KR20100000771A - Ice-binding protein gene derived from chaetoceros neogracile, recombinant vector comprising the gene, and protein encoded by the gene - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein)을 코딩하는 유전자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)로부터 유래한 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 유전자, 상기 유전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 벡터, 및 상기 유전자로 암호화된 단백질에 관한 것이다. The present invention relates to a gene encoding an ice-binding protein, and more particularly, a gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 derived from Chitoceros neogracile , wherein It relates to a recombinant vector comprising a gene, and a protein encoded by the gene.
지구의 70%이상을 차지하는 물은 어는점에 가깝거나 더 낮은 온도로 유지되는 극한 생태계로 이루어져 있다. 극한 서식지에는 심해, 고산지대, 극지 환경이 포함된다. 그 중 극지 환경에서의 주된 스트레스로는 불변하는 낮고 어는점에 가까운 온도, 빙하의 물리적 방해, 정기적인 극한의 계절 등을 들 수 있다. Water, which accounts for more than 70% of the world, is made up of extreme ecosystems that are maintained at temperatures near or below freezing. Extreme habitats include deep waters, alpine and polar environments. The main stresses in the polar environment include unchanging low and near freezing temperatures, physical disturbances in the glacier and regular extreme seasons.
극지 환경에 사는 생물들은 저온에 적응하기 위한 여러 가지 생존 방법을 보유하고 있으며, 진화적으로 이러한 생존 메카니즘을 발전시켜 나가고 있다. 새와 같은 고등한 동물부터 박테리아까지 극지에 사는 모든 생물은 저온에 대한 보호 기작을 가지고 있으며 이로 인해 극한의 환경에서도 살아갈 수 있는 것이다. Creatures living in polar environments have several ways of survival to adapt to low temperatures and have evolved this survival mechanism evolutionarily. All living creatures in the polar region, from higher animals like birds to bacteria, have a mechanism of protection against low temperatures, which allows them to survive in extreme environments.
저온 적응 기작에는 매우 여러 가지가 존재한다. 그 중 해수 및 담수에 사는 많은 미세 조류 또는 박테리아는 세포 외 기질을 분비하고 세포 주변의 염농도를 높임으로써 세포 주변의 어는점을 내리며, 이러한 방법은 세포 주위의 어는점을 낮추어 세포의 결빙을 방지해주는 방법이다. 그 이외에도 얼음 결정에 직접 붙어서 얼음 결정이 커지는 것을 막아주는 역할을 하는 것으로 알려진 특별한 단백질을 세포 외로 분비하는 기작이 알려져 있다. 특히 극지 규조류에서 분비되는 단백질에서 얼음 표면에 부착하여 얼음 결정이 자랄 때 표면에 구멍을 만들거나 얼음 결정의 형태를 변화시키는 특징(Buckley 1951 Buckley, H. E. 1951. Crystal Growth. Wiley, New York, 319 pp.)이 관찰된 후 얼음 결합(ice-binding activity) 효과를 나타내는 단백질의 특성이 연구되어 왔다. 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein(IBP))은 이후 어류, 곤충, 식물, 곰팡이, 미생물 등에서도 발견되었으며, 결빙방지(anti-freeze)효과 및 재결정(ice recrystallization) 저해 능력을 가지거나, 빙핵 단백질(ice nucleators)로 기능할 수 있다(Janech MG., A. Krell , T. Mock , J-S. Kang and JA. Raymond. 2006. Ice-binding proteins from sea ice diatom(Bacillariophyceae). J. Phycol. 42, 410-416).There are many different mechanisms for low temperature adaptation. Among them, many microalgae or bacteria living in seawater and fresh water lower the freezing point around the cell by secreting extracellular matrix and increasing the salt concentration around the cell.This method reduces the freezing point around the cell to prevent freezing of the cell. . In addition, a mechanism is known to secrete extracellular proteins, which are known to directly adhere to ice crystals and prevent them from growing. In particular, proteins secreted from polar diatoms attach to the surface of the ice, forming holes in the surface when the ice crystals grow or changing the shape of the ice crystals (Buckley 1951 Buckley, HE 1951. Crystal Growth. Wiley, New York, 319 pp. After the observation of.), The properties of the protein exhibiting the effect of ice-binding activity have been studied. Ice-binding protein (IBP) has since been found in fish, insects, plants, fungi and microorganisms, and has an anti-freeze effect and the ability to inhibit ice recrystallization. Can act as ice nucleators (Janech MG., A. Krell, T. Mock, JS. Kang and JA. Raymond. 2006. Ice-binding proteins from sea ice diatom ( Bacillariophyceae ). J. Phycol. 42 , 410-416).
몇몇 어류에서 유래된 결빙방지 단백질(anti-freezing protein, AFP)의 경우 역시 세포 외로 분비되는 단백질이며, 단백질 합성 후 변형(post-translational modification) 과정인 당화(glycosylation)가 필요하다고 알려져 있다(Raymond et al. 2007). 이와 같은 단백질은 세포막 사이의 이온 농도를 유지시켜 (Negulescu et al. 1992, Fish Antifreeze proteins block Ca entry into rabbit parietal cells. Am J Physiol 263, C1310-C1313), 저온에서 생물의 생존력을 높여준다(Rubinsky et al. 1991, Hypothermic protection - a fundamental property of "antifreeze" proteins. Biochem Biophys Res Commun 180, 566-571).Anti-freezing protein (AFP) derived from some fish is also an extracellular secreted protein and is known to require glycosylation, a post-translational modification process (Raymond et al. al. 2007). Such proteins maintain ion concentrations between cell membranes (Negulescu et al. 1992, Fish Antifreeze proteins block Ca entry into rabbit parietal cells.Am J Physiol 263, C1310-C1313), which increase the viability of organisms at low temperatures (Rubinsky et al. 1991, Hypothermic protection-a fundamental property of "antifreeze" proteins.Biochem Biophys Res Commun 180, 566-571).
결빙방지 단백질은 얼음의 결정에 결합하여 얼음 결정의 성장을 억제하는데 그 결과로 물의 어는점을 낮추어 빙해(freezing injury)를 막아준다(Duman et al. 1993, Duman, J.A., and Olsen, T.M. Thermal hysteresis protein activity in bacteria, fungi and phylogenetically diverse plants. Cryobiology, 30: 322-328.). 나아가, 결빙방지 단백질의 작용으로 빙점과 융점의 차이를 발생하는 현상인 열적이력 현상(Thermal hysteresis)을 나타내며, 상기 열적이력 현상은 나노리터 오스모미터(nanolitre osmometer)로 쉽게 측정할 수 있다. 얼음 표면에 결합된 결빙방지 단백질은 열역학적으로 유리한 얼음의 성장을 방해하게 된다. 현재까지 남극 규조류에서 알려진 얼음-결합 단백질(ice-binding protein, IBP) 중 결빙방 지(anti-freeze) 기능을 확실하게 보여주는 연구, 및 특히 열적이력 현상의 기능을 측정해 보고한 연구는 없다. Antifreeze proteins bind to ice crystals and inhibit the growth of ice crystals, thereby lowering the freezing point of water to prevent freezing injury (Duman et al. 1993, Duman, JA, and Olsen, TM Thermal hysteresis protein activity in bacteria, fungi and phylogenetically diverse plants.Cryobiology, 30 : 322-328.). Furthermore, thermal hysteresis, which is a phenomenon in which a difference in freezing point and melting point occurs due to the action of an anti-freezing protein, can be easily measured by a nanoliter osmometer. The antifreeze protein bound to the ice surface prevents thermodynamically favorable ice growth. To date, no studies have shown a clear indication of the anti-freeze function of ice-binding protein (IBP) known in Antarctic diatoms, and in particular have not been reported to measure the function of thermal phenomena.
