KR20020093028A - A PROMOTER Cv20oxP WHICH REGULATES THE INTEGUMENT-SPECIFIC EXPRESSION OF A GIBBERELLIN 20-OXIDASE GENE IN DEVELOPING SEEDS OF WATERMELON AND A METHOD FOR GENERATING SEEDLESS FRUITS USING THE PROMOTER - Google Patents

A PROMOTER Cv20oxP WHICH REGULATES THE INTEGUMENT-SPECIFIC EXPRESSION OF A GIBBERELLIN 20-OXIDASE GENE IN DEVELOPING SEEDS OF WATERMELON AND A METHOD FOR GENERATING SEEDLESS FRUITS USING THE PROMOTER Download PDF

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KR20020093028A
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Abstract

PURPOSE: Provided are a testa specific gene, which is isolated from the developing seed of Citrullus lanatus, a promoter and a method for generating seedless fruits by using the promoter of the said testa specific gene. CONSTITUTION: The Cv20ox gene, gibberellin 20-oxidase(GA 20-oxidase) gene showing the tissue-specific expression pattern, is strongly expressed in the integumental tissue at seed development of watermelon and is weakly expressed in the inner tissue of seed. The promoter regulates the integument-specific expression of the gene and the method for generating seedless fruits is characterized by introducing plant growth regulation gene ligated to the promoter and regulating the overexpression of plant growth regulation composition in the testa.

Description

수박의 종자 발생시 종피 특이적으로 유전자의 발현을 조절하는 Cv20oxP 유전자 프로모터 및 이를 이용한 씨 없는 식물체의 제조방법{A PROMOTER Cv20oxP WHICH REGULATES THE INTEGUMENT-SPECIFIC EXPRESSION OF A GIBBERELLIN 20-OXIDASE GENE IN DEVELOPING SEEDS OF WATERMELON AND A METHOD FOR GENERATING SEEDLESS FRUITS USING THE PROMOTER}A CMO20 gene promoter that regulates the expression of genes specifically for seeding of watermelon seeds and a method for producing a seedless plant using the same A METHOD FOR GENERATING SEEDLESS FRUITS USING THE PROMOTER}

현재까지 많은 연구자들이 병충해에 대한 내성 증가 또는 수확량 증대를 위해 다양한 식물체에 유전자 조작을 가한 형질전환 식물체 (transgenic plant)들을 개발하였으며, 이미 안정성이 검증된 많은 유전자 조작 식물체들이 재배되어 일반인들에게 공급되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 무종자 식물체의 개발에도 관심이 집중되고 있다. 종자는 식물체가 자손을 남기기 위해 반드시 필요한 것이기는 하지만, 상품으로서 소비될 때에는 소비자에게 불편한 요소일 뿐이며, 따라서 최근에는 씨 없는 과일에 대한 소비자들의 선호도가 높아지는 추세이다. 또한, 씨 없는 과일은 일반적으로 수분 (pollination) 또는 수정 (fertilization)이 곤란한 조건 하에서도 얻을 수 있다는 장점이 있다.To date, many researchers have developed transgenic plants that have genetically modified a variety of plants to increase their resistance to pests or increase yields. Many genetically engineered plants have been cultivated and supplied to the public. have. As part of this research, attention is also focused on the development of seedless plants. Seeds are necessary for plants to leave offspring, but they are only an inconvenient factor for consumers when consumed as commodities, and in recent years, consumers' preference for seedless fruits is increasing. In addition, seedless fruits generally have the advantage that they can be obtained even under conditions that are difficult to pollination or fertilization.

무종자 식물체로서 유용성을 갖기 위해서는 1) 단위 결실, 즉 수정이 없는 상태에서 과일의 결실 및 생장이 이루어져야 하며, 2) 씨가 없고 단위 결실 능력을 보유한 과일이 생산되어야 하고, 3) 꽃을 수분시켰을 때에는 생존력 있는 종자를 가진 과일이 생산되어야 한다.To be useful as a seedless plant, 1) fruit must be deleted and grown in the absence of unit deletion, that is, without fertilization, 2) fruit must be produced that has no seeds and unit deletion, and 3) pollinated the flowers. In time, fruit with viable seeds should be produced.

이러한 단위 결실 식물체 (parthenocarpic plants)를 개발하는 방법으로 합성된 식물 생장 인자를 사용하거나 (Liparlet al., Acta. Hort. 229: 307-312, 1988), 무종자 발생을 할 수 있는 돌연변이를 이용하거나 (Lin S.et al., J. Horod. 75: 62-66, 1988), 염색체의 배수체에 변이가 생긴 식물체를 이용하는 방법 (Kihara H., Plant growth substance-inducing application in agriculture, Tata McGray Publishing Company Ltd., New Delhi, India, 1981)이 알려져 있다.As a method of developing such parthenocarpic plants, either synthetic plant growth factors are used (Liparl et al., Acta. Hort . 229: 307-312, 1988), or mutations capable of seedless development. (Lin S. et al., J. Horod . 75: 62-66, 1988), and how to use a mutated plant in chromosomes (Kihara H., Plant growth substance-inducing application in agriculture, Tata McGray Publishing Company Ltd., New Delhi, India, 1981).

상기와 같은 단위 결실 식물체의 제조방법 중 가장 일반적으로 사용되는 방법은 합성 식물 호르몬 (phytohormones)을 꽃눈에 처리하는 것이다. 즉, 수분 또는 수정에 의해 자방에서 식물 호르몬의 농도가 증가하면 세포 분열을 자극하여 과일의 결실 및 생장을 촉진하는 원리를 이용하여, 인위적으로 합성 호르몬을 처리함으로써 꽃 및 과일의 발생과정 중 초기 단계에 자방 내의 식물 호르몬 농도를 높여수분이 되지 않았더라도 과일이 정상적으로 생장할 수 있도록 하는 방법이다. 그러나, 합성 식물 생장 인자를 이용한 방법은 생장 호르몬의 처리시기를 잘못 조절할 경우 낙과가 발생할 수 있고 생장 호르몬을 1, 2번 암꽃에만 처리해야 하는 어려움이 있으며 과일이 맺히는 착과 후 과피가 갈라져 열과가 발생하는 등의 문제점이 있어 대체적으로 상당한 재배기술이 요구되는 방법이다. 또한, 상기와 같은 방법을 적용함에 있어 많은 노동력을 요하고, 비용이 많이 들며, 무엇보다도 합성 화학물질 일부를 인간이 섭취할 수 있는 점이 한계로 지적되어 왔다.The most commonly used method for producing a unit deletion plant as described above is to treat synthetic plant hormones (phytohormones) in the flower buds. In other words, if the concentration of plant hormones in the room is increased by moisture or fertilization, it stimulates cell division and promotes fruit deletion and growth. By increasing the concentration of plant hormones in the room, the fruit can grow normally even if it is not pollinated. However, the method using synthetic plant growth factors may cause fruit drop when the growth hormone is treated incorrectly, and it is difficult to process growth hormone only in female flowers 1 and 2, and fruit fruit is cracked after fruiting. There is a problem, such as a large amount of cultivation techniques are required. In addition, it has been pointed out that the application of such a method requires a lot of labor, is expensive, and above all, a human can consume some of the synthetic chemicals.

또 다른 무종자 과일을 제조하는 방법은 3배체와 같이 염색체 수에 생긴 돌연변이를 이용하는 방법으로, 상기 방법으로 제조되는 대표적인 무종자 과일로는 씨 없는 수박이 개발되어 재배되고 있다.Another method for producing seedless fruit is a method using a mutation generated in the number of chromosomes such as a triploid. As a representative seedless fruit produced by the above method, seedless watermelon is developed and grown.

이 방법은 우리나라의 우장춘 박사가 개발한 방법으로서 일반적으로 2배체인 수박 염색체를 4배체로 만든 후 이 4배체 염색체의 수박과 2배체 염색체의 수박을 교배하여 3배체 염색체를 갖는 수박을 형성하는 방법이다. 이렇게 형성된 3배체 염색체의 수박은 생식분열 때 정상적인 화분 및 난자를 만들지 못하기 때문에 결국 씨 없는 수박을 형성하게 된다. 하지만, 3배체 수박은 생육이 불안정하여 재배중에 과피가 두꺼워지거나 갈라지며 기형과의 발생도가 높을 뿐만 아니라 당도가 낮아지는 경향이 있어 현재는 이 방법을 거의 사용하지 않는다.This method was developed by Dr. Jang Chun Woo of Korea. It is a method of forming watermelons with triplex chromosomes by making watermelon chromosomes that are diploids into tetraploids, and then crossing watermelons of tetraploid chromosomes and watermelons of diploid chromosomes to be. The watermelon of the triplex chromosome thus formed does not make normal pollen and eggs during reproductive division, thus forming a seedless watermelon. However, the triploid watermelon is unstable in growth, which causes thickening or cracking of the rind during cultivation, high incidence of malformations, and low sugar content.

상기의 염색체의 배수체 조절을 통한 방법 및 합성 식물 생장 호르몬의 처리방법 이외에도 기타 유전자 조작을 이용한 씨 없는 과일의 생산방법이 발표되고 있다. 예를 들어, 담배나 가지식물 (eggplants)에서 씨 없는 과일의 생산방법이 보고되었는데, 이들은 일반적으로 자방 특이적 (ovule-specific)으로 발현하는 유전자 (DefH9ofAntirrhinum majus)의 프로모터 뒤에 식물 생장 조절에 관여하는 유전자 (iaaM)를 연결하여 식물체에 도입한 후 자방에서 상기 식물 생장 조절 물질이 과발현하도록 함으로써, 수분 (pollination) 등에 의한 내생적 호르몬 (endogenous phytohormone)의 증가 없이도 수분된 상태와 유사한 상태로 만들어 과일의 생장을 촉진하여 씨 없는 과일을 만드는 방법이다 (Giuseppeet al., Nature Biotechnology15: 1398-1402, 1997). 이와 같이 자방특이적 프로모터를 이용한 씨 없는 과일 생산방법은 큰 문제점이 발견되지 않아 무종자 식물체의 생산에 유용한 방법으로 알려져 있으나, 이를 위해서는 다른 식물체에도 적용할 수 있도록 자방 특이적으로 발현하는 유전자 및 그의 프로모터 부위가 밝혀져야 한다. 현재까지는 상기 방법이 담배나 가지식물에만 적용되었으며, 씨 없는 과일로서 상품성이 가장 높은 수박 등의 과일에서는 시도된 바가 없어 씨 없는 수박 등을 제조하기 위해서는 이에 적용될 수 있는 새로운 프로모터의 개발이 요구되어 왔다.In addition to the method of controlling the chromosomes and the method of treating synthetic plant growth hormones, a method of producing seedless fruit using other genetic manipulations has been published. For example, there have been reports on the production of seedless fruits in tobacco or eggplants, which are commonly used to regulate plant growth following the promoter of a gene that is ovule-specific ( defH9 of Antirrhinum majus ). By connecting the gene ( iaaM ) involved in the plant and then overexpressing the plant growth regulator in the room, it makes the state similar to the pollinated state without increasing the endogenous phytohormone due to pollination. It is a method of promoting fruit growth to make seedless fruit (Giuseppe et al., Nature Biotechnology 15: 1398-1402, 1997). As such, the seedless fruit production method using the specific hormone-specific promoter is known as a useful method for the production of seedless plants because no significant problems have been found. The promoter site should be identified. Until now, the method has been applied only to tobacco or eggplant plants, and since no attempt has been made on fruits such as watermelon, which has the highest commercial value as a seedless fruit, development of a new promoter that can be applied to the seedless watermelon has been required. .

한편, 지베렐린은 종자의 발아, 줄기의 성장, 꽃의 생성 및 성장, 과일의 결실 (fruit-setting), 종자 발생 및 안토시아닌 (anthocyanin) 생합성 등을 포함하는 식물의 성장 및 발달과정에 중요한 역할을 하는 호르몬이다 (Hooley R.,Plant. Mol. Biol.26: 1529-1555, 1994).Gibberellin, on the other hand, plays an important role in plant growth and development, including seed germination, stem growth, flower formation and growth, fruit-setting, seed development and anthocyanin biosynthesis. Hormone (Hooley R., Plant. Mol. Biol. 26: 1529-1555, 1994).

지베렐린은 모노옥시게나아제 (Monooxygenases) 및 디옥시게나아제 (dioxygenases)의 두 종류의 효소에 의해 테트라 사이클린 디테르펜 엔트-카우렌(tetracyclic diterpeneent-kaurene)으로부터 생합성되는데 (Hedden P. et al..,Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant Mol. Biol.48:431-460, 1997), 생합성 초기 단계에서는 모노옥시게나아제에 의해 GA12및 GA53이 합성되고, 이렇게 합성된 지베렐린은 두 가지의 주요 디옥시게나아제인 GA 20-산화효소 (gibberellin 20-oxidase) 및 3β-수산화효소 (3β-hydroxylase)에 의해 생리적 활성을 갖는 C19-GAs로 전환된다. 이러한 지베렐린의 생합성 단계에 관여하는 GA 20-산화효소는 GA12및 GA53의 20번 탄소를 단계적으로 산화시켜 지베렐린에 C19골격을 형성시키는 역할을 하고, 3β-수산화효소는 GA 20-산화효소에 의해 형성된 지베렐린의 C19골격에서 3β-수산화 반응 (hydroxylation)를 촉매하여 생물학적 활성을 갖는 지베렐린을 형성시키는 역할을 한다.Gibberellins are biosynthesized from tetracycline diterpene ent- kaurene by two types of enzymes, monooxygenases and dioxygenases (Hedden P. et al., Annu. Rev. Plant.Physiol.Plant Mol. Biol. 48: 431-460, 1997), in the early stages of biosynthesis, GA 12 and GA 53 are synthesized by monooxygenase. It is converted into C 19 -GAs with physiological activity by the deoxygenase GA 20-oxidase and 3β-hydroxylase. GA 20-oxidase involved in the biosynthesis of gibberellin stepwise oxidizes the carbon number 20 of GA 12 and GA 53 to form C 19 skeleton in gibberellin, and 3β-hydroxylase is GA 20-oxidase Catalyzes the 3β-hydroxylation in the C 19 backbone of gibberellins formed by to form gibberellins with biological activity.

