KR102622673B1 - IAA15 mutant for increasing environmental stress tolerance of plant and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 IAA15 변이체 및 이의 용도에 관한 것으로, 본 발명의 IAA15 단백질 변이체는 환경 스트레스 조건에서 주뿌리 신장 증진 효과가 우수하므로, IAA15 단백질 변이체 코딩 유전자를 이용하면 환경 스트레스에 대해 내성을 갖는 식물체를 개발할 수 있어 농작물의 생산성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.The present invention relates to an IAA15 variant that improves the environmental stress tolerance of plants and its use. Since the IAA15 protein variant of the present invention has an excellent effect of promoting main root elongation under environmental stress conditions, the IAA15 protein variant coding gene can be used to reduce environmental stress. It is expected that the productivity of crops can be improved by developing plants that are resistant to .

Description

식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 IAA15 변이체 및 이의 용도{IAA15 mutant for increasing environmental stress tolerance of plant and uses thereof}IAA15 mutant for increasing environmental stress tolerance of plant and uses thereof}

본 발명은 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 IAA15 변이체 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to IAA15 variants that improve environmental stress tolerance in plants and their uses.

식물은 병균, 해충, 바이러스 등의 생물학적 스트레스뿐만 아니라 지구 환경의 악화에 따라 발생하는 고온, 염해, 건조, 공해, 상처, 냉해, 과다한 광조건, 오존, 과다한 UV 노출 및 삼투성 충격(osmotic shock)과 같은 각종 환경 스트레스를 받게 된다. 그 중에서, 염 스트레스는 독성 Na+ 이온의 축적, 삼투 또는 산화 스트레스의 원인이 되어 작물의 생산성 감소, 성장 저해를 유발한다. 또한, 세포 내 이온과 물 항상성(homeostasis)의 급격한 변화를 초래하여 심할 경우 식물이 죽게 된다. 수분 부족으로 인한 건조 스트레스 또한 작물의 생산성을 감소시키는 주된 요인이 된다. 식물은 이러한 염, 수분 또는 산화 스트레스에 대한 방어기작을 가지고 있어서 생육에 부적합한 환경에 처하게 되면 그들의 형태를 조절하거나 생리적 대사과정을 조절함으로써 환경에 적응하여 생존하고자 하는 경향이 있다. Plants suffer not only from biological stress such as germs, pests, and viruses, but also from high temperature, salt damage, dryness, pollution, wounds, cold damage, excessive light conditions, ozone, excessive UV exposure, and osmotic shock caused by the deterioration of the global environment. are subject to various environmental stresses. Among them, salt stress causes accumulation of toxic Na + ions and osmotic or oxidative stress, resulting in reduced productivity and growth inhibition of crops. In addition, it causes rapid changes in intracellular ion and water homeostasis, leading to plant death in severe cases. Drying stress due to lack of moisture is also a major factor in reducing crop productivity. Plants have a defense mechanism against salt, moisture, or oxidative stress, so when they are in an environment unsuitable for growth, they tend to adapt to the environment and survive by controlling their shape or physiological metabolic processes.

식물체 내 존재하는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 광범위한 세포 손상 및 광합성 억제를 일으킬 수 있다. 일반적으로 이러한 손상을 방지하기 위해 활성산소는 자체 항산화제에 의해 제거되지만, 스트레스에 의해 이러한 항산화 작용이 손상되면 식물체 내 활성산소가 축적된다. 활성산소 이외에, 환경 스트레스에 대한 식물의 반응은 복잡한 스트레스 신호 전달 단계를 조절하는 식물 호르몬에 의해 매개된다. 특히, 식물 호르몬인 앱시스산(abscisic acid, ABA)은 가뭄과 염분에 대한 식물 세포 적응의 활성화에서 중요한 조절자로 작용한다고 보고된 바 있다(Danquah et al., 2014, Biotechnol Adv. 32(1):40-52).Reactive oxygen species (ROS) present in plants can cause extensive cell damage and photosynthesis inhibition. Generally, to prevent such damage, free radicals are removed by their own antioxidants, but when this antioxidant function is damaged by stress, free radicals accumulate in the plant. In addition to free radicals, plant responses to environmental stresses are mediated by plant hormones that regulate complex stress signaling cascades. In particular, the plant hormone abscisic acid (ABA) has been reported to act as an important regulator in the activation of plant cell adaptation to drought and salinity (Danquah et al., 2014, Biotechnol Adv. 32(1): 40-52).

한편, 옥신(auxin)은 종자의 발아, 개화의 조절, 뿌리 및 줄기의 성장, 조직의 노화 등과 같은 식물의 전반적인 성장 및 발달에 관여하는 식물 생장 호르몬이다. 옥신 관련 신호전달경로는 주로 TIR1/AFB, Aux/IAA 및 ARF에 의해 조절되며 특히, 애기장대에서 IAA(indole-3-acetic acid inducible) 패밀리는 옥신에 의해 강하게 발현되는 최초의 유전자로 알려져 있다.Meanwhile, auxin is a plant growth hormone involved in the overall growth and development of plants, such as seed germination, flowering control, root and stem growth, and tissue aging. Auxin-related signaling pathways are mainly regulated by TIR1/AFB, Aux/IAA, and ARF. In particular, in Arabidopsis, the IAA (indole-3-acetic acid inducible) family is known to be the first gene to be strongly expressed by auxin.

한편, 한국등록특허 제1664943호에는 '식물의 환경 스트레스 내성을 조절하는 AtLRK10L1.2 유전자 및 이의 용도'가 개시되어 있고, 한국등록특허 제1664206호에는 '식물의 환경 스트레스 내성을 증가시키는 벼 유래의 OsWOX13 유전자 및 이의 용도'가 개시되어 있으나, 본 발명의 '식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 IAA15 변이체 및 이의 용도'에 대해서는 기재된 바가 없다.Meanwhile, Korean Patent No. 1664943 discloses 'AtLRK10L1.2 gene that regulates environmental stress tolerance of plants and its uses', and Korean Patent No. 1664206 discloses 'Rice-derived gene that increases environmental stress tolerance of plants.' Although the 'OsWOX13 gene and its use' has been disclosed, there is no description of the 'IAA15 variant that improves environmental stress tolerance in plants and its use' of the present invention.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 애기장대 유래 IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 단백질의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환된 IAA15 단백질 변이체를 제조하였고, 환경 스트레스 조건에서 상기 IAA15 단백질 변이체를 과발현하는 식물체의 주뿌리 길이가 대조군 식물체 대비 증가하는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention was developed in response to the above-mentioned needs, and the present inventors converted proline (P), the 75th amino acid of the Arabidopsis thaliana-derived IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) protein, into serine (S). A substituted IAA15 protein variant was prepared, and the present invention was completed by confirming that the main root length of plants overexpressing the IAA15 protein variant increased compared to the control plant under environmental stress conditions.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 단백질의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환된 IAA15 단백질 변이체를 제공한다. In order to solve the above problem, the present invention proposes that proline (P), the 75th amino acid of the Arabidopsis thaliana-derived IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, is serine (S). ) provides a substituted IAA15 protein variant.