위와 같이 얼음 형성을 방지하는 단백질과 관련된 유전자는 인간에게 매우 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 어류에서 추출한 결빙 방지 단백질을 식물에 형질전환시켰을 경우 식물체가 추위와 냉해에 저항성을 지닌다는 연구는 오래전에 밝혀졌다(Davies, 1987, Antifreeze proteins: prospects for transferring freeze resistance. New biotechnol. 1, 1057-1063; Cutler, 1989, Winter flounder antifreeze proteins improves the cold hardiness of plant tissue. J. Plant Physiol. 135, 351-354). 그리고 이러한 결빙방지 단백질의 당화(glycoprotein)는 얼음의 결정 형성을 유도하는 단백질의 형성을 억제하여 냉해에 의한 식물의 피해를 미연에 방지할 수 있다(Parody-Morreale et al. 1988, Inhibition of bacterial ice nucleators by fish antifreeze glycoproteins. Nature 333, 782-783). 또한 난자와 적혈구, 토끼 간 등의 냉동 보존에 사용될 수 있으며(Rubinsky et al. 1991; Carpenter & Hansen, 1992, Antifreeze protein modulates cell survival during cryopreservation: mediation through influence on ice crystal growth. Proc Natl Acad Sci U.S.A 89, 8953-8957; Lee et al. 1992, Hypothermic preservation of whole mammalian organs with "antifreeze" proteins. Cryo-Letters 13, 59-66), 냉동 수술 시 선택적인 세포 파괴를 용이하게 하는 화학적 보조제로 이용될 수 있다(Koushafer et al. 1997, Chemical adjuvant cryosurgery with antifreeze proteins. J Surg Oncol 66, 114-121). 그 외에도 식품의 보존, 보다 효과적인 저온 발효 등의 매우 다양한 분야(Margesin et al. 2007, Cold-loving microbes, plant, and animals-fundamental and applied aspects. Naturwissenschaften 94, 77-99)에서 적용 및 응용이 가능하며, 그 발전 가능성과 응용 가능성은 무한하다. As described above, genes related to proteins that prevent ice formation may be very useful for humans. For example, studies have shown long ago that plants are resistant to cold and cold damage when the plants are transformed with fish-free proteins extracted from fish (Davies, 1987, Antifreeze proteins: prospects for transferring freeze resistance.New biotechnol. 1, 1057-1063; Cutler, 1989, Winter flounder antifreeze proteins improves the cold hardiness of plant tissue.J. Plant Physiol. 135, 351-354). In addition, glycoproteins of the anti-freezing protein can inhibit the formation of proteins that induce the formation of ice crystals, thereby preventing the damage of plants caused by cold damage. nucleators by fish antifreeze glycoproteins.Nature 333, 782-783). It can also be used for cryopreservation of eggs, red blood cells, rabbit liver (Rubinsky et al. 1991; Carpenter & Hansen, 1992, Antifreeze protein modulates cell survival during cryopreservation: mediation through influence on ice crystal growth.Proc Natl Acad Sci USA 89 , 8953-8957; Lee et al. 1992, Hypothermic preservation of whole mammalian organs with "antifreeze" proteins. Cryo-Letters 13, 59-66), and can be used as a chemical adjuvant that facilitates selective cell destruction during cryosurgery (Koushafer et al. 1997, Chemical adjuvant cryosurgery with antifreeze proteins.J Surg Oncol 66, 114-121). In addition, it can be applied and applied in various fields such as food preservation and more effective low temperature fermentation (Margesin et al. 2007, Cold-loving microbes, plant, and animals-fundamental and applied aspects.Naturwissenschaften 94, 77-99). The development and application possibilities are endless.
한편, 호냉성 미생물 중 남극 규조류인 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)은 극지의 중요한 플랑크톤으로 극지 미세조류의 주된 생물량 생산자 중 하나이다. 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)은 저온에 적응하기 위해 얼음-결합 단백질(IBP) 유전자를 가지며 이 유전자의 발현 산물인 얼음-결합 단백질을 세포 외로 분비하여 저온 적응에 이용하는 것으로 알려져 있다. 극지 규조류의 얼음-결합 단백질 유전자는 온대성 규조류의 유전체에서는 발견이 되지 않는 독특한 유전자로서 이러한 유전자 산물을 활용하기 위해 상기 규조류를 대량 배양하여 다량의 얼음-결합 단백질을 확보하는 것은 매우 경제성이 낮은 방법으로 생각되고 있다. 또한, 규조류를 냉장 조건에서 배양하고 분비된 얼음-결합 단백질을 회수하는 방법 역시 고비용이 요구되는 실정이다. Antarctic diatom, Chaetoceros neogracile , is one of the major biomass producers of polar microalgae. C. neogracile has an ice-binding protein (IBP) gene to adapt to low temperature and is known to use it for low temperature adaptation by secreting extracellular ice-binding protein. The polar diatom ice-binding protein gene is a unique gene that is not found in the genome of temperate diatoms. It is very inexpensive to obtain a large amount of ice-binding protein by culturing the diatoms in order to utilize these gene products. It is thought. In addition, the method of culturing the diatoms under refrigerated conditions and recovering the secreted ice-binding protein also requires a high cost.
또한, 대한민국 등록 특허 제 0543063호의 경우 유전자를 식물체에 형질 전환 시켜 식물로부터 유용 단백질을 발현 및 분리 정제하는 것으로서, 그 밖의 많은 연구들이 실제 생물체에서 분비되는 단백질에 대한 활성 실험을 수행하였으나 실제 로 진핵 생물에서 발현되는 얼음-결합 단백질은 당화 과정을 필요로 하는 단점이 있다. 따라서 이러한 단백질을 대장균 등에서 대량으로 발현시키고, 상기 단백질을 그대로 응용할 수 있는 방법이 요구된다. In addition, in the case of Republic of Korea Patent No. 0543063, the gene is transformed into a plant to express and isolate and use a useful protein from the plant. Many other studies have carried out an activity experiment on proteins secreted from actual organisms. The ice-binding protein expressed in is a disadvantage that requires a glycosylation process. Therefore, there is a need for a method of expressing such a protein in large amounts in E. coli and applying the protein as it is.
이에 본 발명의 한 측면은, 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein)을 코딩하며 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)로부터 유래한 유전자를 제공하는 것이다. Accordingly, one aspect of the present invention is to provide a gene encoding an ice-binding protein and derived from Chitoceros neogracile .
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 것이다. Another aspect of the present invention is to provide a recombinant vector comprising the gene.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 유전자에 의해 암호화된 단백질을 제공하는 것이다. Another aspect of the invention is to provide a protein encoded by the gene.
본 발명의 일 견지에 의하면, 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein)을 코딩하며, 성숙 단백질(mature IBP)을 코딩하는 서열번호 1 또는 성숙-전 단백질(pre-mature IBP)을 코딩하는 서열번호 2의 염기서열로 표시되는 유전자가 제공된다. According to an aspect of the present invention, SEQ ID NO: 1 encoding an ice-binding protein and encoding a mature IBP. Or a gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 encoding a pre-mature IBP.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 서열번호 1 또는 2의 염기서열로 표시되는 유전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 벡터가 제공된다. According to another aspect of the invention, there is provided a recombinant vector comprising a gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 상기 유전자로 암호화되며 서열번호 3의 아미노산 서열을 갖는 성숙 단백질(mature IBP) 또는 서열번호 4(pre-mature IBP)의 아미노산 서열을 갖는 성숙-전 단백질(pre-mature IBP)이 제공된다. According to another aspect of the invention, the pre-mature protein (mature IBP) or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 (pre-mature IBP) encoded by the gene and having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 (pre- mature IBP).
본 발명은 극지 규조류 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 얼음-결합 단백질 유전자를 분리한 후 대장균을 이용하여 발현시켜 대량생산을 가능하게 한다. 특히, 진핵 생물에서 발현되는 얼음-결합 단백질이 당화 과정을 필요로 하는 것과 달리 본 발명에 의한 얼음-결합 단백질을 대장균 등을 통해 발현시키는 경우에는 단백질 합성 후 변형(post-translational modification) 과정을 거치지 않아도 충분한 활성을 나타냄으로써, 대량 발현 및 대량 생산에 유용하게 사용될 수 있다. The present invention isolates the ice-binding protein gene of the polar diatom chitoceros neogracile ( Chaetoceros neogracile ) and is then expressed using E. coli to enable mass production. In particular, unlike ice-binding proteins expressed in eukaryotes require a glycosylation process, when the ice-binding protein according to the present invention is expressed through Escherichia coli or the like, it is not subjected to post-translational modification. By showing sufficient activity even if it can be useful for mass expression and mass production.