이처럼 지베렐린의 생합성에 관여하는 두 가지 주요 디옥시게나아제인 GA 20-산화효소 및 3β-수산화효소를 코딩하는 게놈 DNA 및 cDNA 클론들은 이미 여러 종의 식물로부터 분리되었으며, 대장균 (Escherichia coli) 형질전환체로부터 생산된 재조합 효소를 이용하여 효소 활성이 측정되었다 (Hedden & Kamiya,Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48:431-460, 1997).Genomic DNA and cDNA clones encoding these two major deoxygenases, GA 20-oxidase and 3β-hydroxylase, which are involved in the biosynthesis of gibberellin, have already been isolated from several species of plants and transformed into Escherichia coli transformants. Enzyme activity was measured using recombinant enzyme produced from (Hedden & Kamiya, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol . 48: 431-460, 1997).

또한, 상기의 디옥시게나아제들의 발현이 지베렐린에 의한 피드백 조절(feedback regulation)에 의해 감소됨이 보고되었고 (Chiang 등,Plant Cell.7: 195-201, 1995), 아라비돕시스 (Arabidopsis; Xu 등,Proc. Natl. Acad. Sci. USA.42: 6640-6644, 1995) 및 시금치 (Wu 등,Plant Physiol., 110: 547-554, 1996)에서의 GA 20-산화효소의 발현은 장일조건에서 그 발현량이 증가되는 것을 확인하였다. 이외에도, 아라비돕시스, 콩, 완두 및 토마토에서의 GA 20-산화효소에 대한 연구를 통해, 상기 식물들은 여러가지 종류의 GA 20-산화효소 유전자를 포함하고 있으며, 이들 GA 20-산화효소 유전자들은 상기 식물의 발생시 조직 특이적 또는 시간적으로 발현이 조절되고, 줄기 신장, 꽃 형성 및 열매 형성 등과 같은 지베렐린의 다른 조절 과정에도 관여하고 있음이 증명되었다 (Phillips 등,Plant Physiol., 108: 1049-1057, 1995).It has also been reported that the expression of these deoxygenases is reduced by feedback regulation by gibberellin (Chiang et al.,Plant Cell.7: 195-201, 1995), Arabidopsis (Arabidopsis; Xu, etc.Proc. Natl. Acad. Sci. USA.42: 6640-6644, 1995) and spinach (Wu et al.,Plant Physiol., 110: 547-554, 1996) The expression of GA 20-oxidase was confirmed to increase its expression level under long-term conditions. In addition, through the study of GA 20-oxidase in Arabidopsis, soybeans, peas and tomatoes, the plants contain several types of GA 20-oxidase genes, and these GA 20-oxidase genes of the plant It has been demonstrated that expression is regulated tissue-specific or temporally upon development and is involved in other regulatory processes of gibberellin, such as stem elongation, flower formation and fruit formation (Phillips et al.Plant physiol, 108: 1049-1057, 1995).

상기와 같이 지베렐린 생합성 과정에 관여하는 GA 20-산화효소 중 몇몇 식물체에서 밝혀진 GA 20-산화효소는 종자 또는 열매에서 특이적으로 발현된다는 사실이 보고되었다. 예를 들면, 아라비돕시스의 YAP169는 장각과 (silique)에서 특이적으로 발현되며 (Phillips등,Plant Physiol., 108: 1049-1057, 1995), 콩과식물의 Pv85-26 (Garcia-Martinez 등,Plant Mol. Biol., 33: 1073-1084, 1997)은 발생중인 종자에서, 그리고 마라 마크로카퍼스 (Marah macrocarpus)의 M3-8 (MacMillan 등,Plant Physiol., 113: 1369-1377, 1997)은 발생중인 종자의 배 (embryos) 및 내생 포자 (endosperm)에서 특이적으로 발현됨이 확인되었다.As described above, it has been reported that the GA 20-oxidase found in some plants among the GA 20-oxidases involved in the gibberellin biosynthesis process is specifically expressed in seeds or fruits. For example, Arabidopsis YAP169 is specifically expressed in silique (Phillips et al., Plant Physiol ., 108: 1049-1057, 1995), Pv85-26 of legumes (Garcia-Martinez et al., Plant Mol , Biol ., 33: 1073-1084, 1997) in developing seeds and M3-8 of Marah macrocarpus (MacMillan et al . , Plant Physiol. , 113: 1369-1377, 1997). It was found to be specifically expressed in seed embryos (embryos) and endospores (endosperm).

특히, 발생 중인 종자는 다른 어떤 식물의 기관 보다 많은 양의 지베렐린을 함유하고 있기 때문에, 식물에서의 지베렐린의 생합성 과정을 밝히기 위한 유전학적 및 생리학적 연구에 빈번히 사용되어 왔다 (Graebe 등,Annu. Rev. Plant Physiol., 38: 419-465, 1987). 그러나 종자 발생시 지베렐린의 역할 및 정확한 합성 장소에 대해서는 거의 알려진 바 없고, 단지 최근에 GAs가 몇몇 식물 종에서 종자 발생의 초기 및 후기 단계에 관여한다는 사실이 보고되었으며 (Euwens & Schwabe 등,J. Exp. Bot., 26: 1-14, 1975), 콩과 식물의 몇몇 지베렐린 결핍 돌연변이에서 종자 발생의 변화된 양상이 보고되었을 뿐이다. 예를 들면, lh-2 돌연변이에서는 종자 발생시 지베렐린의 발현이 현저하게 감소하였고 종자의 발생이 정지하는 것이 관찰된 바 있다 (Swain 등,Plant J., 12: 1329-1338, 1993; ; Swain 등,Planta, 195: 426-433, 1995). 지베렐린 결핍 돌연변이인 ls-1 및 lh-2의 생리학적, 생화학적 및 유전학적 분석 결과, 이는 배 및/또는 배유에서 생합성된 지베렐린이 수분된 후 초기 몇일 이내에 종자 발생을 위해 요구되기 때문임이 밝혀졌다 (Ait-Ali 등,Plant J., 11: 443-454, 1997). 더욱이, 종자의 발생은 지베렐린 및 옥신 (auxins) 등의 식물 호르몬과 관련된 과피 발생에 매우 중요한데 (Van Huizen 등,Plant Physiol. 115: 123-128, 1997), 토마토의 경우, 수정된 후 짧은 기간 동안이기는 하나 지베렐린이 열매와 종자의 발생에 반드시 필요하였다 (Groot 등,Physiol. Plant. 67: 315-319, 1987).In particular, developing seeds have been used frequently in genetic and physiological studies to elucidate the process of biosynthesis of gibberellin in plants, as they contain greater amounts of gibberellin than any other plant organ (Graebe et al . , Annu. Rev.). Plant Physiol , 38: 419-465, 1987). However, little is known about the role of gibberellins and the exact site of synthesis in seed development, only recently it has been reported that GAs are involved in the early and late stages of seed development in some plant species (Euwens & Schwabe et al . , J. Exp. Bot. , 26: 1-14, 1975), reported changes in seed development in several gibberellin deficiency mutations in legumes. For example, in the lh-2 mutant, the expression of gibberellin was markedly reduced and seed development was observed to stop (see Wain et al., Plant J. , 12: 1329-1338, 1993; Swain et al. Planta , 195: 426-433, 1995). Physiological, biochemical and genetic analysis of the gibberellin deficiency mutations ls-1 and lh-2 revealed that biosynthesized gibberellin in embryos and / or embryos is required for seed development within the first few days after pollination. (Ait-Ali et al., Plant J. , 11: 443-454, 1997). Moreover, seed development is very important for the development of rinds associated with plant hormones such as gibberellin and auxin (Van Huizen et al., Plant Physiol . 115: 123-128, 1997). Although overcame, gibberellins were necessary for fruit and seed development (Groot et al . , Physiol. Plant . 67: 315-319, 1987).

본 발명자들은 상기한 바와 같이 종자에 특이적으로 발현하는 유전자 및 그 프로모터의 유용성에 착안하여, 종자에 특이적인 유전자 및 그 프로모터를 탐색하여 씨 없는 과일의 생산에 이를 이용하는 방법을 개발하기 위해 노력한 결과, 수박(Citrullus lanatus)의 발생중인 종자로부터 종피 특이적Cv20ox유전자 프로모터를 발견하고, 상기 프로모터가 유전자의 종피 특이적 발현을 조절함을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. 따라서, 본 발명의 종피 특이적Cv20ox유전자 프로모터에 식물생장조절 관여 유전자를 연결하여 식물체에 도입하여 상기 식물생장조절물질을 종피에서 과발현시킴으로써 씨 없는 과일, 특히 그 선호도가 뛰어난 씨 없는 수박 또는 메론과 같은 박과 식물을 만드는 생산방법에 유용하게 이용될 수 있다.The present inventors focus on the usefulness of the gene and its promoter specifically expressing the seed as described above, the result of the effort to develop a method of using the same for the production of seedless fruit by searching for the seed and the promoter specific to the seed The present invention was completed by finding a seed specific Cv20ox gene promoter from developing seeds of watermelon ( Citrullus lanatus ) and confirming that the promoter regulates the specific expression of the gene. Therefore, by connecting genes involved in plant growth regulation to the seed-specific Cv20ox gene promoter of the present invention and introducing them into plants, over-expressing the plant growth regulators in seedlings, such as seedless fruits, particularly seedless watermelons or melons that have excellent affinity. It can be usefully used for production methods of making gourds and plants.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 목적은 수박의 종자 발생시 종피조직에 특이적으로 발현되는 GA 20-산화효소를 코딩하는Cv20ox유전자를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a Cv20ox gene encoding GA 20-oxidase which is specifically expressed in epithelial tissues when watermelon seeds are generated.

또한, 본 발명의 목적은 종피 특이적 발현을 조절하는Cv20ox유전자 프로모터를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a Cv20ox gene promoter that modulates endothelial specific expression.

또다른 본 발명의 목적은 상기 프로모터를 이용하여 씨 없는 식물체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로 상기 프로모터에 식물생장조절물질을 암호화하는 유전자를 연결하여 이들 식물생장물질의 종피에서의 과발현을 유도함으로써 씨 없는 과일을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a seedless plant using the promoter. Specifically, an object of the present invention is to provide a method for producing seedless fruit by connecting genes encoding plant growth regulators to the promoters to induce overexpression of these plant growth substances in the epidermis.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

도 1a 및 도 1b는 본 발명의Cv20ox유전자에 의해 암호화되는 GA 20-산화효소의 아미노산 서열과 여러 다른 식물에서 유래한 GA 20-산화효소의 아미노산 서열을 비교하여 나타낸 것이고,1A and 1B show the amino acid sequence of GA 20-oxidase encoded by the Cv20ox gene of the present invention and the amino acid sequence of GA 20-oxidase derived from various plants,

1 :C. vulgarisCv20ox 2 :M. macrocarpusM3-81: C. vulgaris Cv20ox 2: M. macrocarpus M3-8

3 :C. maximacm20oxi4 :P. sativumps27-123: C. maxima cm20oxi4: P. sativum ps27-12

5 :P. vulgarispv73-16 :P. vulgarispv15-115: P. vulgaris pv73-16: P. vulgaris pv15-11

7 :L. sativaLs20ox18 :L. sativaLs20ox27: L. sativa Ls20ox18: L. sativa Ls20ox2

9 :P. vulgarispv85-2610 :A. thalianaat23539: P. vulgaris pv85-2610: A. thaliana at2353

11 :A. thalianaatyap16912 :A. thalianaat230111: A. thaliana atyap16912: A. thaliana at2301

13 :S. oleraceasoU3333013: S. oleracea soU33330

도 2는 수박의 발생중인 종자로부터 분리한 게놈 DNA에 대해Cv20oxcDNA 유전자를 탐침으로 이용하여 서던 블럿 분석한 결과를 나타낸 겔 사진이고,Figure 2 is a gel photograph showing the results of Southern blot analysis using the Cv20ox cDNA gene as a probe for genomic DNA isolated from the developing seeds of watermelon,

E : 제한 효소EcoRI으로 처리E: Treatment with restriction enzyme Eco RI

H : 제한 효소HindIII로 처리H: treated with restriction enzyme Hind III

도 3a는Cv20ox유전자의 조직 특이적 발현 양상을 조사하기 위하여, 수박의 성숙된 여러 조직으로부터 분리한 전체 RNA에 대해 노던 분석한 결과를 나타낸 겔 사진이고,Figure 3a is a gel photograph showing the results of the northern analysis on the total RNA isolated from several mature tissues of watermelon, in order to investigate the tissue-specific expression of the Cv20ox gene,

I : 수분 후 8 일째의 외피 조직I: integumental tissue 8 days after pollination

S : 수분 후 8 일째의 종자 전체S: Whole seed on day 8 after pollination

IS : 수분 후 8 일째의 내부 종자 조직IS: internal seed tissue at 8 days after pollination

F1 : 수분 후 1 일째의 열매F1: fruit on day 1 after pollination

F2 : 수분 후 2 내지 3 일째의 열매F2: fruit 2 to 3 days after pollination

F8 : 수분 후 8 일째의 열매F8: fruit at 8 days after pollination

T : 덩굴손 L : 잎T: tendril L: leaf

M : 웅성 꽃 O : 수분되기 전의 씨방M: Male flower O: Seeds before pollination

도 3b는 파종 후 15일 동안 성장한 어린 식물의 종자를 제외한 여러 조직으로부터 분리한 mRNA에 대한 노던 블럿 분석 결과, 종자를 제외한 발생 단계의 어떠한 조직에서도Cv20ox유전자가 발현되지 않음을 보여주는 겔 사진이고,FIG. 3b is a gel photograph showing that the Northern blot analysis of mRNA isolated from various tissues except seed of young plants grown for 15 days after sowing did not express Cv20ox gene in any tissue at developmental stage except seeds.