또한, 본 발명은 상기 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 제공한다. Additionally, the present invention provides a gene encoding the IAA15 protein variant.

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

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다. Additionally, the present invention provides host cells transformed with the above recombinant vector.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for enhancing environmental stress tolerance of plants, comprising the step of transforming plant cells with the recombinant vector and overexpressing the gene encoding the IAA15 protein variant.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계; 및 상기 형질전환된 식물세포로부터 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는 비형질전환 식물체 대비 환경 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention includes the steps of transforming plant cells with the recombinant vector and overexpressing the gene encoding the IAA15 protein variant; and redifferentiating plants from the transformed plant cells. A method for producing a transgenic plant with improved environmental stress tolerance compared to a non-transgenic plant is provided.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법에 의해 제조된 환경 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다. In addition, the present invention provides transgenic plants with improved environmental stress tolerance and seeds thereof prepared by the above production method.

또한, 본 발명은 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 유효성분으로 포함하는 식물체의 환경 스트레스 내성 증진용 조성물을 제공한다. In addition, the present invention provides a composition for enhancing environmental stress tolerance in plants, comprising a gene encoding an IAA15 protein variant as an active ingredient.

본 발명의 IAA15 단백질 변이체는 환경 스트레스 조건에서 식물체의 주뿌리 신장 증진 효과가 우수하므로, IAA15 단백질 변이체 코딩 유전자를 이용하면 환경 스트레스에 대해 내성을 갖는 식물체를 개발할 수 있어 농작물의 생산성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.Since the IAA15 protein variant of the present invention has an excellent effect of promoting main root elongation of plants under environmental stress conditions, using the IAA15 protein variant coding gene can develop plants resistant to environmental stress, thereby improving crop productivity. It is expected that

도 1은 정상 조건에서의 야생형 IAA15 과발현 식물체(IAA15WT OX) 및 돌연변이 IAA15 과발현 식물체(IAA15P75S OX)의 IAA15 발현을 qRT-PCR(A, B) 및 웨스턴 블랏(C, D) 분석으로 확인한 결과이다. DEX는 덱사메타손이고, MG132는 단백질 분해효소 억제제이며, CBS는 Coomassie blue staining이다.
도 2는 정상 조건에서의 IAA15WT OX 및 IAA15P75S OX의 뿌리 성장을 확인한 결과로, A 및 B는 14일령의 각 식물체의 사진이고, C는 주뿌리의 길이를 측정한 결과이며, D는 곁뿌리의 수를 측정한 결과이다.
도 3은 정상 조건에서의 IAA15P75S OX의 옥신 반응성 유전자(A) 및 LBD(lateral organ boundaries domain) 유전자(B)의 발현을 qRT-PCR로 분석한 결과이다. NAA; α-naphthaleneacetic acid.
도 4는 환경 스트레스 조건(염, 건조 또는 앱시스산)에서의 IAA15P75S OX의 주뿌리의 길이를 측정한 결과이다. MOCK은 아무 처리도 하지 않은 대조군이고, NaCl은 염 스트레스 상태를 유도하는 염화나트륨이고, mannitol은 건조 스트레스 상태를 유도하는 만니톨이며, ABA는 앱시스산(abscisic acid)이다.
Figure 1 shows the results of confirming IAA15 expression in wild-type IAA15 overexpressing plants (IAA15 WT OX) and mutant IAA15 overexpressing plants (IAA15 P75S OX) under normal conditions by qRT-PCR (A, B) and Western blot (C, D) analysis. am. DEX is dexamethasone, MG132 is a protease inhibitor, and CBS is Coomassie blue staining.
Figure 2 shows the results of confirming the root growth of IAA15 WT OX and IAA15 P75S OX under normal conditions. A and B are photographs of each plant at 14 days of age, C is the result of measuring the length of the main root, and D is the lateral root. This is the result of measuring the number of .
Figure 3 shows the results of qRT-PCR analysis of the expression of the auxin response gene (A) and the lateral organ boundary domain (LBD) gene (B) of IAA15 P75S OX under normal conditions. NAA; α-naphthaleneacetic acid.
Figure 4 shows the results of measuring the length of the main root of IAA15 P75S OX under environmental stress conditions (salt, dryness, or abscisic acid). MOCK is a control group without any treatment, NaCl is sodium chloride that induces a salt stress state, mannitol is mannitol that induces a dry stress state, and ABA is abscisic acid.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 단백질의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환된 IAA15 단백질 변이체를 제공한다. In order to achieve the object of the present invention, the present invention is a method in which proline (P), the 75th amino acid of the Arabidopsis thaliana-derived IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, is serine (serine). , S) provides a substituted IAA15 protein variant.

본 발명에 따른 IAA15 단백질 변이체는 형질전환된 식물체에서 과발현될 때, 환경 스트레스 조건에서 식물체의 주뿌리의 길이를 증가시킬 수 있다. When the IAA15 protein variant according to the present invention is overexpressed in a transformed plant, it can increase the length of the main root of the plant under environmental stress conditions.

본 발명은 또한, 상기 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자 또는 폴리뉴클레오티드를 제공한다. 본 명세서에서 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 '유전자'는 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 '폴리뉴클레오티드'와 상호교환하여 사용할 수 있다. The present invention also provides a gene or polynucleotide encoding the IAA15 protein variant. In the present specification, 'gene' encoding an IAA15 protein variant can be used interchangeably with 'polynucleotide' encoding an IAA15 protein variant.

본 발명에 따른 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자의 범위는, 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 야생형 IAA 단백질의 서열에서, 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환될 수 있도록, 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 IAA15 protein variant according to the present invention is that in the sequence of the wild-type IAA protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the 75th amino acid, proline (P), is replaced with serine (S). To this end, the coding base for proline may be substituted with the coding base for serine (TCT, TCC, TCA or TCG), but is not limited thereto.

본 발명의 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The gene encoding the IAA15 protein variant of the present invention may be composed of the base sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 발명은 또한, 상기 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector containing a gene encoding the IAA15 protein variant.