본 발명은 극지에서 서식하는 규조류인 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)이 저온에 적응하기 위해 발현하는 얼음-결합 단백질(ice-binding protein, IBP) 유전자의 서열을 밝힘으로써, 이러한 얼음결합 단백질 유전자를 재조합 단백질로서 대장균에서 대량 발현시켜 경제적으로 활성이 향상된 단백질의 제조를 가능하게 하는 것이다. The present invention reveals the sequence of the ice-binding protein (IBP) gene expressed by the polar diatoms, Chaetoceros neogracile , to adapt to low temperatures. The gene is expressed as a recombinant protein in Escherichia coli in large quantities, thereby enabling the production of an economically enhanced protein.
본 발명에 의하면, 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein)을 코딩하며, 서 열번호 1 또는 2의 염기서열로 표시되는 유전자가 제공되며, 본 발명에서 사용된 극지 규조류는 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)로 한국 해양 연구원 부설 극지 연구소(Korea Ocean Polar Research Institute, KOPRI)로부터 분양받았다. 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)에서 mRNA 를 추출하여 cDNA 라이브러리를 제조하였고 cDNA 의 일부 염기서열을 분석하여 완성된 EST를 NCBI(National Center for Biotechnology Information) EST database에 accession 번호(EL620615-EL622495)로 등록하였다.According to the present invention, a gene encoding an ice-binding protein, which is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2, is provided, and the polar diatoms used in the present invention are chitocerose neogramyl. ( Chaetoceros neogracile ) was purchased from Korea Ocean Polar Research Institute (KOPRI). A cDNA library was prepared by extracting mRNA from chitoceros neogracile and analyzing the nucleotide sequence of the cDNA to obtain the completed EST in NCBI (National Center for Biotechnology Information) EST database (EL620615-EL622495). Registered as.
키토세로스 네오그래실(C. neogracile)의 얼음-결합 단백질을 코딩하는 유전자의 획득을 위해, 먼저cDNA 라이브러리를 제조하였고 상기에서 제조된 cDNA는 피블루스크립트(pBluescript) 벡터에 유지, 보관하였다. 상기에서 획득한 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 cDNA를 시퀀싱(sequencing)하여 얼음-결합 단백질의 ORF(open reading frame) 부분의 염기서열을 확보하였으며, 이 서열의 길이는 849 bp로 측정되었으며, 서열 번호 2의 염기 서열을 갖는다. 상기 서열 중 5' 말단으로부터 90 bp의 염기 서열은 시그널 펩타이드를 암호화하는 서열로 확인되었으며, 이 부분을 제외한 성숙 단백질 부분의 염기서열은 서열번호 1의 염기서열을 갖는다. To obtain a gene encoding an ice-binding protein of chitocerose neogracile ( C. neogracile ), a cDNA library was first prepared and the cDNA prepared above was maintained and stored in a pBluescript vector. The sequencing of the obtained cDNA of the Chaetoceros neogracile ( chaetoceros neogracile ) to secure the base sequence of the ORF (open reading frame) portion of the ice-binding protein, the length of this sequence measured by 849 bp And has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. A base sequence of 90 bp from the 5 'end of the sequence was identified as a sequence encoding a signal peptide, and the base sequence of the mature protein portion except this portion has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
서던 블롯(Southern Blot) 분석을 통해 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)에는 얼음-결합 단백질이 다 유전자 패밀리(multi gene family)로 존재 한다는 것을 알 수 있었으며, 이를 도 5에서 확인할 수 있다. Southern blot analysis showed that ice-binding proteins exist in the multi gene family in C. neogracile , which can be seen in FIG. 5.
또한, 본 발명은 상기 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein)을 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. 얼음-결합 단백질의 ORF 유전자를 단백질 발현 벡터에 삽입하기 위하여 표 2에 나타난 3가지의 프라이머를 제조하였다. 성숙-전(pre-mature) 얼음-결함 단백질(IBP) 및 성숙(mature) 얼음-결합 단백질(IBP)의 정방향 프라이머(forward primer)의 경우 앞 부분 서열은 개시 코돈을 포함하고 있으며 클로닝을 위한 제한효소로 EcoRI을 이용하기 위해 개시 코돈 바로 앞에 EcoRI 제한효소 자리를 추가하였고, 제한효소 앞 부분에는 이 제한효소의 인식이 안정적일 수 있도록 pProEX 벡터의 EcoRI 자리 앞의 3개 염기를 추가하였다. 성숙-전 및 성숙한 얼음결합 단백질의 역방향 프라이머(reverse primer)는 동일하며 정지 코돈을 포함하고 있다. 이 부분의 5` 말단에는 역시 클로닝을 위해 제한효소인 XhoI 자리를 추가하고 제한효소가 안정적으로 인식되도록 pProEX 벡터의 XhoI 자리 뒤의 3개 염기를 추가하였다. 상기 프라이머 제작 시, 바람직하게는 단백질 발현 벡터에 라이게이션(ligation) 할 수 있도록 앞부분에 EcoRI, 뒷부분에 XhoI 제한효소 자리를 추가하며, 나아가 그 밖의 NcoI, AvaI, StuI, SalI, SpeI, NotI, XbaI, SphI, KpnI, HindIII등 당업계에 일반적으로 사용되는 어떠한 제한효소를 프라이머의 고안에 따라 이용할 수 있다. The present invention also provides a recombinant vector comprising a gene encoding the ice-binding protein. Three primers shown in Table 2 were prepared to insert the ORF gene of the ice-binding protein into the protein expression vector. For forward primers of pre-mature ice-defective protein (IBP) and mature ice-binding protein (IBP), the preceding partial sequence contains the initiation codon and is restricted for cloning. To use EcoRI as an enzyme, an EcoRI restriction enzyme site was added immediately before the start codon, and three bases in front of the EcoRI site of the pProEX vector were added to the restriction enzyme so that recognition of the restriction enzyme was stable. Reverse primers of pre-mature and mature ice-binding proteins are identical and contain stop codons. At the 5` end of this portion, the restriction enzyme XhoI site was also added for cloning, and three bases after the XhoI site of the pProEX vector were added to stably recognize the restriction enzyme. In the preparation of the primer, preferably, EcoRI, an XhoI restriction enzyme site are added to the front part to allow ligation to the protein expression vector, and further, NcoI, AvaI, StuI, SalI, SpeI, NotI, XbaI. Any restriction enzyme commonly used in the art, such as SphI, KpnI, and HindIII, may be used depending on the design of the primer.
성숙-전(pre-mature) 얼음-결합 단백질(IBP)의 경우 시그널 펩타이드(signal peptide) 부분이 존재하는 것을 의미하며, 상기 시그널 펩타이드는 단백질 번역 후 단백질의 분비를 위한 정보를 지니고 분비 후에는 제거되며, 제거된 단백질이 활성을 나타내게 된다. 즉, 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)이 얼음에 노출되는 경우 성숙-전 단백질이 합성되고 그 후 세포 밖으로 분비 될 때에는 시그널 펩타이드 부분이 제거되어야 활성을 보일 것으로 추측할 수 있다. 본 명세서에서 상기 두 가지의 형태를 모두 제조하여 시그널 펩타이드가 존재하는 경우 및 이 부분이 결여된 성숙 얼음-결합 단백질 경우의 활성차이를 비교한 결과, 실제 구덩이(pitting)에 의한 결과, 얼음결정의 변화, 열적이력현상(Thermal hysteresis, TH) 값 모두에서 성숙한 얼음-결합 단백질의 활성이 우수함을 확인할 수 있다. In the case of pre-mature ice-binding protein (IBP), a signal peptide portion is present. The signal peptide has information for protein secretion after protein translation and is removed after secretion. The removed protein becomes active. In other words, when C. neogracile is exposed to ice, pre-maturation proteins are synthesized and then released when they are secreted out of the cell. In the present specification, both forms were prepared to compare the activity difference between the presence of a signal peptide and a mature ice-binding protein lacking this portion, and as a result of the actual pitting, It can be seen that the activity of mature ice-binding protein is excellent in both change and thermal hysteresis (TH) values.