C : 자엽 Hu : 상층부 배축C: Cotyledon Hu: Upper layer hypocotyl

Sm : 배축의 상층부 대부분을 포함하는 줄기 분열조직Sm: stem meristem containing most of the upper part of the hypocotyl

H1 : 배축의 하층부 R : 뿌리H1: lower layer of hypocotyl R: root

도 4는 조직 내 혼성화 실험(in situhybridization)에 의해 수박 종자 내에서Cv20ox유전자의 조직 특이적 발현 양상을 나타낸 것이고,Figure 4 shows the tissue specific expression of the Cv20ox gene in watermelon seeds by in situ hybridization,

A, B, 및 C : 수분 후 5 일째의 종자A, B, and C: seeds at day 5 after pollination

D 및 E : 수분 후 6 일째의 종자D and E: seeds at 6 days after pollination

F 및 G : 수분 후 4 일째의 종자F and G: seed on day 4 after pollination

nu : 핵 ii : 외피의 내층nu: nucleus ii: inner layer of the outer shell

oi : 외피의 외층 mp : (micropylar end)oi: outer layer of envelope mp: (micropylar end)

e : 구형의 배e: rectangular boat

도 5는 종자 발생시 본 발명의Cv20ox유전자의 시간적 발현 양상을 보여주는 노던 블럿 분석 결과이고,5 is a northern blot analysis showing the temporal expression of the Cv20ox gene of the present invention in seed generation ,

DAP : 수분 후 경과 일수 (days after pollination)DAP: days after pollination

도 6a는 본 발명의Cv20ox유전자 발현 조절과정에 있어서 지베렐린 (GA3)이 미치는 영향을 조사하기 위해 수분 후 3일째의 열매에 GA3을 처리한 다음 24시간 경과 후 수확한 종자로부터 RNA를 추출하여 노던 블럿 분석한 결과를 나타낸 겔 사진이고,Figure 6a is to examine the effect of gibberellin (GA 3 ) in the Cv20ox gene expression control process of the present invention after the treatment of GA 3 to the fruit on the third day after a few minutes after extracting RNA from the harvested 24 hours Gel photo showing Northern blot analysis.

+ : GA3를 처리한 수분 후 3 일째의 열매+: Fruits 3 days after pollination with GA 3

- : GA3를 처리하지 않은 수분 후 3 일째의 열매-: Fruits on day 3 after moisture not treated with GA 3

도 6b는 정상적으로 수분된 후에 수확된 종자와 N-(2-클로로-4-피리딜)-N'-페닐우레아 (N-(2-chloro-4-pyridyl)-N'-phenylurea; 이하 CPPU로 약칭함)로 처리 후에 수확된 종자간의Cv20ox유전자 발현 양상을 비교한 노던 블럿 분석 결과이고,Figure 6b shows the harvested seeds after normal moisture and N- (2-chloro-4-pyridyl) -N'-phenylurea (N- (2-chloro-4-pyridyl) -N'-phenylurea; (B) abbreviated Northern blot analysis of Cv20ox gene expression between harvested seeds.

레인 1 : 수분 후 2 일째 레인 2 : 수분 후 3 일째Lane 1: 2 days after pollination Lane 2: 3 days after pollination

레인 3 : 수분 후 4 일째 레인 4 : CPPU 처리 후 2 일째Lane 3: Day 4 After Moisture Lane 4: Day 2 After CPPU Treatment

레인 5 : CPPU 처리 후 3 일째 레인 6 : CPPU 처리 후 4 일째Lane 5: 3 days after CPPU treatment Lane 6: 4 days after CPPU treatment

도 6c는 본 발명의Cv20ox유전자의 발현 양상을 CPPU 처리후 10 일째의 외피와 내부 종자 조직에서 비교한 노던 블럿 분석 결과이고,Figure 6c is a result of Northern blot analysis comparing the expression pattern of the Cv20ox gene of the present invention in the outer skin and internal seed tissue 10 days after CPPU treatment,

레인 1 : 외피 레인 2 : 내부 종자 조직Lane 1: Jacketed Lane 2: Internal Seed Tissue

도 7은 본 발명의Cv20ox유전자 프로모터의 활성을 측정하기 위하여 상기 프로모터 하류에 리포터 유전자로서GUS(β-glucuronidase) 유전자를 클로닝한 재조합 발현벡터 pGA2118의 개열 지도를 나타낸 것이고,Figure 7 shows a cleavage map of the recombinant expression vector pGA2118 cloned GUS (β-glucuronidase) gene as a reporter gene downstream of the promoter in order to measure the activity of the Cv20ox gene promoter of the present invention,

도 8은 상기 pGA2118 재조합 벡터를 입자 충격법 (particle bombardment)을 이용하여 수박의 다양한 기관에서 일시적 형질전환 (transient expression) 시킨 후,GUS리포터 유전자의 발현을 조직화학적으로 검출한 결과이고,8 is a result of histochemical detection of the expression of the GUS reporter gene after transient expression of the pGA2118 recombinant vector in various organs of watermelon using particle bombardment.

A : 수분 후 8 일째의 발생 중인 종자A: developing seeds on day 8 after pollination

B : 평행으로 자른 수분 후 8 일째의 종자 내부B: Inside the seed at 8 days after pollination cut in parallel

C : 잎 D : 뿌리C: Leaf D: Root

F : 배축 G : 자엽F: Axle G: Cotyledon

도 9는Cv20ox유전자 프로모터 하류에Cv20ox유전자를 역방향으로 연결하고, 선별 표지 유전자로서 테트라사이클린 및 카나마이신 저항성 유전자를 삽입한 바이너리 벡터 (binary vector) (KCCM-10216)의 개열지도이다.9 is a cleavage map of a binary vector (KCCM-10216) in which the Cv20ox gene is reversely linked downstream of the Cv20ox gene promoter and tetracycline and kanamycin resistance genes are inserted as selection marker genes.

본 발명은 수박 (Citrullus lanatus)의 발생중인 종자로부터 분리한 종피 특이적Cv20ox유전자 프로모터에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 수박의 종자 발생시 외피 조직 (integumental tissue)에서는 강하게 발현되고 종자 내부 조직에서는 약하게 발현되는 조직 특이적 발현 양상을 보이는 GA 20-산화효소를 코딩하는Cv20ox유전자, 이의 종피 특이적 발현을 조절하는Cv20ox유전자 프로모터 및 이를 이용하여 씨 없는 식물체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an endothelial specific Cv20ox gene promoter isolated from a developing seed of watermelon ( Citrullus lanatus ). Specifically, the present invention is strongly expressed in the integumental tissue and weakly expressed in the seed internal tissue during the generation of watermelon seeds. The present invention relates to a Cv20ox gene encoding a GA 20-oxidase showing a tissue-specific expression pattern, a Cv20ox gene promoter for regulating its endothelial specific expression, and a method for producing a seedless plant using the same.

본 발명은 수박 (Citrullus lanatus)의 발생중인 종자로부터 분리한 종피 특이적Cv20ox유전자 및 상기 유전자의 종피 특이적 발현을 조절하는 프로모터를 제공한다.The present invention provides an endothelial specific Cv20ox gene isolated from the developing seed of watermelon ( Citrullus lanatus ) and a promoter regulating the endothelial specific expression of the gene.

상기Cv20ox유전자의 cDNA는 1420개의 뉴클레오타이드로 이루어지며 (서열번호 3 참조), 379개의 아미노산 잔기로 구성된 지베렐린 20-산화효소 (GA 20-oxidase) 단백질을 코딩하고 (서열번호 4 참조), His-239, Asp-241, 및 His-295 로 구성되는 Fe2+결합 부위 (Fe2+binding motif)와 2-옥소글루타레이트 (2-oxoglutarate) 결합 부위를 포함하는 2-옥소글루타레이트-의존성 디옥시게나아제 (2-oxoglutarate-dependent dioxygenases)에 전형적인 보존적 지역을 갖는다. 또한, 상기 유전자에 의해 암호화되는 GA 20-산화효소는 기존에 밝혀진 다른 식물의 GA 20-산화효소의 아미노산 서열과 매우 유사한 아미노산 서열을 가지고 있는데, 구체적으로, 마라 마크로카르프스 (Marah macrocarpus)의 GA 20-산화효소와는 76%, 호박의 GA 20-산화효소와는 63%의 상동성을 나타내고, 완두콩, 콩, 아라비돕시스, 시금치 및 양상추의 GA 20-산화효소들과도 50% 이상의 상동성을 나타낸다 (도 1a 및 1b 참조).The cDNA of the Cv20ox gene consists of 1420 nucleotides (see SEQ ID NO: 3), encodes a Gibberellin 20-oxidase protein consisting of 379 amino acid residues (see SEQ ID NO: 4), His-239 , Fe 2+ binding site (Fe 2+ binding motif) and 2-oxoglutarate (2-oxoglutarate) 2-oxoglutarate comprising a binding site consisting of Asp-241, and His-295 - dependent dioxide It has a conservative region typical of siogenases (2-oxoglutarate-dependent dioxygenases). In addition, the GA 20-oxidase encoded by the gene has an amino acid sequence that is very similar to the amino acid sequence of the GA 20-oxidase of other plants previously known, specifically, GA of Marah macrocarpus ( Marah macrocarpus) 76% homologous to 20-oxidase and 63% homologous to GA 20-oxidase in amber, and 50% or more homologous to GA 20-oxidases in peas, beans, arabidopsis, spinach and lettuce (See FIGS. 1A and 1B).

수박 종자의 DNA 및 RNA 블럿 분석 결과, 상기Cv20ox유전자는 수박 게놈 DNA 내 하나 또는 두 개의 사본 수 (copy number)로 존재하며 (도 2참조), 발생중인 종자를 제외한 다른 생식 기관 또는 생장 기관에서는 전혀 발현되지 않는데, 특히 상기 유전자는 종자의 다양한 여러 조직중 외피 조직에서는 매우 강하게 발현되는 반면, 종자의 내부 조직에서는 약하게 발현되는 공간적 발현 양상을 나타낸다 (도 3a, 3b 참조).DNA and RNA blot analysis of watermelon seeds revealed that the Cv20ox gene is present in one or two copy numbers in the watermelon genomic DNA (see FIG. 2 ), and is absent in other reproductive or growing organs other than the developing seed. In particular, the gene exhibits a spatial expression pattern that is very strongly expressed in the outer tissue of the various various tissues of the seed, while weakly expressed in the inner tissue of the seed (see FIGS. 3A and 3B).

또한, 조직 내 혼성화 실험 (in situhybridization) 결과에 따르면, 상기Cv20ox유전자의 전사체는 수박종자의 발생시 종자 외피 조직의 내층에 대부분이존재하는 분포양상을 나타낸다 (도 4의 B, E 및 G 참조).Cv20ox유전자의 시간적 발현 양상을 보면, 수분 후 3 일째의 종자에서부터 발현되기 시작하여 수분 후 15 일째까지 매우 강하게 발현된다 (도 5 참조).In addition, according to the results of in situ hybridization, the transcript of the Cv20ox gene shows a distribution pattern mostly present in the inner layer of the seed envelope tissue when watermelon seeds are generated (see FIGS. 4B, E, and G). ). In terms of temporal expression of the Cv20ox gene, it is expressed from seeds at 3 days after pollination and is very strongly expressed at 15 days after pollination (see FIG. 5).