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.As used herein, the term “recombinant” refers to a cell that replicates a heterologous nucleic acid, expresses a heterologous 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 that are not found in the natural form of the cell, either in sense or antisense form. Additionally, recombinant cells can express genes found in cells in their natural state, but the genes have been modified and reintroduced into the 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.The term “vector” in the present invention is used to refer to DNA fragment(s) or nucleic acid molecules that are delivered into cells. Vectors replicate DNA and can reproduce independently in host cells. The term “vector” is often used interchangeably with “vector”. The term “expression vector” refers to a recombinant DNA molecule containing a coding sequence of interest and an appropriate nucleic acid sequence necessary to express the operably linked coding sequence in a particular host organism. The promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotic cells 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 the Ti-plasmid vector, which is capable of transferring part of itself, the so-called T-DNA region, into plant cells 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 integrate the hybrid DNA into the plant's genome. A particularly preferred form of Ti-plasmid vectors are the so-called binary vectors 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 include viral vectors, such as those that may be derived from double-stranded plant viruses (e.g., CaMV) and single-stranded viruses, geminiviruses, etc. For example, it may be selected from non-intact plant virus vectors. The use of such vectors can be particularly advantageous when it is difficult to properly transform plant hosts.

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 include one or more selectable markers. The marker is a nucleic acid sequence that has characteristics that can be generally selected by chemical methods, and includes all genes that can distinguish transformed cells from non-transformed cells. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate, phosphinothricin and glufosinate, kanamycin, G418, bleomycin, hygromycin, There are antibiotic resistance genes such as chloramphenicol, but it is not limited to this.

본 발명의 식물 발현 벡터에서, 프로모터는 덱사메타손 유도성(dexamethasone-inducible) 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 dexamethasone-inducible promoter, but is not limited thereto. The term "promoter" refers to the region of DNA upstream from a structural gene and refers to the DNA molecule to which RNA polymerase binds to initiate transcription. A “plant promoter” is a promoter capable of initiating transcription in plant cells. In the plant expression vector of the present invention, in addition to the above promoter, a constitutive promoter can also be used in the present invention because selection of transformants can be accomplished at various stages and by various tissues. A “constitutive promoter” is a promoter that is active under most environmental conditions and developmental states or cell differentiation. The constitutive promoter may be, but is not limited to, CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS or histone promoter, and does not limit the selection possibilities.

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, common terminators can be used, examples of which include nopaline synthase (NOS), rice α-amylase RAmy1 A terminator, phaseoline terminator, Agrobacterium tumefaciens tumefaciens ) terminator of the Octopine gene, but is not limited thereto. Regarding the necessity of terminators, it is generally known that such regions increase the certainty and efficiency of transcription in plant cells. Therefore, the use of terminators is highly preferred in the context of the present invention.

본 발명은 또한, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다.The present invention also provides host cells transformed with the above 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 transforming the vector of the present invention into eukaryotic cells, yeast ( Saccharomyce cerevisiae ), insect cells, human cells (e.g., CHO cell line (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2) are used as host cells. , 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 transporting the vector of the present invention into a host cell involves transferring the vector into the host cell by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, and gene bombardment. It can be injected internally.

본 발명은 또한, 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for enhancing environmental stress tolerance of plants, comprising the step of transforming plant cells with the recombinant vector and overexpressing the gene encoding the IAA15 protein variant.

본 발명의 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 방법에 있어서, 상기 환경 스트레스는 염, 건조 또는 앱시스산에 의한 스트레스일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the method of improving environmental stress tolerance of plants of the present invention, the environmental stress may be stress caused by salt, drying, or abscisic acid, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 방법에 있어서, 상기 스트레스 내성은 스트레스 조건에서 IAA15 단백질 변이체 코딩 유전자가 과발현되면 주뿌리의 길이를 증가시킴으로써 생육 발달이 유도되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the method of improving the environmental stress tolerance of plants according to an embodiment of the present invention, the stress tolerance may be induced by increasing the length of the main root when the IAA15 protein variant coding gene is overexpressed under stress conditions, thereby inducing growth and development. , but is not limited to this.

또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 방법에 있어서, 상기 IAA15 단백질 변이체는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 단백질의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환된 것일 수 있다. In addition, in the method of improving environmental stress tolerance of plants according to an embodiment of the present invention, the IAA15 protein variant is an Arabidopsis thaliana-derived IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. The 75th amino acid, proline (P), may have been replaced with serine (S).

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 term “gene overexpression” means causing the gene to be expressed above the level expressed in wild-type plants. A method of introducing the gene into a plant includes 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.Plant transformation refers to any method of transferring DNA to a plant. Such transformation methods do not necessarily require a regeneration and/or tissue culture period. 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), electroporation of protoplasts (Shillito et al., 1985, Bio/Technol. 3:1099) -1102), microinjection method into plant elements (Crossway et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202:179-185), particle bombardment method (DNA or RNA-coated) of various plant elements (Klein et al. .,1987, Nature 327:70), suitable for infection by viruses (EP 0301316 B1), in Agrobacterium tumefaciens-mediated gene transfer by invasion of plants or transformation of mature pollen or spores (incomplete), etc. can be selected. A preferred method according to the invention involves Agrobacterium mediated DNA transfer. Particularly preferred is the use of so-called binary vector technology as described in EPA 120 516 and US Pat. No. 4,940,838.

식물의 형질전환에 이용되는 "식물세포"는 어떤 식물세포도 된다. 식물세포는 배양세포, 배양조직, 배양기관 또는 전체 식물이다. "식물조직"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 단일세포, 원형질체(protoplast), 싹 및 캘러스 조직을 포함한다. 식물조직은 인 플란타(in planta)이거나 기관 배양, 조직 배양 또는 세포 배양 상태일 수 있다.The “plant cell” used for plant transformation can be any plant cell. Plant cells are cultured cells, cultured tissues, cultured organs, or whole plants. “Plant tissue” refers to differentiated or undifferentiated plant tissues, such as, but not limited to, roots, stems, leaves, pollen, seeds, cancer tissues, and various types of cells used in culture, such as single cells and protoplasts. (protoplast), shoot and callus tissue. Plant tissue may be in planta or in organ culture, tissue culture, or cell culture.

본 발명은 또한, The present invention also,

상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계; 및Transforming plant cells with the recombinant vector to overexpress the gene encoding the IAA15 protein variant; and

상기 형질전환된 식물세포로부터 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는 비형질전환 식물체 대비 환경 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다. It provides a method for producing a transgenic plant with improved environmental stress tolerance compared to a non-transgenic plant, comprising the step of redifferentiating the plant from the transformed plant cell.

본 발명의 일 구현 예에 따른 환경 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법에 있어서, 상기 IAA15 단백질 변이체는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 단백질의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 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 improved environmental stress tolerance according to an embodiment of the present invention, the IAA15 protein variant is Arabidopsis-derived IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Proline (P), the 75th amino acid of the protein, may be substituted with serine (S), and the plant transformation method and plant cells 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 redifferentiation of mature plants from callus or protoplast cultures are well known in the art for many different species (Handbook of Plant Cell Culture, Volumes 1-5, 1983-1989 Momillan, N.Y.).

