced by the method of claim 6 . 제7항에 따른 애기장대의 형질전환된 종자.The transformed seed of Arabidopsis according to claim 7. 제2항의 유전자를 유효성분으로 포함하는, 애기장대의 뿌리털 신장 (elongation) 증진용 조성물.A composition for promoting root hair elongation of Arabidopsis, comprising the gene of claim 2 as an active ingredient.
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