한편, 지베렐린이 상기Cv20ox유전자의 발현 수준에 미치는 영향을 조사하기 위해 대조구로서 수크로오즈 합성효소 (sucrose synthase) 유전자의 발현 수준과 비교하여 GA3의 처리 유무에 따른 발현 양상을 조사한 결과, GA3를 처리한 경우 수크로오즈 합성효소의 발현에는 아무런 영향이 없었으나,Cv20ox유전자의 발현은 크게 억제되었다 (도 6a 참조). 이는 기존에 보고된 다른 식물의 예에서와 같이, 수박 종자의Cv20ox유전자의 발현 또한 과다한 지벨렐린에 의해 피드백 조절 (feedback regulation)을 받음을 보여주는 것이다.On the other hand, results of gibberellin is compared to the level of expression of sucrose gene synthase (sucrose synthase) as a control to examine the effect of the level of expression of the Cv20ox gene examined the expression pattern of the process the presence of GA 3, GA 3 In the case of treatment, there was no effect on the expression of sucrose synthase , but the expression of Cv20ox gene was greatly suppressed (see FIG. 6A). This shows that, as in the case of other plants reported previously, the expression of the Cv20ox gene of watermelon seeds is also subject to feedback regulation by excessive gibberellin.

본 발명의 또다른 실시예에서 식물의 단위 결실 (parthenocarpy)을 촉진하는 화학물질인 CPPU를 처리한 후 유전자 발현 양상을 노던 블럿 분석에 의해 정상적으로 수분된 종자와 비교하여 조사한 결과, CPPU에 의해 유도된 단위결실 열매 (Parthenocarpic fruits)에서Cv20ox유전자는 조기에 발현되었다 (도 6b 참조). 이는 CPPU 처리에 의해 촉진된 종자 및 열매의 조기 발생에 기인하는 것으로 판단된다. 한편, 상기 유전자의 전사체는 종자 외피에서 강하게 발현되고 종자 내부에서는 약하게 발현되는 발현양상을 나타내는데 (도 6c 참조), CPPU가 처리된 종자는 배나 배유로 발달하지 못하므로 상기와 같이 종자 내부에서 관찰되는 GA 20-산화효소의 전사체는 모세포 조직 예를 들면, 뉴셀러스 (nucellus) 조직 또는 전이 세포등에서 발현되는 것임을 암시한다.In another embodiment of the present invention, after processing CPPU, a chemical that promotes plant parthenocarpy, gene expression patterns were investigated by comparing with normal pollinated seeds by Northern blot analysis. The Cv20ox gene was early expressed in Parthenocarpic fruits (see FIG. 6B). This is believed to be due to the early occurrence of seeds and fruits promoted by CPPU treatment. On the other hand, the transcript of the gene is strongly expressed in the seed envelope and weakly expressed in the interior of the seed (see Figure 6c), CPPU-treated seed is not observed in the seed as described above because it does not develop into embryos or endosperm. The transcript of GA 20-oxidase, which is expressed, is expressed in parental tissue such as nucellus tissue or metastatic cells.

본 발명은 또한 상기 수박의 발생중인 종자로부터 분리한Cv20ox유전자의 종피 특이적 발현을 조절하는 프로모터를 제공한다.The present invention also provides a promoter that regulates the endothelial specific expression of the Cv20ox gene isolated from the developing seed of watermelon.

Cv20ox프로모터 부위는 서열번호 5로 기재되는 염기 서열로 구성되며, 번역 개시 코돈 (translation start codon)으로부터 132 뉴클레오타이드 상류 부위에 TATA 박스 (TATAAATC box)로 추정되는 부위가 존재하고, A/T 풍부 서열 부위로서 19 bp 이상의 A/T 뉴클레오타이드를 세부분 포함한다. 이러한 염기 서열의 분포는 이미 A/T 함량이 높으며, 여러 개의 긴 A/T 풍부 서열을 포함한다는 것이 알려진 카나발리아 (Canavalia)의 주요 종자 저장 단백질 유전자 중 하나인ConA유전자의 5' 상류 부위의 염기 서열 분포와 유사하다. 또한, 상기 유전자의 5' 상류 부위의 A/T 풍부 서열은 전사 촉진에 중요한 역할을 한다고 알려져 있으므로 (Yamamoto 등,Plant Mol Biol27: 729-741, 1995)Cv20ox유전자의 프로모터 부위는Cv20ox유전자의 발현을 조절하는 매개 신호를 밝히기 위해 유용할 뿐만 아니라 상기 프로모터에 식물생장조절 관여 유전자를 연결하여 식물체에 도입하면 종피에서 식물생장조절물질의 과발현을 조절할 수 있으므로 씨 없는 과일을 만드는 생산방법에 유용하게 이용될 수 있다. The Cv20ox promoter region consists of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5, a region presumed to be the TATAAATC box at the 132 nucleotides upstream from the translation start codon, and an A / T-rich sequence region As more than 19 bp of A / T nucleotides. The distribution of this base sequence is already high in A / T content and is located in the 5 'upstream region of the ConA gene, one of the major seed storage protein genes of Canavalia, which is known to contain several long A / T rich sequences. Similar to base sequence distribution. Further, A / T rich sequences in the 5 'upstream region of the gene, so known to play an important role in promoting the transfer (such as Yamamoto, Plant Mol Biol 27: 729-741, 1995) the promoter region of Cv20ox gene expression of genes Cv20ox Not only useful for revealing the mediation signal to control the plant, but also by connecting the genes involved in plant growth regulation to the promoter and introduced into the plant can control the overexpression of plant growth regulators in the seedling, so useful for the production method of making seedless fruit Can be.

본 발명자들은Cv20ox유전자 프로모터의 종피 특이적 활성을 조사하기 위하여, 상기 프로모터를 발현이 용이하고 식물체 내에서 복잡한 관계를 거치지 않아도 그 발현 양상을 쉽게 확인할 수 있는 리포터 유전자에 연결하여 일시적 발현 시스템을 구축한다. 그 바람직한 예로서, 상기Cv20ox유전자 프로모터 하류에 리포터 유전자로서 GUS (β-glucuronidase) 코딩 부위를 융합시킨 발현 벡터를 제조하여 이를 수박의 다양한 기관으로 삽입시킨 후 GUS 염색에 의한 발현양상을 확인한 결과,Cv20ox유전자 프로모터의 활성은 발생 중인 종자의 외피 조직에서만 검출되고, 특히 핵에 인접한 층에서 매우 강하게 검출된 반면, 잎, 뿌리, 배축 및 자엽과 같은 비생식 기관에서는 전혀 검출되지 않았다 (도 8 참조).In order to investigate the endothelial specific activity of the Cv20ox gene promoter, the present inventors construct a transient expression system by connecting the promoter to a reporter gene which is easy to express and can easily identify its expression without complex relationships in plants. . That in a preferred embodiment, the Cv20ox gene promoter as a reporter gene at the downstream was prepared by placing them in various organs of watermelon an expression vector that combines the GUS (β-glucuronidase) coding region results confirmed the expression pattern of the GUS staining, Cv20ox The activity of the gene promoter was detected only in the outer tissue of the developing seed, especially very strongly in the layers adjacent to the nucleus, while not at all in non-reproductive organs such as leaves, roots, hypocotyls and cotyledon (see FIG. 8).

또한, 서열번호 5로 기재되는Cv20ox유전자 프로모터의 염기 서열에서 연속한 23개 이상의 서열과 동일한 염기 서열을 갖는 프로모터도 본 발명의 범위에 속한다. 즉, 상기와 같이 연속한 23개 이상의 염기가Cv20ox유전자 프로모터의 염기 서열과 동일하고, 프로모터의 조절 기능에 영향을 미치지 않는 일부 염기 서열을 치환, 변형, 삭제 또는 부가한 프로모터도 본 발명의Cv20ox유전자 프로모터와 마찬가지로 종피 특이적 유전자 발현을 조절할 수 있으며, 이를 씨 없는 수박 등의 제조에 이용할 수 있다. 이론적으로 연속한 염기 서열 23개가 동일할 확률은 423개 (7.03 x 1013) 중 하나로 매우 낮으며, 또한 GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) 탐색 결과, 특정 유전자에서 23개 이상의 연속된 염기 서열로서 본 발명의Cv20ox유전자 프로모터의 23개 이상 연속 염기 서열과 동일성을 보이는 것은 없다. 따라서 서열번호 5로 기재되는 염기 서열 자체는 물론 상기 염기 서열에서 연속되는 23개 이상의 염기 서열과 동일한 염기 서열을 갖는 것도 본 발명의Cv20ox유전자 프로모터와 동일성의 범주에 속함을 알수 있다.Also within the scope of the present invention are promoters having the same nucleotide sequence as the 23 or more consecutive sequences in the nucleotide sequence of the Cv20ox gene promoter set forth in SEQ ID NO: 5. That is, more than 23 nucleotide contiguous, as the same as the nucleotide sequence of Cv20ox gene promoter, and replacing some sequences do not affect the control of the promoter, modified, deleted or added in the promoter also Cv20ox gene of the present invention As with the promoter, it is possible to regulate the expression of the endothelial specific gene, which can be used for the production of seedless watermelon and the like. Theoretically, the probability of identical 23 consecutive sequencing sequences is very low, one of 4 23 (7.03 x 10 13 ), and also found in GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) There are no more than 23 contiguous nucleotide sequences in a particular gene that show identity with at least 23 contiguous nucleotide sequences of the Cv20ox gene promoter of the invention. Therefore, it can be seen that the base sequence itself described in SEQ ID NO: 5 as well as having the same base sequence as 23 or more consecutive base sequences in the base sequence belong to the category of identity with the Cv20ox gene promoter of the present invention.

아울러, 본 발명은 상기Cv20ox유전자 프로모터를 이용하여 씨 없는 과일을 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing seedless fruit using the Cv20ox gene promoter.

구체적으로 본 발명의Cv20ox유전자 프로모터를 이용하여 씨 없는 과일을 제조하는 방법은 1) 상기Cv20ox유전자 프로모터의 하류에 식물 생장 조절 물질을 암호화하는 유전자를 기능적으로 연결한 발현벡터를 제작하고, 2) 상기 발현벡터로 목적하는 식물체를 형질전환한 다음, 3) 형질전환 식물체를 선별하여 재분화를 유도하고, 4) 토양에 순화시키고, 5) 상기 형질전환 식물체의 꽃에 대해 자연적인 수분 (pollination)을 억제한 상태로 유지하며 과일의 결실 및 생장을 유도하는 단계를 포함한다.Specifically, a method for producing seedless fruit using the Cv20ox gene promoter of the present invention includes 1) preparing an expression vector functionally linked to a gene encoding a plant growth regulator downstream of the Cv20ox gene promoter, and 2) Transform the desired plant with an expression vector, then 3) select the transgenic plant to induce regeneration, 4) purify it to soil, and 5) inhibit natural pollination of the flower of the transgenic plant. Maintaining the state and inducing fruit deletion and growth.

이에 관해서는 자방 특이적 프로모터에 기능적으로 연결된 식물 생장 조절 물질 유전자로 형질전환한 식물체로부터 씨 없는 과일을 얻는 것에 관한 공지의 방법 (Giuseppeet al., Nature Biotechnology15: 1398-1402, 1997) 등을 참고할 수 있다.In this regard, known methods (see Giuseppe et al., Nature Biotechnology 15: 1398-1402, 1997) on obtaining seedless fruits from plants transformed with plant growth regulator genes functionally linked to a room-specific promoter are described . For reference.

상기에서, 씨 없는 과일을 제조하기 위한 식물 생장 조절 물질 유전자로는iaaM, iaaH,또는ipt유전자 등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 트립토판 모노옥시게나제 (tryptophan mono-oxigenase)를 암호화하는 유전자인iaaM을 이용하는 것이 좋다.In the above, a seed plant growth regulator gene for the production of fruit without the iaaM, iaaH, or may use the ipt gene and the like, preferably tryptophan mono oxide gene coding for the (tryptophan mono-oxigenase) dioxygenase iaaM It is good to use.

IaaM유전자는 트립토판을 인돌아세트아마이드 (indolacetamide)로 산화시키는 트립토판 모노옥시게나제를 암호화하며, 이에 의해 생성된 인돌아세트아마이드는 그 자체로는 식물 생장 호르몬의 하나인 옥신 (auxin) 활성을 갖지 않지만, 화학적으로 또는 식물의 하이드롤라제 (hydrolase) 등과 같은 효소의 작용에 의해 대표적인 옥신의 형태인 IAA로 서서히 전환된다. 따라서, 종피 특이적인 발현을 조절하는Cv20ox유전자 프로모터에 의해 자방에서 상기iaaM유전자가 과발현 됨에 따라 정상적으로 수분이 되지 않은 상태에서도 마치 수분 또는 수정이 이루어진 것과 마찬가지로 높은 식물 생장 호르몬의 농도를 나타내게 되며, 이에 따라 씨가 없는 과일의 결실 및 생장이 이루어지게 된다. 특히,iaaM유전자를 이용하여 씨 없는 과일을 제조하는 경우, 일반적으로 수분 및 수정이 어려운 조건 하에서도 외부에서 별도의 식물 호르몬을 처리하지 않아도 씨 없는 과일을 만들 수 있는 장점이 있으며, 결과적으로 기존의 방법에 비해 씨 없는 과일의 제조에 필요한 노동력 및 재배를 위한 온실 온도 조절에 필요한 비용 등의 면에서 보다 유리한 결과를 얻을 수 있다. The IaaM gene encodes tryptophan monooxygenase, which oxidizes tryptophan to indolacetamide, and the indoleacetide produced thereby does not have auxin activity, which is one of the plant growth hormones, Chemically or by the action of enzymes such as plant hydrolase, it is slowly converted to IAA, a representative form of auxin. Therefore, as the iaaM gene is overexpressed by the Cv20ox gene promoter that regulates the endothelial specific expression, high plant growth hormone concentrations are expressed as if water or fertilization was performed, even in a state in which water was not normally pollinated. Seedless fruit will grow and grow. In particular, when the seedless fruit is manufactured using the iaaM gene, there is an advantage in that the seedless fruit can be made without the treatment of a separate plant hormone from the outside even under conditions of moisture and fertilization. Compared to the method, more favorable results can be obtained in terms of the labor required for the production of seedless fruits and the cost of controlling the greenhouse temperature for cultivation.