즉, 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)의 cDNA는 성숙-전(Pre-mature) 단백질을 코딩하고 있으며, 성숙 단백질을 획득하기 위해 상기와 같이 시그널 펩타이드 부분을 제외하고 바로 다음에 위치하는 유전자 서열 부분에서 프라이머를 제작하여 활성이 높은 성숙 얼음-결합 단백질을 제조할 수 있었다. That is, the cDNA of C. neogracile encodes a pre-mature protein, which is located immediately after the signal peptide portion as described above to obtain a mature protein. Primers were constructed from the gene sequence portion to prepare mature ice-binding proteins with high activity.
본 발명에 따라 제공되는 유전자를 다양한 숙주세포에 도입하기 위해 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 어떠한 벡터가 이용될 수 있으며, 본 발명에 사용될 수 있는 플라스미드 벡터는 필수적인 구성 요소로서 벡터의 복제를 위한 ori 부분, 항생제 저항성 부분, 멀티플 클로닝 사이트, 및 유전자 작동을 위한 프로모터 부분을 포함하며, 나아가 단백질 발현 벡터의 경우 발현 후의 정제를 위해 His- taq 혹은 T7-tag과 같이 단백질 정제 시 컬럼과 상호작용하는 부분 및 목적 유전자를 발현시키기 위한 lac 오페론 위치를 포함하여야 한다. 예를 들어 도 2에 나타난 바와 같은 pProEX HTa 벡터가 이용될 수 있다. pProEX HTa 는 단백질 발현 벡터로서 ori 사이트, 암피실린 저항성 사이트, 및 멀티플 클로닝 사이트를 포함하며, 상기 멀티플 클로닝 사이트 앞 부분에는 정제 시 이용되는 6XHis-Tag 부분을 포함한다. 또한 Trc 프로모터가 존재하여 목적 유전자의 전사를 개시한다. 도3은 pProEX HTa 벡터의 멀티플 클로닝 사이트(multiple cloning site) 에 삽입 위치를 나타내며, 도 4는 극지 규조류의 얼음-결합 단백질이 삽입된 EcoR1 및 Xhol 클로닝 위치가 표시된 벡터의 구조를 나타낸다. Any vector generally used in the art may be used to introduce a gene provided according to the present invention into various host cells, and the plasmid vector which may be used in the present invention is an essential component ori for replication of the vector. Moieties, antibiotic resistant moieties, multiple cloning sites, and promoter moieties for gene operation, and furthermore, for protein expression vectors, moieties that interact with the column during protein purification, such as Histaq or T7-tag for post-expression purification. And lac operon positions for expressing the gene of interest. For example, a pProEX HTa vector as shown in FIG. 2 can be used. pProEX HTa is a protein expression vector and includes an ori site, ampicillin resistance site, and multiple cloning site, and includes a 6XHis-Tag portion used for purification in front of the multiple cloning site. There is also a Trc promoter to initiate transcription of the gene of interest. FIG. 3 shows the insertion position at multiple cloning sites of the pProEX HTa vector, and FIG. 4 shows the structure of the vector with EcoR1 and Xhol cloning positions inserted with ice-binding proteins of polar diatoms.
보다 상세하게, 표 2의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하여 얼음-결합 단백질 유전자의 ORF 부분을 증폭시킨 후, 증폭된 DNA와 벡터를 제한효소인 EcoRI 과 XhoI등의 제한효소를 이용하여 절단한 후 리가아제(ligase)를 이용하여 라이게이션 한다. 다만, 상기 제한 효소에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 사용되는 어떠한 제한 효소를 사용할 수 있다. 즉, 도 4에 나타난 pProEX HTa 벡터와 같이 클로닝 부위를 EcoRI과 XhoI와 같은 제한 효소를 이용하여 절단한 후 성숙-전(pre-mature form) 또는 성숙한 얼음-결합 단백질 유전자와 결합시켜 재조합 벡터를 제작할 수 있다. More specifically, PCR was performed using the primers of Table 2 to amplify the ORF portion of the ice-binding protein gene, and then the amplified DNA and the vector were cleaved using restriction enzymes such as EcoRI and XhoI as restriction enzymes. Ligation using ligase. However, the restriction enzyme is not limited thereto, and any restriction enzyme used in the art may be used. That is, as shown in FIG. 4, the cloning site was cleaved using restriction enzymes such as EcoRI and XhoI, and then combined with a pre-mature form or mature ice-binding protein gene to produce a recombinant vector. Can be.
상기 재조합 벡터로 미생물을 형질전환 할 수 있으며, 상기 미생물은 바람직 하게는 대장균이다. 보다 바람직하게, 대장균(E. coli )BL21 균주에 형질전환(transformation) 할 수 있다. The recombinant vector can transform the microorganism, and the microorganism is preferably Escherichia coli. More preferably, the E. coli BL21 strain may be transformed.
또한, 본 발명에 의하면 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 cDNA 라이브러리(library)에서 확인된 유전자를 유전자 재조합 과정을 통하여 대장균(E.coli)에서 발현시킨 재조합 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein)이 제공되며, 상기에서 획득한 얼음-결합 단백질은 282 아미노산 길이와 31kDa의 분자량을 갖고 있으며, 서열번호 4의 아미노산 서열로 나타낼 수 있다. Signal P3.0 프로그램으로 스캔한 결과 상기 아미노산 서열 중 N 말단으로부터 30 개의 아미노산 서열은 시그널 펩타이드 부분에 해당되는 것을 확인할 수 있으며(도 10a 및 도 10b), 상기 시그널 펩타이드 부분을 제외한 성숙 얼음-결합 단백질은 서열번호 3의 아미노산 서열로 나타낼 수 있다. 시그널 펩타이드를 제외한 성숙한 단백질은 252 아미노산 길이와 약 27kDa 의 분자량을 갖는다. In addition, according to the present invention, a recombinant ice-binding protein (Ice-binding) in which a gene identified in the cDNA library of Chitoceros neogracile is expressed in E. coli through a gene recombination process. protein), and the obtained ice-binding protein has a length of 282 amino acids and a molecular weight of 31 kDa, and can be represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4. Scanning with the Signal P3.0 Program It can be seen that 30 amino acid sequences from the N terminus of the amino acid sequence correspond to the signal peptide portion (FIGS. 10A and 10B), and the mature ice-binding protein except for the signal peptide portion is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO. 3. Can be. Mature proteins, excluding signal peptides, are 252 amino acids long and have a molecular weight of about 27 kDa.
키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)로부터 획득한 얼음-결합 단백질의 ORF 유전자의 아미노산 서열로 진화적 계통수를 그린 결과를 도 1에 나타내었으며, 이는 이미 보고된 남극 규조류인 나비큘라 글라시에(Navicula glaciei)의 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein(IBP))과 는 계통적으로 높은 유사도를 보였다. 상기 나비큘라 글라시에(Navicula glaciei)의 얼음-결합 단백질은 서열번호 5의 아미노산 서열을 가진다.Figure 1 shows the evolutionary phylogenetic tree of the amino acid sequence of the ORF gene of the ice-binding protein obtained from the chietoceros neogracile ( Chatoceros neogracile ), which is the reported Antarctic diatom The ice-binding protein (IBP ) of Navicula glaciei showed systematic similarity. The ice-binding protein of Navicula glaciei has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5.