본 발명은 또한, 상기 제조 방법에 의해 제조된 환경 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 형질전환된 종자를 제공한다.The present invention also provides a transgenic plant with improved environmental stress tolerance prepared by the above production method and a transformed seed thereof.

본 발명의 형질전환 식물체는 환경 스트레스 조건에서 주뿌리의 길이가 대조구 대비 10 내지 40% 증가되는 것일 수 있다. The length of the main root of the transgenic plant of the present invention may be increased by 10 to 40% compared to the control under environmental stress conditions.

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.Additionally, the transgenic plant according to the present invention may be a dicotyledonous plant or a monocotyledonous plant, and is preferably a dicotyledonous plant. Examples of dicotyledonous plants include, but are not limited to, Arabidopsis thaliana, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, mugwort, lettuce, bellflower root, spinach, Swiss chard, sweet potato, celery, carrot, water parsley, parsley, Chinese cabbage, cabbage, leaf radish, These include watermelon, melon, cucumber, pumpkin, gourd, strawberry, soybean, mung bean, kidney bean and pea.

본 발명은 또한, IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 유효성분으로 포함하는 식물체의 환경 스트레스 내성 증진용 조성물을 제공한다. The present invention also provides a composition for enhancing environmental stress tolerance in plants, comprising a gene encoding an IAA15 protein variant as an active ingredient.

본 발명의 식물체의 환경 스트레스 내성 증진용 조성물은 유효성분으로서, 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 단백질의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환된 IAA15 변이체 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하며, 상기 유전자를 식물체에 형질전환시킴으로써 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시킬 수 있는 것이다. The composition for improving environmental stress resistance of plants of the present invention contains, as an active ingredient, proline (P), the 75th amino acid of the IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) protein derived from Arabidopsis thaliana, which consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. It contains a gene encoding an IAA15 mutant protein substituted with serine (S), and by transforming the gene into a plant, environmental stress tolerance of the plant can be improved.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명은 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 only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

재료 및 방법Materials and Methods

1. 식물체 및 재배조건1. Plants and cultivation conditions

애기장대(Arabidopsis thaliana, Columbia-0 생태형)의 종자를 70%(v/v) 에탄올에 1분 동안 담그고, 1/10로 희석한 일반 락스(0.4% 차아염소산소다)에 10분 동안 담가 표면 살균한 후, 멸균수로 3번 세척하였다. 표면 살균된 종자를 2%(w/v) 수크로스와 0.8%(w/v) 아가가 포함된 1/2 MS(Murashige and Skoog) 고체 배지에 심고 4℃, 3일 동안 암조건으로 배양한 후, 22℃ 성장 챔버에서 16시간 명/8시간 암주기로 배양하였다. 10~12일령 유묘를 토양으로 옮겨 심고, 상기와 동일한 조건으로 배양하였다. 이후, 14일령 유묘에서 IAA15 발현 및 뿌리 성장 분석을 위하여 50 μM 덱사메타손(dexamethasone)이 포함된 MS 배지에서 24시간 동안 배양하였고, 옥신 반응성 유전자 및 LBD(lateral organ boundaries domain) 유전자 발현 분석을 위하여 10 μM NAA(α-naphthaleneacetic acid) 및 50 μM 덱사메타손이 포함된 MS 배지에서 24시간 동안 배양하였다. 또한, 스트레스 조건에서의 뿌리 성장 분석을 위하여 50 μM 덱사메타손이 포함된 MS 배지에 염화나트륨(50 또는 100 mM), 만니톨(200 또는 300 mM) 또는 앱시스산(0.1 또는 0.2 μM)을 첨가하고 14일 동안 발아를 유도하며 배양하였다. Soak seeds of Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana, Columbia-0 ecotype) in 70% (v/v) ethanol for 1 minute and sterilize the surface by soaking them in general bleach (0.4% sodium hypochlorite) diluted 1/10 for 10 minutes. After that, it was washed three times with sterilized water. Surface-sterilized seeds were planted on 1/2 MS (Murashige and Skoog) solid medium containing 2% (w/v) sucrose and 0.8% (w/v) agar and cultured under dark conditions at 4°C for 3 days. Afterwards, the cells were cultured in a 22°C growth chamber under a 16-hour light/8-hour dark cycle. Seedlings that were 10 to 12 days old were transplanted into soil and cultured under the same conditions as above. Afterwards, 14-day-old seedlings were cultured for 24 hours in MS medium containing 50 μM dexamethasone to analyze IAA15 expression and root growth, and 10 μM to analyze auxin-responsive gene and LBD (lateral organ boundary domain) gene expression. The cells were cultured for 24 hours in MS medium containing NAA (α-naphthaleneacetic acid) and 50 μM dexamethasone. Additionally, for root growth analysis under stress conditions, sodium chloride (50 or 100 mM), mannitol (200 or 300 mM), or abscisic acid (0.1 or 0.2 μM) was added to MS medium containing 50 μM dexamethasone and incubated for 14 days. Germination was induced and cultured.

2. IAA152. IAA15 돌연변이 식물체 제조Mutant plant production

IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 돌연변이 식물체를 제조하기 위하여 애기장대 유묘의 cDNA로부터 하기 표 1의 프라이머를 이용하여 IAA15 유전자를 증폭하여 T-blunt 벡터(Solgent, Korea)에 클로닝하였다. IAA15 도메인 Ⅱ의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환되는 특정 부위 돌연변이를 유도하기 위하여 하기 표 1의 프라이머 및 QuikChange Site-directed Mutagenesis Kit(Stratagene, USA)를 이용하였다. IAA15의 변이가 유도되지 않은 IAA15WT과 IAA15의 돌연변이가 유도된 IAA15P75S를 3XFLAG가 포함된 pBlueScript Ⅱ KS(+) 벡터의 BamHI 및 SpeI 부위 사이에 삽입하여 3XFLAG-IAA15WT 및 3XFLAG-IAA15P75S를 제조하였고, 이를 덱사메타손(dexamethasone) 유도성 35S 프로모터를 포함하는 pTA7002 바이너리 벡터(Aoyama and Chua, 1997, Plant J. 11(3):605-612)에 클로닝하였다.To prepare IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) mutant plants, the IAA15 gene was amplified from the cDNA of Arabidopsis seedlings using the primers shown in Table 1 below and cloned into a T-blunt vector (Solgent, Korea). To induce a specific site mutation in which proline (P), the 75th amino acid of IAA15 domain II, is replaced with serine (S), the primers in Table 1 below and the QuikChange Site-directed Mutagenesis Kit (Stratagene, USA) are used. did. IAA15 WT without IAA15 mutation and IAA15 P75S with IAA15 mutation were inserted between the BamH I and Spe I sites of the pBlueScript II KS(+) vector containing 3XFLAG, creating 3XFLAG-IAA15 WT and 3XFLAG-IAA15 P75S . was prepared and cloned into the pTA7002 binary vector (Aoyama and Chua, 1997, Plant J. 11(3):605-612) containing the dexamethasone-inducible 35S promoter.