또한, 상기 씨 없는 과일의 제조방법에서,Cv20ox유전자 프로모터로는 서열 번호 5로 기재되는 염기 서열을 가지며, 수박의 종피에서 특이적으로 발현되는 유전자 프로모터는 물론, 연속하는 23개 이상의 염기에서 서열 번호 5의 프로모터와 동일성을 갖는 뉴클레오타이드로서 수박 또는 다른 식물체에서 분리된 것도 사용할 수 있다. 본 발명에서 프로모터란 일반적으로 사용되는 의미, 즉 전사 (transcription) 시작 위치의 상류의 염기 서열로서 전사 개시를 위해 DNA-의존성 RNA 중합효소 (DNA-dependent RNA polymerase)가 직, 간접적으로 인식 또는 결합하는 부위 또는 이를 포함하는 상류의 전사 조절 부위를 의미하는 것으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 프로모터 부위와 함께 인트론 (intron)을 포함하는 비코딩 서열 (untranslated signal regions)을 포함하는 의미로 사용될 수도 있다. 즉, 씨 없는 과일의 제조를 위한Cv20ox유전자 프로모터로는 서열 번호 5의 프로모터 부위에 더하여Cv20ox유전자의 비코딩 서열을 함께 사용할 수 있다.In addition, in the method of preparing the seedless fruit, the Cv20ox gene promoter has a nucleotide sequence as set out in SEQ ID NO: 5, and the sequence is expressed in 23 or more consecutive bases, as well as in a gene promoter specifically expressed in the seed of watermelon. As a nucleotide having identity with the promoter of 5, one isolated from watermelon or other plants can also be used. In the present invention, a promoter is a meaning generally used, that is, a base sequence upstream of a transcription start position, to directly or indirectly recognize or bind a DNA-dependent RNA polymerase to initiate transcription. It may be used to mean a site or an upstream transcriptional regulatory site comprising the same, and may be preferably used to include untranslated signal regions including introns with a promoter site. That is, as a Cv20ox gene promoter for the production of seedless fruit, a non-coding sequence of the Cv20ox gene may be used together in addition to the promoter region of SEQ ID NO: 5.

한편, 상기 씨 없는 과일을 제조하는 방법에 있어 형질전환 식물체의 제조, 재분화, 뿌리 유도 및 토양 순화 등의 과정은 일반적으로 식물체의 형질전환을 위해 사용되는 공지의 방법들이 이용될 수 있다.On the other hand, in the method for producing the seed-free fruit, a process of preparing a transgenic plant, re-differentiating, inducing roots and purifying soil, etc. may generally use known methods used for plant transformation.

이상과 같은 과정을 거쳐 제조된 형질전환 식물체로부터 씨 없는 과일을 제조하는 과정은 형질전환 식물체의 꽃의 수분을 억제한 상태에서 iaaM의 과발현에 따라 과일의 결실 및 생장이 이루어지게 되는데, 바람직하게는 꽃밥이 열리기 전 (before dehiscence of anthers), 꽃의 길이가 약 2~3 cm 정도에 달했을 때에 꽃을 종이 백 등으로 싸서 약 1달 가량 수분 및 수정을 억제함으로써 이루어진다.In the process of preparing the seedless fruit from the transformed plant prepared through the above process, fruit is deleted and grown in accordance with the overexpression of iaaM while suppressing the moisture of the flower of the transgenic plant. Before anther is opened (before dehiscence of anthers), flowers are wrapped in a paper bag when the length of the flower reaches about 2 ~ 3 cm.

본 발명의Cv20ox유전자 프로모터를 이용한 씨 없는 과일의 제조방법은 다양한 식물체에 적용할 수 있으며, 바람직하게는 수박 또는 메론과 같은 박과 식물에 적용할 수 있으나, 상기 프로모터의 기능적 발현이 이루어질 수 있는 식물체라면 모두 적용 가능하며 상기 언급된 것에 한정되는 것은 아니다.The method for producing seedless fruit using the Cv20ox gene promoter of the present invention can be applied to various plants, and preferably to watermelon and plants such as watermelon or melon, but the plant can be functionally expressed. All of the ramen is applicable and not limited to those mentioned above.

한편, 본 발명의Cv20ox유전자 프로모터를 이용한 씨 없는 과일의 또다른 제조방법으로는, 상기 프로모터에Cv20ox유전자를 역방향으로 연결하여 정상적인Cv20ox유전자의 발현을 억제함으로써 종자의 발생을 억제하는 방법이 있다.Cv20ox는 모노옥시게나아제에 의해 합성된 GA12또는 GA53을 산화시켜 생리적 활성을 갖는 C19-GAs를 합성하는 효소로 종자 발생의 초기 및 후기 단계에 관여한다. 지베렐린 결핍 돌연변이주에서 확인된 바와 같이 지베렐린의 발현이 종자의 발생에 필수적이므로, 상기 프로모터에Cv20ox유전자를 역방향으로 연결시켜 그 발현을 억제함으로써 종자 발생을 억제하여 씨 없는 과일을 제조할 수 있다.On the other hand, as another method for producing a seedless fruit using the Cv20ox gene promoter of the present invention, there is a method of inhibiting seed generation by inhibiting the expression of normal Cv20ox gene by connecting the Cv20ox gene to the promoter in a reverse direction. Is an enzyme that oxidizes GA 12 or GA 53 synthesized by monooxygenase to synthesize C 19 -GAs with physiological activity and is involved in the early and late stages of seed development. Since the expression of gibberellin is essential for seed development as confirmed in gibberellin-deficient mutant strains, seedless fruit can be produced by inhibiting seed generation by connecting Cv20ox gene to the promoter in the reverse direction and inhibiting its expression.

이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에서는Cv20ox유전자 프로모터에Cv20ox유전자를 역방향으로 연결하고, 다시 이에 T7'-5' 전사종결서열을 연결한 다음, pGA810 벡터 (An 등,Plant Molecular Biology Manual, Kluwer Academic, Dordrecht, Belgium, 1988)의 T-DNA의 왼쪽 경계 (left border)와 오른쪽 경계 (right border) 사이에 삽입시켜 pGA2257 발현벡터를 제조하였다. 상기 발현벡터는 선별 표지 유전자로서 테트라사이클린 (tetracyclin) 및 카나마이신 (kanamycin) 저항성 유전자를 포함하며, 발현벡터 pGA2257로 대장균 JM83을 형질전환하여, 상기 형질전환 대장균을 2000년 9월 29일자로 한국 미생물 보존센터에 기탁하였다 (기탁번호 : KCCM-10216)To this end, in a preferred embodiment of the present invention, the Cv20ox gene promoter is reversely connected to the Cv20ox gene, and the T7'-5 'transcription sequence is connected thereto, and the pGA810 vector (An et al., Plant Molecular Biology Manual , Kluwer Academic, PGA2257 expression vector was prepared by inserting between the left border and the right border of T-DNA of Dordrecht, Belgium, 1988). The expression vector contains tetracycline and kanamycin resistance genes as selection marker genes, and transforms E. coli JM83 with the expression vector pGA2257, thereby preserving the transformed E. coli microorganisms on September 29, 2000. Deposited to the center (Accession No .: KCCM-10216)

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.However, the following examples are only for exemplifying the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples, which will be apparent to those skilled in the art.

실시예Example

실시예 1Example 1 :: GA 20-산화효소 유전자GA 20-oxidase gene Cv20oxCv20ox 의 cDNA 분리CDNA Isolation

본 발명은 수박에서 지베렐린의 생합성에 관여하는 GA 20-산화효소 유전자를 분리하기 위하여, 발생중인 수박 종자로부터 cDNA 라이브러리를 제작하였다. 구체적으로, 수박 (Citrullus lanatus(Thunb.) var., COUNTRY HOME)의 제1세대 (F1) 잡종을 사용하여 온실에서 낮에는 30 ~ 35℃로, 밤에는 15 ~ 20℃의 온도를 유지하면서 배양하였다. 수분 (pollination) 시킨 후 6 내지 10 일째의 수박 종자로부터 올리고(dT)-셀룰로오스 크로마토그래피를 이용하여 폴리 (A)+mRNA를 추출하였다. cDNA 라이브러리는 Stratagene사의 ZAPII cDNA cloning kit와 Gigapack III Gold를 이용하여 회사에서 제공된 방법에 따라 제작하였다. 상기의 cDNA 라이브러리는 대장균 (E. coliXL1-Blue, Stratagene) 내에서 증폭시켰으며, 초기 플라크 형성수 (plaque forming units)가 4 × 106인 독립 재조합물로서, 저빈도 클론을 포함하기에 충분하였다.In order to isolate the GA 20-oxidase gene involved in the biosynthesis of gibberellin in watermelon, cDNA library was constructed from the watermelon seeds that were being generated. Specifically, the first generation (F1) hybrid of watermelon ( Citrullus lanatus (Thunb.) Var., COUNTRY HOME) was cultured in a greenhouse at 30 to 35 ° C. during the day and 15 to 20 ° C. at night. It was. Poly (A) + mRNA was extracted from the watermelon seeds 6 to 10 days after pollination using oligo (dT) -cellulose chromatography. cDNA library was prepared according to the method provided by the company using Stratagene's ZAPII cDNA cloning kit and Gigapack III Gold. The cDNA library was amplified in Escherichia coli ( E. coli XL1-Blue, Stratagene) and was an independent recombinant with an initial plaque forming unit of 4 × 10 6 , sufficient to contain low-frequency clones. It was.

상기의 cDNA 라이브러리로부터 GA 20-산화효소 유전자의 cDNA만을 분리하기 위하여 GA-20 산화효소 내 보존적 서열 (consensus sequence)에 대한 프라이머 (degenerate primer)를 사용하여 중합효소 연쇄반응 (PCR)을 수행하였다. 구체적으로, 서열번호 1로 기재되는 순방향 프라이머와 서열번호 2로 기재되는 역방향 프라이머를 사용하였으며, 상기에서 얻은 수분 후 6 ~ 10 일째의 종자 cDNA 라이브러리로부터 분리된 DNA들을 주형으로 PCR을 수행하였고, PCR 반응은 94℃에서 5분간 가열하여 변성시킨 다음, 94℃에서 1분, 40℃ 또는 50℃에서 1분 그리고 72℃에서 1분의 조건으로 40회를 반복 수행한 후, 72℃에서 10분간 증폭시켜 반응을 종결하였다. 상기 PCR 반응으로 얻은 300 bp의 DNA 절편을 아가로오즈 겔 전기영동에 의해 분리하여 pGEM-T Easy 벡터 (Promega)에 클로닝하였다. 상기 클론을 DNA 서열 분석 키트 (Big DyeTM Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction, PE Applied Biosystems) 및 서열 분석기 (model ABI 373 DNA Sequencer, Applied Biosystems)를 이용하여 염기 서열을 분석하였다.In order to separate only the cDNA of GA 20-oxidase gene from the cDNA library, polymerase chain reaction (PCR) was performed using a degenerate primer for the consensus sequence in GA-20 oxidase. . Specifically, a forward primer described in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer described in SEQ ID NO: 2 were used, and PCR was performed using DNAs isolated from the seed cDNA library 6 to 10 days after the obtained minutes, and PCR. The reaction was denatured by heating at 94 ° C. for 5 minutes, then repeated 40 times under conditions of 1 minute at 94 ° C., 1 minute at 40 ° C. or 50 ° C., and 1 minute at 72 ° C., followed by amplification at 72 ° C. for 10 minutes. The reaction was terminated. The 300 bp DNA fragment obtained by the PCR reaction was isolated by agarose gel electrophoresis and cloned into pGEM-T Easy vector (Promega). The clones were sequenced using a DNA sequence analysis kit (Big DyeTM Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction, PE Applied Biosystems) and a sequence analyzer (model ABI 373 DNA Sequencer, Applied Biosystems).

이렇게 해서 얻은 부분적인 (partial)Cv20oxcDNA를 탐침으로 Sambrook 등의 방법 (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Press)에 따라 상기 cDNA 라이브러리를 탐색하여Cv20ox전장 유전자 (full-length cDNA)를 분리하였다.The partial Cv20ox cDNA obtained in this way was searched for the cDNA library according to the method of Sambrook et al. (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Press) using a probe to isolate the Cv20ox full-length gene (full-length cDNA).