도 11은 얼음-결합 단백질과 유사한 단백질의 아미노산서열 정렬(alignment)을 나타낸 것이다. 얼음-결합 단백질로 알려진 다른 생물의 아미노산 서열과의 유사도를 비교하기 위해 SDSC biology workbench(http://workbench.sdsc.edu.)의 정렬 프로그램을 이용하여 멀티플 정렬(multiple alignment)을 나타내었다. 상기 연구에서 같은 규조류의 얼음-결합 단백질과는 61%, 눈곰팡이(Typhula ishikariensis)의 결빙방지 단백질과는 47%, 이외의 다른 두 종의 극지 박테리아(Colwellia sp., 및 Psychromonas ingrahamii)와는 45-47% 의 상동성(identity)만을 보이고, 이미 알려진 극지어류, 극지곤충, 그리고 결빙 스트레스로 유도된 식물의 결빙방지 단백질의 아미노산 서열을 정렬(align)하였을 때 유의있는 유사도(simility)는 보이지 않았다. Figure 11 shows the amino acid sequence alignment of proteins similar to the ice-binding protein. Multiple alignments were shown using an alignment program of the SDSC biology workbench (http://workbench.sdsc.edu.) To compare the similarity with amino acid sequences of other organisms known as ice-binding proteins. In the study, 61% of the same diatomic ice-binding protein, 47% of the antifungal protein of Typhula ishikariensis , and two other types of polar bacteria ( Colwellia) sp., and Psychromonas ingrahamii ) shows only 45-47% identity, and significant similarity when aligning the amino acid sequences of known anti-freeze, polar insects, and freeze stress proteins of plants. ) Was not seen.
키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 배양액으로 분비한 얼음결합 단백질 및 cDNA 라이브러리(library)에서 확인된 유전자의 재조합 과정을 통하여 대장균(E. coli)에서 발현시켜 정제한 얼음결합 단백질의 활성 강도를 성장하는 얼음표면의 형태 관찰을 통해 측정한 결과가 도 8a, 8b, 8c 및 8d에 나타나 있으며, 대조군(도 8b)의 경우 얼음조각의 표면이 매끄러운 것을 볼 수 있는 반면, 얼음-결합 단백질이 존재하는 완충제에서는 얼음 표면에 구덩이 같은 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 얼음의 주변 부분도 뾰족하게 변하는 것을 볼 수 있다(도 8c 및 8d). 나아가, 성숙-전(pre-mature) 얼음결합 단백질(도 8c) 보다는 성 숙한(mature) 얼음-결합 단백질(도 8d)의 얼음-결합 활성(Ice-binding activity)이 더욱 우수함을 알 수 있으며, 이는 얼음의 표면에 존재하는 구덩이 같은 형태의 정도로 확인할 수 있다. 반면, 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 배양액으로 분비한 얼음결합 단백질의 경우(도 8a) 대조군에 비하면 선명한 구덩이 형태를 가지나 재조합 단백질에 비해서는 활성 강도가 약한 것으로 관찰되었다. Activity intensity of ice-binding protein expressed and purified in E. coli through recombination of ice-binding protein secreted into culture solution of Chaetoceros neogracile and genes identified in cDNA library 8A, 8B, 8C, and 8D show the results of morphological observations of growing ice surfaces, and the control (FIG. 8B) shows that the surface of the ice cubes is smooth, whereas the ice-binding protein It can be seen that the present buffer exhibits a pit-like shape on the ice surface, and the peripheral portion of the ice also changes sharply (FIGS. 8C and 8D). Furthermore, it can be seen that the ice-binding activity of the mature ice-binding protein (FIG. 8D) is superior to the pre-mature ice-binding protein (FIG. 8C). This can be confirmed by the degree of pit-like formation on the surface of the ice. On the other hand, the ice-binding protein secreted into the culture solution of chitoceros neogracile (Fig. 8a) has a clear pit shape compared to the control group, but the active strength was observed to be weak compared to the recombinant protein.
또한, 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)에서 분비되는 얼음결합 단백질이 얼음의 결정 형태를 변화시키는 능력을 측정하였고 그 얼음결정 형태를 사진으로 촬영하였으며(Canon A620), 이를 도 9a 및 9b에 나타내었다. 대장균에서 발현시킨 재조합 얼음결합 단백질에 얼음 결정의 형태를 변화시키는 활성을 대조군 및 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)에서 분비되는 얼음결합 단백질의 활성과 비교하였다. 도 9b에서 대조군(좌측 상단)의 경우 얼음 결정은 각이 없고 둥그렇게 자라는 반면, 얼음-결합 단백질이 존재하는 경우(좌측 하단 및 우측 하단) 얼음 결정 표면에 얼음결합 단백질이 결합하여 각을 형성하는 것을 확인할 수 있다. 단백질을 발현시키지 않은 대장균에서 추출한 단백질의 경우(우측 상단)는 대조군 보다는 불규칙한 원형을 이루지만, 얼음-결합 단백질이 존재하는 경우보다는 형성된 각이 완만한 것을 확인할 수 있었다. Also, The ability of ice-binding proteins secreted from chitoceros neogracile to change the crystal form of ice was measured and the ice crystal form was photographed (Canon A620), which is shown in FIGS. 9A and 9B. . The activity of changing the shape of the ice crystals on the recombinant ice-binding protein expressed in Escherichia coli was compared with the activity of the ice-binding protein secreted from the control group and chitoceros neogracile . In FIG. 9B, in the case of the control (upper left), the ice crystals are not angled and grow round, whereas in the presence of ice-binding protein (lower left and lower right), the ice-binding protein binds to the ice crystal surface to form an angle. You can see that. In the case of protein extracted from E. coli, which did not express the protein (top right), an irregular circle was formed than the control group, but the angle formed was slower than that of the ice-binding protein.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정 되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
<< 실시예Example 1> 1> 키토세로스Quitoceros 네오그래실(Neogramsil C. neogracileC. neogracile )의)of cDNAcDNA 라이브러리( library( librarylibrary ) 제작 Production
1. One. 키토세로스Quitoceros 네오그래실(Neogramsil Chaetoceros neogracileChaetoceros neogracile )의)of 배양 culture
본 연구에 사용된 극지 규조류는 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)로 한국 해양 연구원 부설 극지 연구소(Korea Ocean Polar Research Institute, KOPRI) 로부터 분양 받았다. 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)은 4℃의 온도 조건과 20μmol photons m-2s-1의 광도 조건 하에서 F/2배지와 Kalle’s배지를 1:1로 섞은 배지에서 배양한다. The polar diatoms used in this study were Chaetoceros neogracile and were sold by the Korea Ocean Polar Research Institute (KOPRI). Chitoceros neogracile ( C. neogracile ) is incubated in a 1: 1 mixture of F / 2 medium and Kalle's medium under a temperature condition of 4 ℃ and luminous conditions of 20μmol photons m -2 s -1 .