프라이머 정보Primer Information 용도Usage 프라이머 서열(5'-3')Primer sequence (5'-3') 서열번호sequence number
돌연변이
식물체
제조용

mutation
plant body
For manufacturing
IAA15 증폭IAA15 amplification F: GGATCCATGTCACCGGAGGAATACGTF: GGATCCATGTCACCGGAGGAATACGT 33
R: ACTAGTTCACTTACATATTGTTATTAR: ACTAGTTCACTTACATATTGTTATTA 44 IAA15P75S 유도IAA15 P75S induction F: GTGGGCTGGTCGCCGGTAGCGACAGCGAGG F: GTGGGCTGGTCGCCGGTAGCGACAGCGAGG 55 R: CGCTACCGGCGACCAGCCCACCAACTGGTCR: CGCTACCGGCGACCAGCCCACCAACTGGTC 66






qRT-PCR
분석용







qRT-PCR
For analysis
IAA5IAA5 F: AAGAGTCAAGTTGTGGGTTGGCF: AAGAGTCAAGTTGTGGGTTGGGC 77
R: AATGCAGCTCCATCTACACTCACTR: AATGCAGCTCCATCTACACTCACT 88 IAA14IAA14 F: GAATTCATGAACCTTAAGGAGACGGAF: GAATTCATGAACCTTAAGGAGACGGA 99 R: CCCGGGTGATCTGTTCTTGAACTTCTR: CCCGGGTGATCTGTTCTTGAACTTCT 1010 GH3.3GH3.3 F: ATGGAGGAGTCGTTGAACTCTGTGF: ATGGAGGAGTCGTTGAACTCTGTG 1111 R: AAGCTCCATTATTGGCGTGAAACTCR: AAGCTCCATTATTGGCGTGAAAACTC 1212 SAUR10SAUR10 F: CGAAGTCGGTACATCGTTCCTATCF: CGAAGTCGGTACATCGTTCCTATC 1313 R: CATGGAGATAAGAGACCTGAAGAAGAR: CATGGAGATAAGAGACCTGAAGAAGA 1414 LBD16LBD16 F: GAGAGACTCATCATCAAACCF:GAGAGACTCATCATCAAACC 1515 R: CTAAGAGCCAAAGCCTGAAGR: CTAAGAGCCAAAGCCTGAAG 1616 LBD29LBD29 F: AAGTTCTGGGACGGTTCAACF: AAGTTCTGGGACGGTTCAAC 1717 R: GCTGATTGAAGCTCTTTGAGR: GCTGATTGAAGCTCTTTGAG 1818 LBD33LBD33 F: ACCAATTTCGTCGACGAGAGF: ACCAATTTCGTCGACGAGAG 1919 R: TCCATGTTCTGGAGCCATTGR: TCCATGTTCTGGAGCCATTG 2020 TubulinTubulin F: CCAACAACGTGAAATCGACAGF: CCAACAACGTGAAATCGACAG 2121 R: TCTTGGTATTGCTGGTACTCTR: TCTTGGTATTGCTGGTACTCT 2222

상기 재조합 벡터를 아그로박테리움 GV3101(pMP90)을 이용한 방법(Clough 등. 1998, Plant J. 16:735-743)으로 야생형 애기장대로 형질전환하고 선별하였으며, 3세대 식물체를 이후 실험에 이용하였다. The recombinant vector was transformed and selected into wild-type Arabidopsis by a method using Agrobacterium GV3101 (pMP90) (Clough et al. 1998, Plant J. 16:735-743), and third-generation plants were used for subsequent experiments.

3. qRT-PCR 3. qRT-PCR

14일령 애기장대 식물체로부터 RNA purification kit(Macherey-Nagel, Germany)를 이용하여 총 RNA를 추출하고 SuperScript II RNase-Reverse Transcriptase(Invitrogen, USA)를 이용하여 cDNA를 합성하였다. 이후, 상기 표 1의 프라이머를 이용하여 CFX384 Real-Time System(Bio-Rad, USA)으로 PCR 분석을 수행하였다: 94℃에서 5분, 94℃에서 30초(45 사이클), 72℃에서 40초, 55℃에서 사이클당 0.5℃씩 증가(90 사이클), 72℃에서 10분.Total RNA was extracted from 14-day-old Arabidopsis plants using an RNA purification kit (Macherey-Nagel, Germany), and cDNA was synthesized using SuperScript II RNase-Reverse Transcriptase (Invitrogen, USA). Afterwards, PCR analysis was performed with the CFX384 Real-Time System (Bio-Rad, USA) using the primers in Table 1 above: 5 minutes at 94°C, 30 seconds (45 cycles) at 94°C, 40 seconds at 72°C. , 55°C in increments of 0.5°C per cycle (90 cycles), 10 minutes at 72°C.

4. 웨스턴 블랏4. Western blot

식물체를 액체질소에 담가 조직을 분쇄하고 단백질 추출 버퍼(50 mM HEPES, pH 7.5, 5 mM EDTA, 5 mM EGTA, 1 mM Na3VO4, 25 mM NaF, 50 mM-glycerophosphate, 2 mM DTT, 2 mM PMSF, 5% glycerol, 1% Triton X-100 및 단백질 분해효소 억제제)를 이용하여 단백질을 추출하였다. 이후, 12,000g에서 10분 동안 원심분리하여 얻은 상층액을 이용하여 Bio-Rad Protein Assay kit(Bio-Rad)로 정량한 후, 50 ㎍의 단백질로 웨스턴 블랏을 수행하였다. 1차 항체로는 anti-Flag 항체(1:5,000, Sigma, USA)를 이용하였고, 2차 항체로는 HRP-anti-mouse 항체(1:5,000, Sigma, USA)를 이용하였다. The plant was immersed in liquid nitrogen, the tissue was pulverized, and the protein extraction buffer (50mM HEPES, pH 7.5, 5mM EDTA, 5mM EGTA, 1mM Na 3 VO4 , 25mM NaF, 50mM-glycerophosphate, 2mM DTT, 2mM Proteins were extracted using (mM PMSF, 5% glycerol, 1% Triton X-100, and protease inhibitor). Afterwards, the supernatant obtained by centrifugation at 12,000 g for 10 minutes was quantified using the Bio-Rad Protein Assay kit (Bio-Rad), and then Western blot was performed with 50 μg of protein. Anti-Flag antibody (1:5,000, Sigma, USA) was used as the primary antibody, and HRP-anti-mouse antibody (1:5,000, Sigma, USA) was used as the secondary antibody.