실시예 2Example 2 :: Cv20oxCv20ox 유전자의 염기 서열 분석Sequence analysis of genes

상기의 서열 분석 결과를 일본 DNA 정보 은행 (DNA Data Bank of Japan)의 블라스트 (BLAST) 프로그램을 사용하여 기존에 이미 밝혀진 GA 20-산화효소 유전자의 염기 서열과 비교하였다.The results of the above sequencing analysis were compared with the nucleotide sequence of the GA 20-oxidase gene previously known using the BLAST program of the DNA Data Bank of Japan.

그 결과, 상기 GA 20-산화효소 유전자로부터 추정되는 아미노산 서열은 다양한 식물 종의 GA 20-산화효소의 아미노산 서열과 높은 상동성을 나타내었다. 그러나, 상기 클론은 GA 20-산화효소 유전자의 일부분만을 포함하기 때문에, 상기에서 얻어진 300bp의 클론을 탐침으로 수박 종자의 cDNA 라이브러리를 탐색하여 GA 20-산화효소로 추정되는 전장 ORF를 포함하는 cDNA 클론을 확보하였다. 상기 클론은 서열번호 3으로 기재되는 1420개의 염기 서열로 이루어지며 379개의 아미노산 잔기로 구성된 단백질을 코딩하였다 (GenBank 수탁번호 AF074709). 또한, 상기 펩타이드는 His-239, Asp-241, 및 His-295로 구성되는 Fe2+결합 부위와 2-옥소글루타레이트 (2-oxoglutarate) 결합 부위를 포함하는 2-옥소글루타레이트-의존성 디옥시게나아제 (2-oxoglutarate-dependent dioxygenase)에 전형적인 보존적 부위 (consensus sequence)를 가지고 있었다.As a result, the amino acid sequence estimated from the GA 20-oxidase gene showed high homology with the amino acid sequence of GA 20-oxidase of various plant species. However, since the clone contains only a portion of the GA 20-oxidase gene, a cDNA clone containing a full-length ORF estimated to be GA 20-oxidase was searched for a cDNA library of watermelon seeds using a probe of 300 bp obtained above. Secured. The clone encoded a protein consisting of 1420 base sequences set forth in SEQ ID NO: 3 and consisting of 379 amino acid residues (GenBank Accession No. AF074709). In addition, the peptide is a 2-oxoglutarate-dependent comprising a 2-oxoglutarate binding site and a Fe 2+ binding site consisting of His-239, Asp-241, and His-295 It has a consensus sequence typical of 2-oxoglutarate-dependent dioxygenase.

상기 펩타이드의 서열 분석 결과, 서열번호 4로 기재되는 Cv20ox 펩타이드 서열은 공지의 GA 20-산화효소의 아미노산 서열과 매우 유사하였다 (도 1a 및 1b 참조). 구체적으로, 상기의 수박 종자로부터 분리한 Cv20ox 단백질은 마라 마크로카르프스 (Marah macrocarpus)의 GA 20-산화효소와는 76%, 호박의 GA 20-산화효소와는 63%의 아미노산 서열 상동성을 나타내었다. 또한, 상기 단백질은 완두콩, 콩, 아라비돕시스 (Arabidopsis), 시금치 및 양상추의 GA 20-산화효소들과도 50% 이상의 아미노산 서열 상동성을 나타내었다.Sequence analysis of the peptide showed that the Cv20ox peptide sequence set forth in SEQ ID NO: 4 was very similar to the amino acid sequence of the known GA 20-oxidase (see FIGS. 1A and 1B). Specifically, the Cv20ox protein isolated from the watermelon seeds showed amino acid sequence homology of 76% with GA 20-oxidase of Marah macrocarpus and 63% with GA 20-oxidase of amber. It was. In addition, the proteins are peas, beans, Arabidopsis (Arabidopsis), exhibited the spinach, and the GA 20- oxidase of lettuce and also at least 50% amino acid sequence homology.

실시예 3Example 3 :: 게놈 DNA상Genomic DNA Cv20oxCv20ox 유전자의 분포 양상Gene distribution pattern

수박 게놈 DNA 내Cv20ox유전자의 사본 수 (copy number)를 확인하기 위하여 게놈 DNA에 대한 서던 블럿 분석을 수행하였다. 구체적으로, 2주령인 수박의 잎으로부터 CTAB (cetyltrimethylammonium bromide, Rogers SO & Bendich AJ,Extraction of DNA from plant tissueA6:1-10, 1988) 방법을 이용하여 전체 게놈 DNA (total genomic DNA)를 분리하였다. 분리된 게놈 DNA를HindⅢ 또는EcoRI 제한효소로 절단하여 0.8% 아가로오즈 겔 상에서 전기영동으로 분리한 후, 겔 내의 DNA를 나일론 막 (Hybond-N, Amersham,)으로 옮겼다. 상기 나일론 막을 80°C에서 1시간 동안 가열하여 DNA를 막에 고정시켰다. 랜덤 프라이밍 방법 (random priming method; Sambrooket al.,Molecular Cloning,1989)을 통해 실시예 1에서 얻은 300bp cDNA 클론을32P로 표지한 후 이를 탐침으로 이용하여 게놈 DNA가 결합한 막에 혼성화를 실시하였다.Southern blot analysis of genomic DNA was performed to confirm the copy number of the Cv20ox gene in watermelon genomic DNA. Specifically, total genomic DNA was isolated from the leaves of two-week-old watermelons using CTAB (cetyltrimethylammonium bromide, Rogers SO & Bendich AJ, Extraction of DNA from plant tissue A6: 1-10, 1988) method. . The isolated genomic DNA was digested with Hin dIII or Eco RI restriction enzymes and subjected to electrophoresis on a 0.8% agarose gel, after which the DNA in the gel was transferred to a nylon membrane (Hybond-N, Amersham,). The nylon membrane was heated at 80 ° C. for 1 hour to fix DNA to the membrane. The 300 bp cDNA clone obtained in Example 1 was labeled with 32 P through a random priming method (Sambrook et al ., Molecular Cloning, 1989), and then hybridized to a membrane bound to genomic DNA using the probe as a probe. .

DNA가 완전 결합된 나일론 막에 전혼성화 용액 (7% SDS, 0.5M NaPO4, 1mM EDTA, 1% BSA)를 넣어 65°C 반응용 오븐에서 2시간 가량 방치한 후 표지된 DNA를 끓는 물에서 5분간 변성시킨 후, 혼성화 반응액을 첨가해 18시간 동안 반응시키고, 0.1x SSC, 0.1% SDS로 , 60°C에서 2회 세척한 후 X-선 필름에 감광시켰다.Prehybridization solution (7% SDS, 0.5M NaPO 4 , 1mM EDTA, 1% BSA) was added to nylon-bonded nylon membrane for 2 hours in a 65 ° C reaction oven. After denaturation for 5 minutes, the reaction mixture was added for 18 hours, and washed twice at 60 ° C. with 0.1 × SSC, 0.1% SDS, and then exposed to X-ray film.

그 결과,32P로 표지된 cDNA 탐침은 하나 또는 두 개의 주요 밴드에 혼성화되었는데 (도 2), 이는Cv20ox유전자가 수박 게놈 DNA 내 하나 또는 두 개의 사본 수로 존재함을 나타낸다. 또한, 약하게 혼성화된 밴드가 나타나는 것은Cv20ox유전자와 관련된 부가적인 유전자가 존재함을 의미한다.As a result, the cDNA probes were labeled with 32 P was hybridized to one or two main bands (Fig. 2), indicating that the gene is present in the Cv20ox one or two copies of the number watermelon genomic DNA. In addition, the appearance of a weakly hybridized band means that there is an additional gene associated with the Cv20ox gene.

실시예 4Example 4 :: Cv20oxCv20ox 유전자의 조직 특이적 발현 양상Tissue Specific Expression Patterns of Genes

<4-1> 전체 RNA 및 mRNA에 대한 노던 블럿 분석<4-1> Northern blot analysis of total RNA and mRNA

GA 20-산화효소 유전자Cv20ox의 조직 특이적 발현 양상을 조사하기 위하여, 전체 종자, 종자 외피 (integument), 종자 내부 조직, 수분 후 1 일째의 열매, 수분 후 2 내지 3 일째의 열매, 덩굴손 (tendril), 어린 잎, 웅성 꽃 및 수분되기 전의 씨방을 포함하는 다양한 생식 및 생장 기관으로부터 전체 RNA를 분리하여 노던 블럿 분석을 수행하였다 (Sambrooket al.,Molecular Cloning,1989).To investigate the tissue-specific expression of the GA 20-oxidase gene Cv20ox , the whole seed, seed integument, internal tissue of the seed, fruit 1 day after pollination, fruit 2 to 3 days after pollination, tendril Northern blot analysis was performed by separating total RNA from various reproductive and growth organs, including young leaves, male flowers, and ovaries before pollination (Sambrook et al ., Molecular Cloning, 1989).

구체적으로, 상기와 같은 다양한 기관으로부터 전체 RNA를 TRI 시약(Molecular Research Center)을 이용하여 추출하였다. 잎과 뿌리의 시료는 2주령의 식물로부터 채취하였고, 생식 기관 (floral organ) 시료는 해부 현미경을 사용하여 성숙된 꽃을 절단하여 얻었다. 추출된 전체 RNA의 10 내지 25 ㎍ 정도를 10x MOPS (0.2 M 3-(N-morpholino) propanesulfonic acid pH 7.0, 50 mM sodium acetate, 10 mM EDTA pH 8.0), 포름아마이드, 포름알데히드를 1:1.8:5의 비율로 첨가하여 총 20μl로 한 다음, 65°C에서 15분간 열처리하여 2차 구조를 풀어 주고, 포름알데히드 겔 로딩 완충용액 (50% glycerol, 1 mM EDTA pH 8.0, 0.25% bromophenol blue, 0.25% xylene cyanol FF) 2μl와 잘 섞어 포름알데히드 (2.2M)를 포함한 1% 아가로오즈 겔에서 4V/cm으로 천천히 전기영동하였다. 전개된 RNA를 1시간 정도 DEPC 처리한 물에 담궈 포름 알데히드를 제거한 뒤, 모세관 이동 방법으로 나일론 막으로 옮겨 주었고, 이후 상기 서던 블럿과 같은 방법으로 전혼성화 및 혼성화 반응을 수행하였다.Specifically, total RNA was extracted from various organs as described above using a TRI reagent (Molecular Research Center). Samples of leaves and roots were taken from plants of 2 weeks of age, and samples of reproductive organs (floral organs) were obtained by cutting mature flowers using an anatomical microscope. 10-25 μg of the extracted RNA was added at 10 × MOPS (0.2 M 3- (N-morpholino) propanesulfonic acid pH 7.0, 50 mM sodium acetate, 10 mM EDTA pH 8.0), formamide, formaldehyde, and 1: 1.8: Add to the ratio of 5 to make a total of 20μl, heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes to release the secondary structure, formaldehyde gel loading buffer solution (50% glycerol, 1 mM EDTA pH 8.0, 0.25% bromophenol blue, 0.25 2 μl of% xylene cyanol FF) was mixed well and electrophoresed slowly at 4V / cm on 1% agarose gel containing formaldehyde (2.2M). The developed RNA was immersed in DEPC treated water for about 1 hour to remove formaldehyde, and then transferred to a nylon membrane by capillary transfer. Then, prehybridization and hybridization were performed by the same method as the Southern blot.

그 결과,Cv20ox전사체는 약 1.4 kb의 밴드 위치에서 검출되었는데 (도 3a), 상기 밴드는 종자, 특히 종자의 외피 조직에서 강하게 검출되었으며, 종자의 내부 조직에서도 약하게 검출된 반면, 종자를 제외한 다른 생식 기관에서는 전혀 검출되지 않았다. 한편, 파종 후 15일 동안 성장한 실생의 자엽 (cotyledon), 배축 (hypocotyl), 줄기 분열조직 (shoot meristem) 및 뿌리로부터 분리한 mRNA를 사용한 노던 블럿 분석에서는Cv20ox전사체가 상기 발생 단계의 어떠한 기관에서도 검출되지 않았다 (도 3b).As a result, the Cv20ox transcript was detected at a band position of about 1.4 kb (FIG. 3a), which was strongly detected in the seed, in particular the outer tissue of the seed, weakly detected in the inner tissue of the seed, while other than the seed. It was not detected at all in the reproductive organs. On the other hand, Northern blot analysis using mRNA isolated from cotyledon, hypocotyl, shoot meristem, and root of 15 days after planting, Cv20ox transcript was detected in any organ in the developmental stage. Was not (Figure 3b).