2. 2. cDNAcDNA 라이브러리( library( librarylibrary ) 제작Production
키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 cDNA 라이브러리(library)를 제작하기 위해서 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)의 전체 RNA를 추출하였다. 전체 RNA는 QIAGEN 사의 RNeasy midi kit을 사용하여 준비하였다. 이후의 모든 RNA 추출 과정은 4℃의 온도가 유지되는 조건에서 진행하였다. 배양한 키토세로스 네오그래실을 50ml 튜브에 분취하고 원심분리를 통하여 세포만을 수집한다. 그리고 세포의 3~4 배 가량의 RNAlater(QIAGEN 사)를 첨가하여 4℃에서 16~18시간 반응시킨다. 이후 RLC 완충제(buffer) 2ml 넣고 잘 섞어준 후 5분간 3,000~ 5,000g 의 속도로 원심분리 한다(RLC 완충제는 상기 키트(kit) 내에 있는 RLT 완충제 1ml및 β-머캅토에탄올10μl의 혼합물). 이후 상등액을 15ml 튜브에 옮긴 후 1.4ml의 100% 에탄올을 첨가해준다. 이렇게 섞인 혼합액을 미디(midi) 컬럼에 넣어준 후 5분간 원심분리 한다. 이후 하등액은 버리고 컬럼에 4ml의 RW1 완충제를 넣어주고 다시 5분간 원심분리 한다. 컬럼의 세척을 위해 RPE 완충제를 2.5 ml 넣어주고 5분간 원심분리 한 후 하등액을 버린다. 다시 한 번 RPE 완충제 2.5 ml을 컬럼에 넣어준 후 5분간 원심분리를 한다. 새로운 15ml 튜브에 컬럼을 결합한 후 컬럼 중앙에 리보핵산 분해 효소가 제거된 물(RNase free water) 를 150μl 넣어주고 RNA가 충분히 녹도록 10분간 방치한다. 이후 원심분리를 통하여 전체 RNA를 수집한다. 이후 1.2 % 포름알데히드 아가로즈 젤에 전기영동 하여 전체 RNA를 확인하였다.To prepare the cDNA library of chietocerros neogracile ( Cetocoros neogracile ), total RNA of chitoceros neogracile ( C. neogracile ) was extracted. Total RNA was prepared using RNeasy midi kit from QIAGEN. All subsequent RNA extraction was carried out under the condition that the temperature of 4 ℃ is maintained. The cultured chitocerose neogramyl is aliquoted into a 50 ml tube and only cells are collected by centrifugation. And 3 ~ 4 times of RNAlater (QIAGEN) is added to the cell and reacted at 4 ° C. for 16-18 hours. Then, 2 ml of RLC buffer (buffer) was mixed well and centrifuged at a rate of 3,000 to 5,000 g for 5 minutes (RLC buffer is a mixture of 1 ml of RLT buffer and 10 μl of β-mercaptoethanol in the kit). The supernatant is then transferred to a 15 ml tube and 1.4 ml of 100% ethanol is added. The mixed solution is added to a MIDI column and centrifuged for 5 minutes. Then discard the supernatant and add 4 ml of RW1 buffer to the column and centrifuge again for 5 minutes. To wash the column, add 2.5 ml of RPE buffer, centrifuge for 5 minutes, and discard the supernatant. Once again add 2.5 ml of RPE buffer to the column and centrifuge for 5 minutes. Combine the column in a new 15 ml tube, add 150 μl of RNase free water in the center of the column, and let stand for 10 minutes to allow sufficient RNA to dissolve. The total RNA is then collected by centrifugation. Thereafter, electrophoresis was performed on 1.2% formaldehyde agarose gel to confirm total RNA.
1mg/mL의 RNA를 Poly(A) Track mRNA isolation system(Promega, Madison, WI, U.S.A.)을 사용해 Poly(A)+ mRNA를 만들고, ZAP-cDNA synthesis kit와 ZAP-cDNA Gigapack Ⅲ Gold packaging extract(Stratagene, La Jolla, CA, U.S.A.)를 이용해 cDNA 라이브러리를 만든다. 각 라이브러리의 총 초기 적정농도는 플라그-형성 단위(Plaque-forming unit)당 6.5×106으로 한다. 증폭 후, cDNA 라이브러리의 샘플은 람다(Lambda)에서 서브클론 파지미드 벡터(subclone phagemid vector)로 변환시키기 위해 절단하여 서브클론 삽입(subclone insert)으로 사용되었다. 파지미드 라이 브러리는 암피실린(50mg/L)이 들어간 LB배지에 소량을 도말 한 후 콜로니들을 LB 배지에 키워 플라스미드를 추출한다.Poly (A) + using 1mg / mL of RNA using Poly (A) Track mRNA isolation system (Promega, Madison, WI, USA) mRNA was generated and a cDNA library was prepared using a ZAP-cDNA synthesis kit and ZAP-cDNA Gigapack III Gold packaging extract (Stratagene, La Jolla, CA, USA). The total initial titer of each library is 6.5 × 10 6 per plaque-forming unit. After amplification, a sample of the cDNA library was cut and used as a subclone insert to convert from lambda to a subclone phagemid vector. Phagemid libraries are plated in LB medium containing ampicillin (50 mg / L) in small amounts and colonies are grown in LB medium to extract plasmids.
3. 뉴클레오티드 시퀀싱(3. Nucleotide Sequencing sequencingsequencing ))
무작위로 선별한 2,500개의 콜로니에서 플라스미드DNA를 추출한다. 플라스미드 DNA를 GeneClean(Millipore, MA, USA)을 이용하여 정제한 후 염기서열 분석을 전문업체에 의뢰하였다. Plasmid DNA is extracted from 2,500 colonies randomly selected. Plasmid DNA was purified using GeneClean (Millipore, MA, USA), and then sequencing was performed by a specialized company.
4. 4. cDNAcDNA 분석과 기능분류 Analysis and functional classification
분석된 염기서열을 컴퓨터 프로그램(Lasergene software, DNASTAR, Inc., Madison, WI, U.S.A)을 이용하여 벡터를 제거시킨다. 편집된 EST 염기서열은 정렬 프로그램(Lasergene software, DNASTAR, Inc., Madison, WI, U.S.A)으로 뉴클레오타이드를 비교하여 그룹으로 나눈다. BlastX 검색을 통해 가장 높은 연관성을 보이는 것과 accession 번호의 중복이 없는 것을 선택함으로써 그 염기서열을 확인하는 기준으로 삼았다. E-Value값은 두 염기서열의 유사도를 보여주는 파라미터로, 본 연구에서는 E-Value의 최소값을 10-4으로 정하여 EST를 밝혀나갔다. 완성된 염기서열은 NCBI(National Center for Biotechnology Information) EST database에 accession 번호(EL620615-EL622495)로 등록되어있다.The analyzed sequences are removed using a computer program (Lasergene software, DNASTAR, Inc., Madison, Wis., USA). Edited EST sequences are divided into groups by comparing nucleotides with an alignment program (Lasergene software, DNASTAR, Inc., Madison, Wis., USA). The BlastX search was used as the basis for identifying the nucleotide sequence by selecting the one with the highest correlation and no duplicate accession number. E-Value is a parameter that shows the similarity between two sequences. In this study, the minimum value of E-Value was set to 10 -4 to find EST. The completed sequence is registered as an accession number (EL620615-EL622495) in the National Center for Biotechnology Information (NCBI) EST database.
5. 5. cDNAcDNA librarylibrary 를 이용한 Using ESTEST 분석 analysis
키토세로스 네오그래실(C. neogracile)의 cDNA 라이브러리는 pBluescript의 XhoI과 EcoRI 위치를 이용해 Uni-ZAP 벡터 안에 넣어 제작하였다. cDNA 라이브러리에서 무작위로 2,500개의 클론을 선택하였고, 그 중 XhoI과 EcoRI의 효소 절편을 통해 확인된 1,881개의 클론의 염기서열을 확인하였다.The cDNA library of chitoceros neogracile ( C. neogracile ) was prepared by inserting it into Uni-ZAP vector using XhoI and EcoRI positions of pBluescript. 2,500 clones were randomly selected from the cDNA library, of which 1,881 clones were identified by enzyme fragments of XhoI and EcoRI.
정렬 프로그램(Alignment program)인 DNA STAR를 이용해 154개의 contig와 1,540개의 singletone으로 이뤄진 1,694개의 중복되지 않는 EST(Expressed sequence taq) 그룹을 얻었다(표1). 각 EST의 서열은 NCBI의 BLAST X 서치의 결과와 대조하여 가장 높은 연관성을 나타내는 것을 선택하였다. E-Value의 최소값을 10-4으로 정하여 공개 대이타베이스와 유사성을 비교해본 결과, EST 1,694개 중 939개가 데이타베이스에 등록된 유전자와 비슷하다는 것을 발견하였다. 540개의 EST는 알려지지 않은 것으로 나타났으며, 나머지 215개의 EST는 알려진 유전자들과의 유사성을 나타내지 않는 새로운 염기서열로 보였다The alignment program DNA STAR was used to obtain 1,694 non-overlapping Express Sequence Sequence Taq (EST) groups consisting of 154 contigs and 1,540 singletones (Table 1). The sequence of each EST was chosen to show the highest correlation in contrast to the results of the BLAST X search of NCBI. As a result of comparing the similarity with the open database by setting the minimum value of the E-Value as 10 -4 , it was found that 939 out of 1,694 ESTs are similar to genes registered in the database. 540 ESTs were found to be unknown, and the remaining 215 ESTs appeared to be new sequences that showed no similarity with known genes.
표 1. 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)의 ESTTable 1.EST of chitoceros neogracile ( C. neogracile )
상기에서 제조된 cDNA는 피블루스크립트(pBluescript) 벡터에 유지, 보관하였다.The cDNA prepared above was maintained and stored in a pBluescript vector.