실시예 1. 정상 조건에서의 IAA15 발현 분석Example 1. IAA15 expression analysis under normal conditions

덱사메타손 유도성 프로모터에 의해 발현이 조절되는 야생형 IAA15 과발현 식물체(IAA15WT OX) 및 돌연변이 IAA15 과발현 식물체(IAA15P75S OX)의 IAA15 발현을 전사체 및 단백질 수준에서 분석하였다. The expression of IAA15 in wild-type IAA15 overexpressing plants (IAA15 WT OX) and mutant IAA15 overexpressing plants (IAA15 P75S OX), whose expression is regulated by a dexamethasone inducible promoter, was analyzed at the transcript and protein levels.

IAA15WT OX 및 IAA15P75S OX에서 분리한 총 RNA를 이용하여 IAA15에 대한 qRT-PCR 분석을 수행한 결과, 덱사메타손을 처리하였을 때의 IAA15WT OX 및 IAA15P75S OX의 IAA15 전사체 발현양이 덱사메타손을 처리하지 않았을 때보다 유의성있게 증가하는 것을 확인하였다(도 1A, B).As a result of performing qRT-PCR analysis for IAA15 using total RNA isolated from IAA15 WT OX and IAA15 P75S OX, the expression level of IAA15 transcript in IAA15 WT OX and IAA15 P75S OX when treated with dexamethasone was found to be It was confirmed that there was a significant increase compared to when it was not done (Figure 1A, B).

IAA15WT OX에서 분리한 단백질을 이용하여 IAA15에 대한 웨스턴 블랏을 수행한 결과, IAA15WT OX는 MG132(단백질 분해효소 억제제)를 처리하지 않았을 때는 IAA15 단백질이 검출되지 않지만, MG132를 처리했을 때는 IAA15 단백질이 검출되었으며, 덱사메타손 처리에 의해 발현이 유도된 IAA15 단백질이 단백질 분해효소에 의해 분해되는 것을 알 수 있었다(도 1C). 반면, IAA15P75S OX에서 분리한 단백질을 이용하여 IAA15에 대한 웨스턴 블랏을 수행한 결과, IAA15P75S OX는 덱사메타손 처리에 의해 IAA15 단백질이 발현이 유도되며, MG132 처리 유무에 상관없이 IAA15 단백질이 식물체 내 존재하는 것을 확인하였다(도 1D).As a result of performing Western blot on IAA15 using protein isolated from IAA15 WT OX, IAA15 protein was not detected in IAA15 WT OX when it was not treated with MG132 (a protease inhibitor), but when it was treated with MG132, IAA15 protein was detected. was detected, and it was found that the IAA15 protein, the expression of which was induced by dexamethasone treatment, was degraded by proteolytic enzymes (Figure 1C). On the other hand, as a result of performing a Western blot on IAA15 using the protein isolated from IAA15 P75S OX, the expression of IAA15 protein was induced in IAA15 P75S OX by dexamethasone treatment, and IAA15 protein was present in the plant regardless of the presence or absence of MG132 treatment. It was confirmed that (Figure 1D).

상기 결과를 바탕으로, 정상 조건에서 IAA15WT OX 식물체에 비해 IAA15P75S OX 식물체에서 IAA15 단백질이 안정화되어 축적됨을 알 수 있었다. Based on the above results, it was found that IAA15 protein was stabilized and accumulated in IAA15 P75S OX plants compared to IAA15 WT OX plants under normal conditions.

실시예 2. 정상 조건에서의 IAA15Example 2. IAA15 under normal conditions WT WT OX 및 IAA15OX and IAA15 P75S P75S OX의 뿌리 성장 분석Root growth assay in OX

야생형(WT), IAA15WT OX 및 IAA15P75S OX에 덱사메타손을 각각 처리한 후, 뿌리 성장을 관찰한 결과, 덱사메타손을 처리하지 않았을 때는 야생형(WT), IAA15WT OX 및 IAA15P75S OX의 주뿌리 길이 및 곁뿌리 수에 차이가 없는 것을 확인하였다. 그러나, 덱사메타손을 처리하였을 때는 IAA15P75S OX의 주뿌리 길이 및 곁뿌리 수는 야생형(WT) 또는 IAA15WT OX보다 현저하게 감소한 것을 확인하였다. 특히, 덱사메타손을 처리한 경우, IAA15P75S OX의 주뿌리 길이 및 곁뿌리 수는 야생형(WT) 대비 각각 40% 및 90% 감소한 것을 확인하였다(도 2). After treating wild type (WT), IAA15 WT OX and IAA15 P75S OX with dexamethasone, root growth was observed. When dexamethasone was not treated, the main root length of wild type (WT), IAA15 WT OX and IAA15 P75S OX and It was confirmed that there was no difference in the number of lateral roots. However, when treated with dexamethasone, the main root length and number of lateral roots of IAA15 P75S OX were confirmed to be significantly reduced compared to wild type (WT) or IAA15 WT OX. In particular, when treated with dexamethasone, the main root length and number of lateral roots of IAA15 P75S OX were confirmed to be reduced by 40% and 90%, respectively, compared to the wild type (WT) (Figure 2).

상기 결과를 바탕으로, 정상 조건에서 IAA15P75S OX 식물체는 덱사메타손 처리에 의해 주뿌리 및 곁뿌리 발달이 감소하는 것을 알 수 있었다. Based on the above results, it was found that under normal conditions, main root and lateral root development of IAA15 P75S OX plants was reduced by dexamethasone treatment.

실시예 3. 정상 조건에서의 옥신 반응성 유전자 및 Example 3. Auxin-responsive genes under normal conditions and LBDLBD 유전자 발현 분석 Gene expression analysis

IAA15P75S OX에서 분리한 총 RNA를 이용하여 옥신 반응성 유전자(IAA5, IAA14, GH3.3SAUR10) 및 곁뿌리 발달에 관여하는 LBD 유전자(LBD16, LBD29LBD33)에 대한 qRT-PCR 분석을 수행하였다.Total RNA isolated from IAA15 P75S OX was used to perform qRT-PCR analysis for auxin-responsive genes ( IAA5 , IAA14 , GH3.3 , and SAUR10 ) and LBD genes ( LBD16 , LBD29 , and LBD33 ) involved in lateral root development.