<4-2> 조직 내 혼성화 실험 (<4-2> Tissue Hybridization Experiment ( in situin situ hybridization)hybridization)

한편, 발생중인 종자 내에서Cv20ox유전자의 발현 분포를 확인하기 위하여 조직 내 혼성화 (in situhybridization) 실험을 수행하였다. 구체적으로, 수박 종자를 FAA 고정 용액 (50% ethanol, 0.9 M glacial acetic acid, 및 3.7% formaldehyde)으로 처리하여 4℃에서 15시간 동안 고정시키고, 에탄올로 탈수시킨 다음 자일렌 (xylene)으로 여과하고, 파라핀 (paraffin, paraplast x-tra, OXFORD labware)으로 고정시켰다. 상기 파라핀으로 고정된 종자로부터 8 내지 10 ㎛ 크기의 절편 (section)을 잘라 벡타본드 (Vectabond, Vector Laboratories)가 코팅된 슬라이드로 옮겨 45℃에서 12시간 동안 건조시켜 조직 내 혼성화 실험을 위한 시료로 사용하였다. 한편, DIG 핵산 표지 키트 (DIG nucleic acid labeling kit, Roche Molecular Biochemicals)를 사용하여 디곡시게닌 (digoxigenin)이 표지된 RNA 탐침 (riboprobe)을 제조하였는데,Cv20oxcDNA의 안티센스 및 센스 RNA 탐침을 T7 및 T3 RNA 중합효소를 이용하여 합성하였다. 상기 슬라이드상의 절편을 단백질 분해효소 K (proteinase K, Roche Molecular Biochemicals)가 20 ㎍/㎖ 포함된 용액으로 37℃에서 30분 동안 처리한 후, 50% 포름아마이드 (formamide), 0.3 M NaCl, 20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 5 mM EDTA, 5 mM Na2HPO4, 10% 덱스트란 설페이트 (dextran sulphate), 1 덴하르츠 용액 (1 Denhardt's solution), 0.5 mg/㎖ 효모 tRNA, 80 g/㎖ 연어 정자 (salmon sperm) DNA 및 상기 디곡시게닌이 표지된 RNA 탐침 300 ng/㎖을 포함하는 용액으로 50℃에서 18시간 동안 아세틸화시키고 혼성화시켰다. 혼성화 반응이 종결된 후 남아있는 탐침을 제거하기 위하여, 상기 슬라이드를 20 ㎍/㎖의 RNA 분해효소 (RNase, Roche Molecular Biochemicals)로 처리하여 37℃에서 30분 동안 반응시킨 후 1×SSC (sodium citrate, sodium chloride) 및 0.1×SSC의 용액으로 55℃에서 각각 1 시간 동안 세척하였다. 상기 슬라이드 상에 혼성화된 탐침은 알카라인 포스파타제와 접합된 항-디곡시게닌 항체 (anti-digoxigenin alkaline phosphatase conjugate; Roche Molecular Biochemicals)와 반응시킨 후, 니트로 블루 테트라졸리움 (nitro blue tetrazolium, Roche Molecular Biochemicals) 및 5-브로모-4-클로로-3-인돌-인산 (5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate, Roche Molecular Biochemicals)을 발색기질로 이용하여 혼성화 부위를 측정하였다.Meanwhile, in situ hybridization experiments were performed to confirm the expression distribution of the Cv20ox gene in developing seeds. Specifically, watermelon seeds were treated with FAA fixative solution (50% ethanol, 0.9 M glacial acetic acid, and 3.7% formaldehyde) and fixed at 4 ° C. for 15 hours, dehydrated with ethanol, and then filtered with xylene. And paraffin (paraffin, paraplast x-tra, OXFORD labware). Sections of 8-10 μm size were cut from the seed fixed with paraffin and transferred to a slide coated with Vectabond (Vectabond, Vector Laboratories), and dried at 45 ° C. for 12 hours to be used as a sample for tissue hybridization experiments. It was. On the other hand, DIG nucleic acid labeling kit using (DIG nucleic acid labeling kit, Roche Molecular Biochemicals) digoxigenin (digoxigenin) were the production of a labeled RNA probe (riboprobe), the anti-sense and sense RNA probes Cv20ox cDNA T7 and T3 Synthesis was carried out using RNA polymerase. The sections on the slides were treated with a solution containing 20 μg / ml of proteinase K (Roche Molecular Biochemicals) at 37 ° C. for 30 minutes, followed by 50% formamide, 0.3 M NaCl, 20 mM. Tris-HCl (pH 7.5), 5 mM EDTA, 5 mM Na 2 HPO 4 , 10% dextran sulphate, 1 Denhardt's solution, 0.5 mg / ml yeast tRNA, 80 g / Acetylated and hybridized at 50 ° C. for 18 hours with a solution containing ml salmon sperm DNA and 300 ng / ml of the digoxigenin labeled RNA probe. In order to remove the remaining probe after the hybridization reaction was terminated, the slide was treated with 20 μg / ml RNA decomposing enzyme (RNase, Roche Molecular Biochemicals) and reacted at 37 ° C. for 30 minutes, followed by 1 × SSC (sodium citrate). , sodium chloride) and 0.1 × SSC were washed at 55 ° C. for 1 hour. The probe hybridized on the slide was reacted with an anti-digoxigenin alkaline phosphatase conjugate (Roche Molecular Biochemicals) conjugated with alkaline phosphatase, followed by nitro blue tetrazolium (Roche Molecular Biochemicals) and Hybridization sites were measured using 5-bromo-4-chloro-3-indole-phosphate (5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate, Roche Molecular Biochemicals) as a color substrate.

그 결과,Cv20ox전사체는 외피 조직의 내층에 풍부하게 존재하였는데(도 4의 B, E 및 G), 이는 <4-1>의 RNA 블럿 분석 결과와 일치하는 것이다. 하지만, 수박 종자의 내부 조직에서는Cv20ox유전자를 발현하는 조직 유형을 검출하지 못하였는데, 이는 아마도 종자의 내부조직에서는Cv20ox유전자가 매우 낮은 수준으로 발현하기 때문으로 판단된다.As a result, the Cv20ox transcript was abundantly present in the inner layer of the outer tissue (Figs. 4B, E and G), which is consistent with the RNA blot analysis of <4-1>. However, the internal tissues of watermelon seeds did not detect the type of tissue expressing the Cv20ox gene, presumably because the Cv20ox gene is expressed at very low levels in the internal tissues of the seeds.

실시예 5Example 5 :: Cv20oxCv20ox 유전자의 시간적 발현 양상Temporal Expression of Genes

수박의 종자 발생동안Cv20ox유전자의 시간적 발현 양상을 연구하기 위하여, 수분 후 3, 4, 6, 8, 10, 12 및 15 일째의 7 가지 종자로부터 RNA를 분리하여 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 노던 블럿 분석을 수행하였다.To study the temporal expression patterns of the Cv20ox gene during watermelon seed generation, RNA was isolated from seven seeds at 3, 4, 6, 8, 10, 12 and 15 days after pollination, and the northern method was performed in the same manner as in Example 4. Blot analysis was performed.

그 결과,Cv20ox전사체는 수분 후 3 일째의 종자에서부터 검출되기 시작하여 4 일째에 현저하게 증가하였으며, 15 일째까지 높은 수준으로 유지되었다 (도 5).As a result, Cv20ox transcripts began to be detected from seeds 3 days after pollination, increased significantly on day 4, and remained at high levels until day 15 (FIG. 5).

실시예 6Example 6 :: Cv20oxCv20ox 유전자의 발현 조절 양상Gene expression regulation

<6-1> 지베렐린이<6-1> Gibberellin Cv20oxCv20ox 유전자의 발현에 미치는 영향Effect on gene expression

본 발명자들은 수박 종자로부터 분리한Cv20ox유전자의 발현에 영향을 미치는 요인들을 조사하기 위하여, GA3및 CPPU를 처리하여 발현양상을 확인하였다.In order to investigate factors influencing the expression of the Cv20ox gene isolated from watermelon seeds, the present inventors treated GA 3 and CPPU to identify expression patterns.

먼저, GA3Cv20ox전사체의 발현 수준에 어떠한 영양을 미치는 지를 확인하기 위하여, 수분 후 3 일째의 열매에 0.1 % 트윈 20 (Tween 20)에 용해시킨 GA3300㎕를 처리하고 24시간 경과 후에 종자를 수확하여 RNA를 추출한 후 GA3를 처리하지 않은 종자에서 추출한 RNA와 함께 노던 블럿 분석을 수행하였다. 이때, 대조구로서 수크로오즈 합성효소 (sucrose synthase)의 전사체 발현 수준을 함께 측정하였다. 그 결과,Cv20ox의 발현은 GA3를 처리하지 않은 종자에 비해 GA3를 처리한 종자에서 억제되었고 수크로오즈 합성효소의 발현에는 아무런 변화가 나타나지 않았다 (도 6a). 이는 이미 여러 식물에서 보고된 바와 같이, 수박 종자의 GA 20-산화효소 유전자의 발현 또한 과량의 활성형 지베렐린에 의해 피드백 조절을 받는다는 것을 의미한다.First, in order to confirm what nutrients GA 3 affects the expression level of Cv20ox transcripts, 300 μl of GA 3 dissolved in 0.1% Tween 20 was treated in the fruit on day 3 after several minutes, and after 24 hours, Seeds were harvested and RNA extracted, followed by Northern blot analysis with RNA extracted from seeds not treated with GA 3 . At this time, the transcript expression level of sucrose synthase was measured together as a control. As a result, the expression of Cv20ox the expression of sucrose synthase was inhibited in seeds treated with GA 3 than seeds not treated with GA 3 did not notice any change (Fig. 6a). This means that the expression of the GA 20-oxidase gene of watermelon seeds, as already reported in several plants, is also subject to feedback regulation by excess active gibberellin.

<6-2> CPPU가<6-2> CPPU Cv20oxCv20ox 유전자의 발현에 미치는 영향Effect on gene expression

또한,Cv20ox유전자의 발현에 CPPU가 어떠한 영향을 미치는지를 확인하기 위하여 CPPU 처리에 의해 유도된 단위결실 열매 (Parthenocarpic)에서의Cv20ox유전자의 발현 양상을 조사하였다. 단위결실 열매의 발생을 유도하기 위하여 0.1% 트윈 20 수용액에 용해시킨 CPPU 100 ㎎/ℓ을 개화시기의 씨방에 처리하였다. 이후의 분석은 상기 <6-1>과 동일한 노던 블럿 분석 방법으로 수행하였다.In addition, the expression pattern of the gene in the unit Cv20ox deletion fruit (Parthenocarpic) induced by CPPU treatment was examined to confirm the expression of the CPPU how the affect of Cv20ox gene. In order to induce the generation of unit fruit, 100 mg / l of CPPU dissolved in 0.1% Tween 20 aqueous solution was treated in ovaries during flowering. Subsequent analysis was performed using the same Northern blot analysis method as in <6-1>.

그 결과, CPPU를 처리한 종자에서는 수분된 상태의 대조구에 비하여Cv20ox유전자가 조기 발현되었는데 (도 6b), 이러한Cv20ox유전자의 조기 발현은 아마도 CPPU의 처리에 의해 촉진된 종자 및 열매의 조기 발생에 기인한 것으로 판단된다. 또한, CPPU 처리 10 일 후에Cv20ox유전자의 발현 양상을 보면,Cv20ox유전자의 전사체는 주로 외피에 축적되고 종자의 내부에는 약하게 축적되었는데 (도 6c), 이는 CPPU를 처리한 종자는 배 또는 배유 (endosperm)로 발달하지 못하므로 상기와 같이 종자의 내부에서 관찰되는 GA 20-산화효소의 전사체는 아마도 뉴셀러스 (nucellus) 조직 또는 전이 세포 (transfer cell)에서 발현되는 것임을 암시한다.As a result, Cv20ox genes were expressed early in CPPU treated seeds as compared to the control group (FIG. 6B). Early expression of these Cv20ox genes was probably due to early development of seeds and fruits promoted by CPPU treatment. I think it was. In addition, the expression pattern of the Cv20ox gene 10 days after CPPU treatment, the transcripts of the Cv20ox gene mainly accumulated in the outer shell and weakly accumulated inside the seed (Fig. 6c), which means that the seed treated with CPPU is embryo or endosperm As described above, the transcript of GA 20-oxidase observed inside the seed is probably expressed in nucellus tissue or transfer cells.

실시예 7Example 7 :: Cv20oxCv20ox 유전자 프로모터의 클로닝Cloning of Gene Promoter

종피 특이적인 발현을 조절하는Cv20ox유전자 프로모터를 클로닝하기 위하여,Cv20ox프로모터 5' 상류 부위의 약 700 bp를 PCR 클로닝 키트 (PCR cloning kit, TaKaRa)를 이용하여 수박의 전체 게놈 DNA로부터 분리하였다. 상기로부터 분리된 수박 게놈 DNA 10 ㎍을HindⅢ 제한효소로 절단한 다음,HindⅢ 카세트 (cassette)에 삽입하여 PCR로 증폭하였다. 상기 PCR 산물을 pGEM-T Easy 벡터 (Promega)의HindⅢ 절단부위에 클로닝하여 재조합 벡터 pGA2044를 완성하였다.To clone the Cv20ox gene promoter that regulates the endogenous specific expression, about 700 bp upstream of the Cv20ox promoter 5 ′ was isolated from the whole genomic DNA of watermelon using a PCR cloning kit ( TAKaRa ). 10 μg of the watermelon genomic DNA isolated from the above was digested with Hin dIII restriction enzyme, inserted into a Hin dIII cassette, and amplified by PCR. The PCR product was cloned into the Hin dIII cleavage site of the pGEM-T Easy vector (Promega) to complete the recombinant vector pGA2044.