<실시 예 2> 클로닝(Example 2 Cloning CloningCloning ))
상기에서 획득한 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 cDNA를 시퀀싱(sequencing) 하여 얼음결합 단백질의 ORF(open reading frame) 부분의 염기서열을 확보하였으며, 이는 서열번호 2의 염기서열로 나타나고 그 서열의 길이는 849 bp로 측정되었다. The sequencing of the obtained cDNA of the chitoceros neogracile ( chaetoceros neogracile ) to secure the base sequence of the ORF (open reading frame) portion of the ice-binding protein, which is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 The length of the sequence was measured at 849 bp.
1. One. 프라이머의Of primer 제작 making
먼저 얼음결합 단백질의 ORF 유전자를 단백질 발현 벡터에 삽입하기 위하여 프라이머를 제작하여 이용하였으며, 본 실험에서 사용된 프라이머 서열은 하기 표 2와 같다. 상기 프라이머는cDNA 서열을 분석하여 얻은 결과를 토대로 바이오닉스 사에 의뢰하여 제작하였으며, 이때 파우더 상태로 입수한 프라이머에 DNA 분해효소가 제거된 물(DNase free water)을 성숙-전 정방향 프라이머(Pre-mature form forward primer)의 경우 191μl, 성숙 정방향 프라이머(mature-form forward primer)의 경우 189μl, 역방향 프라이머(reverse primer)의 경우 206μl 를 넣어준다. 이렇게 되면 100 pmole의 프라이머 원료가 만들어지는데, 이를 10pmole로 희석한 프라이머 1μl을 사용하였다. First, primers were prepared to insert the ORF gene of the ice-binding protein into the protein expression vector, and the primer sequences used in this experiment are shown in Table 2 below. The primer was manufactured by requesting from Bionics based on the results obtained by analyzing the cDNA sequence, wherein the primers obtained in powder state were pre-mature pre-matured with DNAase free water. Add 191μl for form forward primer, 189μl for mature-form forward primer and 206μl for reverse primer. This made a primer material of 100 pmole, 1μl of the primer diluted to 10pmole was used.
표 2. 극지 규조류의 얼음결합 단백질을 대장균에서 발현시키기 위해 제작한 프라이머 서열Table 2. Primer sequences designed to express ice-binding proteins of polar diatoms in E. coli
상기 프라이머 제작 시, 단백질 발현 벡터인 pProEX에 라이게이션(ligation) 할 수 있도록 앞 부분에 EcoRI, 뒷부분에 XhoI 제한효소 자리를 하기와 같이 추가하였다. 상기 프라이머 서열 중 밑줄 친 굵은 글씨체로 표시한 부분의 서열은 제한효소 자리를 나타내며, 즉 정방향 프라이머의 GAATTC 는 EcoRI 자리이며 CCTGAG 는 XhoI 자리이다. 밑줄 친 굵은 글씨체로 표시한 부분 앞의 3개 염기 서열은 제한효소 자리를 안정적으로 인식하기 위해 벡터 서열에 존재하는 염기 서열을 추가한 것이다. 서열번호 4의 아미노산 서열을 갖는 성숙-전(Pre-mature) 단백질을 코딩하는 cDNA로부터 성숙 단백질을 획득하기 위해 상기와 같이 시그널 펩타이드 부분을 제외하고 바로 다음에 위치하는 유전자 서열 부분에서 프라이머를 제작하여(성숙 정방향 프라이머) 서열번호 3의 아미노산 서열을 갖는 활성이 높은 성숙 얼음-결합 단백질을 제조할 수 있다. In the preparation of the primer, EcoRI was added to the front portion and XhoI restriction enzyme site was added to the rear to allow ligation to the protein expression vector pProEX as follows. The sequence of the part indicated by the underlined bold font of the primer sequence indicates the restriction enzyme site, that is, GAATTC of the forward primer is EcoRI site and CCTGAG is XhoI site. The three nucleotide sequences before the portion indicated by the underlined bold font are nucleotide sequences present in the vector sequence in order to stably recognize restriction sites. To obtain a mature protein from a cDNA encoding a pre-mature protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, primers were prepared from the gene sequence portion immediately following the above except for the signal peptide portion as described above. (Mature Forward Primer) A highly active mature ice-binding protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 can be prepared.
2. 벡터의 제작 2. Construction of Vector
이렇게 제작된 표 2의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하여 얼음-결합 단백 질 유전자의 ORF 부분을 증폭시켰다. 상기 PCR의 수행 조건은 성숙-전 정방향 프라이머(pre-mature form forward primer)의 경우 상기 프라이머 1 μl, cDNA 1 μl, 역방향 프라이머 1 μl, dNTP(2.5mM) 4 μl, 10X i-Tag 폴리머라제 완충제 2 μl, i-Tag (intron) 0.5 μl, 및 DNA 분해효소가 제거된 물(DNase free water) 10.5 μl를 혼합하여, 예비-변성(pre- denature)(95℃) 1분, 변성(denature)(95℃) 30초, 복원(annealing)( 59℃) 45초, 연장(extension)( 72℃) 1분, 그리고 총 연장(total extension)( 72℃) 10분의 과정을 거치고, 상기 변성 내지 연장의 단계를 30번 반복하여 수행하며, 성숙 정방향 프라이머(mature form forward primer)의 경우 성숙-전 정방향 프라이머 대신 성숙 정방향 프라이머를 사용하고 증폭 과정 중 복원(annealing) 단계를 63℃에서 45초간 수행하는 것을 제외하고 성숙-전 정방향 프라이머(pre-mature form forward primer)의 경우와 동일한 조건에서 수행한다. PCR was performed using the primers prepared in Table 2 to amplify the ORF portion of the ice-binding protein gene. The conditions for performing the PCR were 1 μl of the primer, 1 μl of cDNA, 1 μl of reverse primer, 4 μl of dNTP (2.5 mM), 10 × i-Tag polymerase buffer for pre-mature form forward primer. 2 μl, i-Tag (intron) 0.5 μl, and 10.5 μl of DNAase free water (DNase free water) were mixed, 1 minute of pre-denature (95 ° C.), denature (95 ° C.) 30 seconds, annealing (59 ° C.) 45 seconds, extension (72 ° C.) 1 minute, and total extension (72 ° C.) 10 minutes. The extension step is repeated 30 times, and in the case of a mature form forward primer, the mature forward primer is used instead of the pre-mature forward primer, and the annealing step is performed at 63 ° C. for 45 seconds. Except that the same conditions as in the case of pre-mature form forward primer .
이후 상기에서 증폭된 DNA와 벡터를 제한효소인 EcoRI 과 XhoI을 이용하여 절단한 후 리가아제(ligase)를 이용하여 라이게이션한 후 대장균(E. coli) BL21(DE3)균주에 형질변환(transformation) 하였다. 즉, 도 4에 나타난 pProEX HTa (Invitrogen)벡터의 클로닝 부위를 EcoRI과 XhoI을 이용하여 절단한 후 성숙-전(pre-mature form) 얼음-결합 단백질 유전자 또는 성숙한 얼음-결합 단백질 유전자와 결합시켜 재조합 벡터를 제작하였다. Subsequently, the amplified DNA and the vector were cleaved using the restriction enzymes EcoRI and XhoI, ligated using a ligase, and transformed into E. coli BL21 (DE3) strain. It was. That is, the cloning site of the pProEX HTa (Invitrogen) vector shown in FIG. 4 was cleaved using EcoRI and XhoI, and then recombined by binding to a pre-mature form ice-binding protein gene or a mature ice-binding protein gene. Vectors were produced.