그 결과, 합성 옥신인 NAA를 처리하지 않았을 때는 덱사메타손 처리 유무에 상관없이 옥신 반응성 유전자 및 LBD 유전자의 발현양에 변화가 거의 없는 반면, NAA를 처리하였을 때는 덱사메타손 처리에 의해 옥신 반응성 유전자 및 LBD 유전자의 발현이 현저하게 감소한 것을 확인하였다(도 3).As a result, when NAA, a synthetic auxin, was not treated, there was little change in the expression levels of the auxin-responsive genes and LBD genes regardless of the presence or absence of dexamethasone treatment, whereas when NAA was treated, the expression levels of the auxin-responsive genes and LBD genes were increased by dexamethasone treatment. It was confirmed that expression was significantly reduced (Figure 3).

상기 결과를 바탕으로, 정상 조건에서 IAA15P75S OX 식물체는 덱사메타손 처리에 의해 옥신 반응성 유전자 및 LBD 유전자의 발현이 저해되는 것을 알 수 있었다. Based on the above results, it was found that under normal conditions, the expression of auxin-responsive genes and LBD genes in IAA15 P75S OX plants was inhibited by dexamethasone treatment.

실시예 4. 환경 스트레스 조건에서의 뿌리 성장 분석Example 4. Root growth analysis under environmental stress conditions

IAA15P75S OX에 염화나트륨, 만니톨 또는 앱시스산을 처리하여 다양한 환경 스트레스를 유도한 후, 주뿌리 길이를 각각 측정하였다.IAA15 P75S OX was treated with sodium chloride, mannitol, or abscisic acid to induce various environmental stresses, and then the main root length was measured.

그 결과, 스트레스를 유도하지 않은 IAA15P75S OX(MOCK) 조건에서는 덱사메타손 처리 유무에 상관없이 주뿌리 길이의 변화가 없었으나, 각 스트레스 조건에서 덱사메타손을 처리하지 않은 IAA15P75S OX보다 덱사메타손을 처리한 IAA15P75S OX의 주뿌리 길이가 유의적으로 증가한 것을 확인하였다(도 4).As a result, in the IAA15 P75S OX (MOCK) condition, which did not induce stress, there was no change in main root length regardless of the presence or absence of dexamethasone treatment, but in each stress condition, IAA15 P75S treated with dexamethasone was longer than IAA15 P75S OX, which was not treated with dexamethasone. It was confirmed that the main root length of OX significantly increased (Figure 4).

상기 결과를 바탕으로, 환경 스트레스 조건에서 IAA15P75S OX 식물체는 덱사메타손 처리에 의해 주뿌리 길이를 증가시킴으로써, 생육 발달이 유도되어 환경 스트레스 내성을 가질 수 있음을 알 수 있었다.Based on the above results, it was found that under environmental stress conditions, IAA15 P75S OX plants can have environmental stress tolerance by inducing growth and development by increasing the main root length by dexamethasone treatment.