상기 재조합 벡터의 염기 서열을 분석한 결과,Cv20ox프로모터 5' 상류 부위는 서열번호 5로 기재되는 염기 서열로 구성되며 번역 개시 코돈으로부터 132 뉴클레오타이드 상류 부위에 TATA 박스 (TATAAATC box)로 추정되는 부위가 존재하였다. 또한, 상기 유전자의 5' 상류 부위는 72%의 A/T 함량을 보이는 A/T 풍부 서열을 가지며, 19 bp 이상의 A/T 뉴클레오타이드를 세부분 포함하고 있었다. 이러한 5' 상류 부위의 A/T 풍부 서열은 전사촉진에 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.As a result of analyzing the nucleotide sequence of the recombinant vector, the Cv20ox promoter 5 'upstream portion is composed of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5, and a region presumed as a TATAAATC box is located at 132 nucleotides upstream from the translation initiation codon. It was. In addition, the 5 'upstream portion of the gene had an A / T-rich sequence showing an A / T content of 72%, and contained more than 19 bp of A / T nucleotides. The A / T-rich sequence of this 5 'upstream region is believed to play an important role in the promotion of transcription.

실시예 8Example 8 :: Cv20oxCv20ox 유전자 프로모터의 활성 측정Activity measurement of gene promoter

실시예 7에서 분리된Cv20ox유전자 프로모터의 활성을 측정하기 위하여, 본발명자들은Cv20ox프로모터 부위에 리포터 유전자인 GUS 코딩 부위를 융합시킨 발현벡터를 제작하였다. 먼저, 높은 사본 수를 가지며 GUS 리포터 유전자를 포함하는 벡터 유도체인 pGA1230 (Clontech)의HindⅢ 및PstI의 절단부분에 상기 실시예 7에서 제작한 재조합 벡터 pGA2044로부터 얻은Cv20ox유전자의 0.7 kb 프로모터 절편 부분을 삽입하여 발현벡터 pGA2118을 제조하였다 (도 7). 상기 발현벡터 pGA2118를 텅스텐(tungsten) 입자 (M-10, BioRad)에 흡착시키고, 발현벡터 DNA가 흡착된 텅스텐 입자를 입자 충격기 (BioRad Biolistic PDS-1000/He, Bio-Rad Laboratories)를 사용하여 미리 입자 충격을 가해진 수박 식물체의 다양한 기관들로 상기 입자 충격기를 이용하여 삽입하였다. 발현벡터가 삽입된 수박 식물체의 다양한 기관들을 일부 잘라 X-Gluc (5-Bromo-4-Chloro-3-Indolyl-B-D-Glucuronic Acid, 1mg/ml) 용액에 침지한 후, 암흑 상태 27℃에서 30시간 동안 배양하고 해부현미경으로 관찰하여 GUS 리포터 유전자의 활성의 결과인 파란 세포 부위를 관찰하는 방법인 조직 화학적 검출 (histochemical detection) 방법을 통해 조사함으로써 융합 유전자의 일시적 발현을 측정하였다.In order to measure the activity of the Cv20ox gene promoter isolated in Example 7, the inventors prepared an expression vector in which the GUS coding region, a reporter gene, was fused to the Cv20ox promoter region. First, the 0.7 kb promoter fragment of the Cv20ox gene obtained from the recombinant vector pGA2044 prepared in Example 7 in the cleavage portion of Hin dIII and Pst I of pGA1230 (Clontech), a vector derivative having a high copy number and containing the GUS reporter gene. Was inserted to prepare an expression vector pGA2118 (Fig. 7). The expression vector pGA2118 is adsorbed onto tungsten particles (M-10, BioRad), and the tungsten particles to which the expression vector DNA is adsorbed are previously prepared using a particle bomber (BioRad Biolistic PDS-1000 / He, Bio-Rad Laboratories). The particle bombers were inserted into the various organs of the watermelon plants subjected to particle bombardment. The various organs of the watermelon plant with the expression vector inserted were partially cut and immersed in X-Gluc (5-Bromo-4-Chloro-3-Indolyl-BD-Glucuronic Acid, 1mg / ml) solution, and then 30 Transient expression of the fusion gene was measured by histochemical detection, which is a method of culturing for a period of time and observing with a dissecting microscope and observing the blue cell site resulting from the activity of the GUS reporter gene.

그 결과,Cv20ox프로모터의 활성은 발생 중인 종자의 외피 조직에서만 검출되었고, 특히 핵에 인접한 층에서 매우 강하게 검출된 (도 8의 B) 반면, 잎 (도 8의 C), 뿌리 (도 8의 D), 배축 (도 8의 E) 및 자엽 (도 8의 F)과 같은 비생식 기관에서는 검출되지 않았다. 상기의Cv20ox프로모터 융합 유전자의 발현 양상은 실시예 4에 나타난 조직 내 분포 실험 (in situlocalization)의 결과와 일치하였다.As a result, the activity of the Cv20ox promoter was detected only in the outer tissue of the developing seed, especially very strongly in the layer adjacent to the nucleus (FIG. 8B), whereas leaves (FIG. 8C), roots (D in FIG. 8) ), Non-reproductive organs such as hypocotyl (FIG. 8E) and cotyledon (F). The expression pattern of the Cv20ox promoter fusion gene was consistent with the results of in situ localization shown in Example 4.

실시예 9 : 씨 없는 식물체 제조를 위한 발현 벡터 제조Example 9 Expression Vector Preparation for Seedless Plant Preparation

Cv20ox유전자 프로모터에Cv20ox유전자를 역방향으로 연결하고, 다시 이에 T7'-5' 전사종결서열을 연결한 다음, pGA810 벡터 (An 등,Plant Molecular Biology Manual, Kluwer Academic, Dordrecht, Belgium, 1988)의 T-DNA의 왼쪽 경계 (left border)와 오른쪽 경계 (right border) 사이에 삽입시켜 pGA2257 발현벡터를 제조하였다 (도 9 참조). 상기 발현벡터는 선별 표지 유전자로서 테트라사이클린 (tetracyclin) 및 카나마이신 (kanamycin) 저항성 유전자를 포함한다. 상기 발현벡터 pGA2257로 대장균 JM83을 형질전환하여, 상기 형질전환 대장균을 2000년 9월 29일자로 한국 미생물 보존센터에 기탁하였다 (기탁번호 : KCCM-10216)Reverse link the gene to Cv20ox Cv20ox gene promoter, and again this is connected to T7'-5 'transcription termination sequence, and then, vector pGA810 (An, etc., Plant Molecular Biology Manual, Kluwer Academic, Dordrecht, Belgium, 1988) of T- The pGA2257 expression vector was prepared by inserting between the left and right borders of the DNA (see FIG. 9). The expression vector includes tetratracyclin and kanamycin resistance genes as selection marker genes. E. coli JM83 was transformed with the expression vector pGA2257, and the transformed E. coli was deposited at the Korea Microbial Conservation Center on September 29, 2000 (Accession No .: KCCM-10216).

Claims (17)

수박 (Citrullus lanatus) 종자에서 종피 특이적으로 발현되는 지베렐린 20 산화효소 유전자Cv20ox. Watermelons (Citrullus lanatus) seed coat from the seed specific GA 20 oxidase gene is expressed in Cv20ox. 제 1항에 있어서, 서열 번호 3으로 기재되는 염기 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 지베렐린 20 산화효소 유전자Cv20ox. The gibberellin 20 oxidase gene Cv20ox according to claim 1, which has a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3 . 제 1항의 유전자에 의해 암호화되는 지베렐린 20 산화효소 단백질.Gibberellin 20 oxidase protein encoded by the gene of claim 1. 제 3항에 있어서, 서열 번호 4로 기재되는 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 지베렐린 20 산화효소 단백질.The gibberellin 20 oxidase protein according to claim 3, which has an amino acid sequence as set forth in SEQ ID NO: 4. 제 1항의 지베렐린 20 산화효소 유전자Cv20ox의 종피 특이적 발현을 조절하는Cv20ox프로모터. Cv20ox promoter that regulates the endothelial specific expression of gibberellin 20 oxidase gene Cv20ox of claim 1. 제 5항에 있어서, 서열번호 5로 기재되는 염기 서열을 갖는 것을 특징으로 하는Cv20ox프로모터. 6. The Cv20ox promoter according to claim 5, having a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5 . 제 6항의 프로모터의 염기 서열 중 연속한 23개 이상의 염기 서열과 동일한 염기 서열을 가지며 유전자의 종피 특이적 발현을 조절하는 활성을 갖는 프로모터.A promoter having the same base sequence as 23 or more consecutive base sequences among the base sequences of the promoter of claim 6 and having the activity of regulating the endothelial specific expression of a gene. 1) 식물체의 종자 특이적 유전자 발현을 조절하는 프로모터 하류에 식물 생장 조절 물질을 암호화하는 유전자를 기능적으로 연결하여 발현벡터를 제작하는 단계;1) preparing an expression vector by functionally connecting genes encoding plant growth regulators downstream of a promoter that regulates seed specific gene expression of the plant; 2) 상기 발현벡터로 식물체를 형질전환하는 단계;2) transforming a plant with the expression vector; 3) 형질전환 식물체를 선별하여 재분화를 유도하는 단계;3) selecting transgenic plants to induce regeneration; 4) 토양에 순화시키는 단계; 및4) purifying to soil; And 5) 상기 형질전환 식물체의 꽃을 자연적인 수분 (pollination)이 억제된 상태로 유지하며 과일의 결실 및 생장을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.5) The method of producing a seedless fruit, characterized in that it comprises the step of maintaining the fruit of the transgenic plant in the state of natural pollination is suppressed and fruit deletion and growth. 1) 식물체의 종자 특이적 유전자 발현을 조절하는 프로모터 하류에 GA 20-산화효소 유전자를 역방향으로 연결하여 식물 형질전환용 벡터를 제작하는 단계;1) preparing a plant transformation vector by reversely connecting the GA 20-oxidase gene downstream of a promoter for controlling seed specific gene expression of the plant; 2) 상기 벡터로 식물체를 형질전환하는 단계;2) transforming a plant with the vector; 3) 형질전환 식물체를 선별하여 재분화를 유도하는 단계;3) selecting transgenic plants to induce regeneration; 4) 토양에 순화시키는 단계; 및4) purifying to soil; And 5) 상기 형질전환 식물체의 꽃을 자연적인 수분 (pollination)이 억제된 상태로 유지하며 과일의 결실 및 생장을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.5) The method of producing a seedless fruit, characterized in that it comprises the step of maintaining the fruit of the transgenic plant in the state of natural pollination is suppressed and fruit deletion and growth. 제 9항에 있어서, 식물 형질전환용 벡터는Cv20ox유전자의 프로모터 하류에Cv20ox유전자가 역방향으로 연결된 pGA2257 (기탁번호 : KCCM-10216)인 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.The method for producing a seedless fruit according to claim 9, wherein the plant transformation vector is pGA2257 (Accession No .: KCCM-10216) in which Cv20ox genes are connected in a reverse direction to a promoter of the Cv20ox gene. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 단계 1의 프로모터는 수박 (Citrullus lanatus) 종자에서 종피 특이적으로 발현되는 지베렐린 20 산화효소 유전자Cv20ox의 프로모터인 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법. 10. The method of claim 8 or 9, wherein the promoter of step 1 is a promoter of the gibberellin 20 oxidase gene Cv20ox , which is specifically expressed in the seed of watermelon ( Citrullus lanatus ) seeds. 제 11항에 있어서, 단계 1의 프로모터는 서열 번호 5로 기재되는 염기 서열을 갖는Cv20ox의 프로모터인 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.12. The method of claim 11, wherein the promoter of step 1 is a promoter of Cv20ox having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 단계 1의 프로모터는 서열 번호 5의 염기 서열에서 연속한 23개 이상의 염기 서열과 동일한 염기 서열을 가지며 종피 특이적 유전자 발현을 조절하는 프로모터인 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.10. The method according to claim 8 or 9, wherein the promoter of step 1 is a promoter having the same nucleotide sequence as 23 or more consecutive nucleotide sequences in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 and controlling the endothelial specific gene expression, How to make fruit without seeds. 제 8항에 있어서, 단계 1의 식물 생장 조절 물질을 암호화하는 유전자는iaaM, iaaH또는ipt유전자인 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.The method of claim 8, wherein the gene coding for a plant growth regulator of step 1. The method of manufacturing an iaaM, iaaH or ipt gene seedless, characterized in, that the fruit. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 단계 5의 과일의 결실 및 생장 유도는 꽃밥이 열리기 전 (before dehiscence of anthers), 꽃의 길이가 약 2~3 cm 정도에 달했을 때에 꽃을 종이 백 등으로 싸서 약 1달 가량 수분 및 수정을 억제함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.10. The method according to claim 8 or 9, wherein fruiting and growth induction of the fruit of step 5 is carried out before the anther is opened, when the flower reaches about 2 to 3 cm in length, and the flower is turned into a paper bag or the like. A method for producing a seedless fruit, characterized in that the casing is made by inhibiting moisture and fertilization for about 1 month. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 식물체는 수박, 메론 등을 포함하는 박과 식물인 것을 특징으로 하는, 씨 없는 과일의 제조방법.The method for producing seedless fruit according to claim 8 or 9, wherein the plant is a gourd and plant including watermelon, melon and the like. Cv20ox유전자의 프로모터 하류에Cv20ox유전자가 역방향으로 연결된 발현벡터 pGA2257 (기탁번호 : KCCM-10216). An expression vector pGA2257 (accession number: KCCM-10216) in which the Cv20ox gene is reversely linked downstream of the promoter of the Cv20ox gene.
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