<110> INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION GYEONGSANG NATIONAL UNIVERSITY <120> IAA15 mutant for increasing environmental stress tolerance of plant and uses thereof <130> PN21155 <160> 22 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 179 <212> PRT <213> Arabidopsis thaliana <400> 1 Met Ser Pro Glu Glu Tyr Val Arg Val Trp Pro Asp Ser Gly Asp Leu 1 5 10 15 Gly Gly Thr Glu Leu Thr Leu Ala Leu Pro Gly Thr Pro Thr Asn Ala 20 25 30 Ser Glu Gly Pro Lys Lys Phe Gly Asn Lys Arg Arg Phe Leu Glu Thr 35 40 45 Val Asp Leu Lys Leu Gly Glu Ala His Glu Asn Asn Tyr Ile Ser Ser 50 55 60 Met Val Thr Asn Asp Gln Leu Val Gly Trp Pro Pro Val Ala Thr Ala 65 70 75 80 Arg Lys Thr Val Arg Arg Lys Tyr Val Lys Val Ala Leu Asp Gly Ala 85 90 95 Ala Tyr Leu Arg Lys Val Asp Leu Gly Met Tyr Asp Cys Tyr Gly Gln 100 105 110 Leu Phe Thr Ala Leu Glu Asn Met Phe Gln Gly Ile Ile Thr Ile Cys 115 120 125 Arg Val Thr Glu Leu Glu Arg Lys Gly Glu Phe Val Ala Thr Tyr Glu 130 135 140 Asp Lys Asp Gly Asp Leu Met Leu Val Gly Asp Val Pro Trp Met Met 145 150 155 160 Phe Val Glu Ser Cys Lys Arg Met Arg Leu Met Lys Thr Gly Asp Ala 165 170 175 Ile Gly Leu <210> 2 <211> 540 <212> DNA <213> Arabidopsis thaliana <400> 2 atgtcaccgg aggaatacgt tagggtttgg ccggattccg gtgatcttgg aggaactgag 60 ctgaccctag ctttgcctgg cactccgaca aatgcatcgg aaggtccaaa aaagttcggg 120 aacaaacgta gattcctcga gaccgttgat ttaaaactcg gggaagcaca cgagaacaat 180 tatatctcaa gcatggtcac taatgaccag ttggtgggct ggccgccggt agcgacagcg 240 aggaaaacag tgaggcggaa atacgtgaaa gtggcgttgg atggtgcggc ctatctcaga 300 aaggttgatc ttgggatgta cgattgctat ggacagcttt tcaccgctct agaaaacatg 360 tttcagggga taataacaat atgtagagtg acagagttgg agaggaaggg agagtttgtt 420 gctacttacg aggataagga cggtgacttg atgttagtcg gagatgtgcc gtggatgatg 480 tttgtggaat cttgcaaacg tatgaggtta atgaaaaccg gagatgctat tggattatag 540 540 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ggatccatgt caccggagga atacgt 26 <210> 4 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 actagttcac ttacatattg ttatta 26 <210> 5 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 gtgggctggt cgccggtagc gacagcgagg 30 <210> 6 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 cgctaccggc gaccagccca ccaactggtc 30 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 aagagtcaag ttgtgggttg gc 22 <210> 8 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 aatgcagctc catctacact cact 24 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 gaattcatga accttaagga gacgga 26 <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 cccgggtgat ctgttcttga acttct 26 <210> 11 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 atggaggagt cgttgaactc tgtg 24 <210> 12 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 aagctccatt attggcgtga aactc 25 <210> 13 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 cgaagtcggt acatcgttcc tatc 24 <210> 14 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 catggagata agagacctga agaaga 26 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 15 gagagactca tcatcaaacc 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 16 ctaagagcca aagcctgaag 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 17 aagttctggg acggttcaac 20 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 18 gctgattgaa gctctttgag 20 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 19 accaatttcg tcgacgagag 20 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 20 tccatgttct ggagccattg 20 <210> 21 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 21 ccaacaacgt gaaatcgaca g 21 <210> 22 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 22 tcttggtatt gctggtactc t 21 <110> INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION GYEONGSANG NATIONAL UNIVERSITY <120> IAA15 mutant for increasing environmental stress tolerance of plant and uses it <130> PN21155 <160> 22 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 179 <212> PRT <213> Arabidopsis thaliana <400> 1 Met Ser Pro Glu Glu Tyr Val Arg Val Trp Pro Asp Ser Gly Asp Leu 1 5 10 15 Gly Gly Thr Glu Leu Thr Leu Ala Leu Pro Gly Thr Pro Thr Asn Ala 20 25 30 Ser Glu Gly Pro Lys Lys Phe Gly Asn Lys Arg Arg Phe Leu Glu Thr 35 40 45 Val Asp Leu Lys Leu Gly Glu Ala His Glu Asn Asn Tyr Ile Ser Ser 50 55 60 Met Val Thr Asn Asp Gln Leu Val Gly Trp Pro Pro Val Ala Thr Ala 65 70 75 80 Arg Lys Thr Val Arg Arg Lys Tyr Val Lys Val Ala Leu Asp Gly Ala 85 90 95 Ala Tyr Leu Arg Lys Val Asp Leu Gly Met Tyr Asp Cys Tyr Gly Gln 100 105 110 Leu Phe Thr Ala Leu Glu Asn Met Phe Gln Gly Ile Ile Thr Ile Cys 115 120 125 Arg Val Thr Glu Leu Glu Arg Lys Gly Glu Phe Val Ala Thr Tyr Glu 130 135 140 Asp Lys Asp Gly Asp Leu Met Leu Val Gly Asp Val Pro Trp Met Met 145 150 155 160 Phe Val Glu Ser Cys Lys Arg Met Arg Leu Met Lys Thr Gly Asp Ala 165 170 175 Ile Gly Leu <210> 2 <211> 540 <212> DNA <213> Arabidopsis thaliana <400> 2 atgtcaccgg aggaatacgt tagggtttgg ccggattccg gtgatcttgg aggaactgag 60 ctgaccctag ctttgcctgg cactccgaca aatgcatcgg aaggtccaaa aaagttcggg 120 aacaaacgta gattcctcga gaccgttgat ttaaaactcg gggaagcaca cgagaacaat 180 tatatctcaa gcatggtcac taatgaccag ttggtgggct ggccgccggt agcgacagcg 240 aggaaaaacag tgaggcggaa atacgtgaaa gtggcgttgg atggtgcggc ctatctcaga 300 aaggttgatc ttgggatgta cgattgctat ggacagcttt tcaccgctct agaaaacatg 360 tttcagggga taataacaat atgtagagtg acagagttgg agaggaaggg agagtttgtt 420 gctacttacg aggataagga cggtgacttg atgttagtcg gagatgtgcc gtggatgatg 480 tttgtggaat cttgcaaacg tatgaggtta atgaaaaccg gagatgctat tggattatag 540 540 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ggatccatgt caccggagga atacgt 26 <210> 4 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 actagttcac ttacatattg ttatta 26 <210> 5 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 gtgggctggt cgccggtagc gacagcgagg 30 <210> 6 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 cgctaccggc gaccagccca ccaactggtc 30 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 aagagtcaag ttgtgggttg gc 22 <210> 8 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 aatgcagctc catctacact cact 24 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 gaattcatga accttaagga gacgga 26 <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 cccgggtgat ctgttcttga acttct 26 <210> 11 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 atggaggagt cgttgaactc tgtg 24 <210> 12 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 aagctccatt attggcgtga aactc 25 <210> 13 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 cgaagtcggt acatcgttcc tatc 24 <210> 14 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 catggagata agagacctga agaaga 26 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 15 gagagactca tcatcaaacc 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 16 ctaagagcca aagcctgaag 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 17 aagttctggg acggttcaac 20 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 18 gctgattgaa gctctttgag 20 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 19 accaatttcg tcgacgagag 20 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 20 tccatgttct ggagccattg 20 <210> 21 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 21 ccaacaacgt gaaaatcgaca g 21 <210> 22 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 22 tcttggtatt gctggtactc t 21

Claims (10)

서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 애기장대 유래 IAA15(indole-3-acetic acid inducible 15) 단백질의 75번째 아미노산인 프롤린(proline, P)이 세린(serine, S)으로 치환된 IAA15 단백질 변이체.An IAA15 protein variant in which proline (P), the 75th amino acid of the Arabidopsis thaliana-derived IAA15 (indole-3-acetic acid inducible 15) protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, is replaced with serine (S). 제1항의 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자.A gene encoding the IAA15 protein variant of claim 1. 제2항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector containing the gene of claim 2. 제3항의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포.A host cell transformed with the recombinant vector of claim 3. 제3항의 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는, 덱사메타손 처리 조건하에 식물체의 환경 스트레스 내성을 증진시키는 방법.A method for enhancing environmental stress tolerance of plants under dexamethasone treatment conditions, comprising the step of transforming plant cells with the recombinant vector of claim 3 to overexpress the gene encoding the IAA15 protein variant. 제5항에 있어서, 상기 환경 스트레스는 염, 건조 또는 앱시스산에 의한 스트레스인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein the environmental stress is stress caused by salt, dryness, or abscisic acid. 제3항의 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 IAA15 단백질 변이체를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계; 및
상기 형질전환된 식물세포로부터 식물체를 재분화하는 단계;를 포함하는, 덱사메타손 처리 조건하에 비형질전환 식물체 대비 환경 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법.
Transforming plant cells with the recombinant vector of claim 3 and overexpressing the gene encoding the IAA15 protein variant; and
A method for producing a transgenic plant with improved environmental stress tolerance compared to a non-transgenic plant under dexamethasone treatment conditions, comprising the step of redifferentiating the plant from the transformed plant cell.
제7항의 제조 방법에 의해 제조된, 덱사메타손 처리 조건하에 환경 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체.A transgenic plant with improved environmental stress tolerance under dexamethasone treatment conditions, prepared by the production method of claim 7. 제8항에 따른 식물체의 형질전환된 종자.A transformed seed of the plant according to claim 8. 제2항의 유전자를 유효성분으로 포함하는, 덱사메타손 처리 조건하에 식물체의 환경 스트레스 내성 증진용 조성물.A composition for enhancing environmental stress tolerance of plants under dexamethasone treatment conditions, comprising the gene of claim 2 as an active ingredient.
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