<실시 예 3> 서던 블롯(<Example 3> Southern blot ( SouthernSouthern BlotBlot ))
키토세로스 네오그래실(C. neogracile)의 염기서열 중 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein(IBP))을 코딩하는 유전자의 카피(copy) 수를 확인하기 위하여 서던 블롯 분석을 수행하였다. 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)에서 추출한 게노믹(genomic) DNA를 각각 15μg씩 분취한 후 각각의 분취한 게노믹 DNA튜브에 EcoRV, NcoI, SacI의 제한효소를 각각 처리하여 상기 세 종류의 튜브를 2시간 이상 반응 시킨 후 0.7% 아가로즈 젤(agarose big gel)에 러닝한 후 HybondTM-N+ 멤브레인에 옮겼다. 이 멤브레인은 얼음-결합 단백질의 ORF 유전자와 p-32 방사선 동위원소를 이용하여 61℃에서 18 시간 동안 접합(hybridization) 하였다. 그 후 -70℃에서 하루 동안 x-ray 필름에 노출하여 얼음-결합 단백질 유전자의 카피 수를 확인하였다.Southern blot analysis was performed to determine the number of copies of the gene encoding the ice-binding protein (IBP) in the nucleotide sequence of chitoceros neogracile ( C. neogracile ). 15 μg of each genomic DNA extracted from chitocerose neogracile was treated, and each of the three genomic DNA tubes was treated with EcoRV, NcoI, and SacI restriction enzymes. After reacting the tube for 2 hours or more, run on a 0.7% agarose big gel (agarose big gel) was transferred to the Hybond TM -N + membrane. The membrane was hybridized for 18 hours at 61 ° C using the ORF gene of the ice-binding protein and the p-32 radioisotope. Then, the number of copies of the ice-binding protein gene was confirmed by exposure to x-ray film for one day at -70 ℃.
상기 서던 블롯 분석 결과를 도 5에 나타내었으며, 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)에는 얼음-결합 단백질이 다 유전자 패밀리(multi gene family) 로 존재한다는 것을 알 수 있고, 본 실험에서는 4개의 카피를 확인하였다. The Southern blot analysis results are shown in FIG. 5, and it can be seen that the ice-binding proteins exist in a multi gene family in C. neogracile . The copy was confirmed.
<실시 예 4> 노던 블롯(<Example 4> Northern blot ( NorthernNorthern BotBot ))
실제 동결 조건에서의 얼음-결합 단백질 발현 양상을 mRNA 수준에서 알아보기 위해 노던 블롯 분석을 수행하였다. 키토세로스 네오그래실(C. neogracile) 세포 200ml를 -20℃에서 3가지의 상태로 동결 스트레스를 주었다. 첫 번째 조건은 플 라스크 표면이 얼기 시작하는 시점(Freeze start, F.A.)에서 약 20분 정도, 두 번째 조건은 배양액에 얼음이 떠다니는 시점(1/2 Freeze, 1/2F.)에서 약 40분 정도, 마지막 조건은 배양액이 샤베트와 같은 상태(All Freeze, A.F.)에서 약 50분 정도의 시간 동안 스트레스를 주었다. 이렇게 획득한 세포로부터 Plant RNeasy mini kit(QIAGEN) 을 이용하여 RNA를 추출하였다. 이후 세 가지 조건의 스트레스에서 추출된 총 RNA를 각각 정량하여 1.2% 포름알데히드 아가로즈 젤에 러닝 한 후 HybondTM-N+ 멤브레인으로 옮겼다. 이후 과정은 상기 실시예 3의 서던 블롯 과정과 동일하게 진행하였다.Northern blot analysis was performed to determine the ice-binding protein expression pattern at the mRNA level in actual freezing conditions. 200 ml of C. neogracile cells were subjected to freeze stress at -20 ° C in three states. The first condition is about 20 minutes at the time when the surface of the flask starts to freeze (Freeze start, FA), and the second condition is about 40 at the time when ice is floating in the culture (1/2 Freeze, 1 / 2F.). Minutes, the last condition stressed the cultures for about 50 minutes in the sherbet-like state (All Freeze, AF). RNA was extracted from the cells thus obtained using Plant RNeasy mini kit (QIAGEN). The total RNA extracted from the three conditions of stress was then quantified, run on 1.2% formaldehyde agarose gel, and then transferred to a Hybond TM -N + membrane. Since the process was the same as the Southern blot process of Example 3.
상기 세 가지 RNA를 추출하여 정량의 RNA를 1.2% 포름알데히드 아가로즈 젤에 러닝한 결과가 도 6에 나타나 있다. 도 6의 상단은 정량한 RNA의 사진을 나타내고, 도 6의 하단은 필름에 노출된 결과를 나타낸다. 그 결과 3번 레인, 즉 배양액에 얼음이 떠다니는(1/2 Freezing) 상태에서 IBP 유전자 발현이 가장 많음을 알 수 있다. The three RNAs were extracted and run on a 1.2% formaldehyde agarose gel. The upper part of FIG. 6 shows a photograph of the quantified RNA, and the lower part of FIG. 6 shows the result of exposure to the film. As a result, it can be seen that IBP gene expression is the highest in
<실시 예 5> 얼음-결합 단백질의 발현 Example 5 Expression of Ice-binding Protein
형질전환(transformation)된 대장균 (BL 21(DE3))을 50μg/ml 농도의 암피실린(ampicillin)이 들어 있는 10ml의 LB 배지에 넣고 37℃에서 150rpm 으로 배양한다. 약 16시간 배양한 후 50μg/ml 농도의 암피실린이 들어 있는 100ml의 LB 배지 에 옮겨서 O.D600 값이 0.5~0.6 이 될 때까지 배양한다. 그 후 IPTG를 1mM로 첨가하여 약 4시간 동안 배양한다. 그리고 나서, 원심분리를 통해 세포를 수확하고 상층액을 버린다. 수집된 세포를 -20℃에서 약 16시간 동안 저장하고, 이렇게 냉동시킨 세포에 10ml의 용해 완충액(lysis buffer)(50mM NaH2PO4, 200mM NaCl, 10mM imidazole, pH 8.0)를 넣고 보텍스(vortex)로 얼린 세포를 풀어준다. 이후 소니케이터(sonicater)로 상층액이 투명해질 때가지 세포를 파쇄한다. 이후 원심분리기를 이용하여 상층액을 걷어낸다. 이렇게 얻어진 상등액을 SDS-PAGE 젤에 로딩하여 단백질의 과발현을 확인한다. Transformed E. coli (BL 21 (DE3)) is placed in 10ml LB medium containing ampicillin at a concentration of 50μg / ml and incubated at 37 ° C 150rpm. After incubation for about 16 hours, transfer to 100 ml of LB medium containing 50 μg / ml of ampicillin and incubate until OD 600 is 0.5 ~ 0.6. Thereafter, IPTG is added to 1 mM and incubated for about 4 hours. The cells are then harvested by centrifugation and the supernatant is discarded. Collected cells were stored at −20 ° C. for about 16 hours, and 10 ml of lysis buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 200 mM NaCl, 10 mM imidazole, pH 8.0) was added to the frozen cells. Loosen frozen cells. The cells are then disrupted with a sonicator until the supernatant becomes clear. Then, remove the supernatant using a centrifuge. The supernatant thus obtained is loaded onto an SDS-PAGE gel to confirm overexpression of the protein.
상기의 단백질 발현 결과가 도 7에 나타나 있으며, 도 7에서 A는 얼음결합 단백질이 과발현된 대장균의 단백질 혼합물, B는 얼음결합 단백질이 과발현되지 않은 대장균의 단백질 혼합물, C 단백질이 과발현된 대장균의 단백질 혼합물을 정제한 결과를 나타낸다. The protein expression results are shown in FIG. 7, in which A is a protein mixture of E. coli overexpressed with an ice-binding protein, B is a protein mixture of E. coli without overexpressing an ice-binding protein, and a protein of E. coli overexpressed with a C protein The result of refine | purifying a mixture is shown.
<실시 예 6> 단백질의 정제Example 6 Purification of Proteins
단백질의 과발현을 확인한 후 상등액 4ml당 1ml의 50% Ni-NTA(Qiagen, Germany) 를 첨가하여 4℃에서 1시간 동안 교반기로 잘 섞어준다. 이후 컬럼에 상기 혼합물을 넣어주면 Ni-NTA에 결합한 목적 단백질은 컬럼 위에 남고 나머지는 밑으로 떨어진다. 이렇게 위에 남은 아가로즈를 세척 완충액(wash buffer)(50mM NaH2PO4, 300mM NaCl, 20mM imidazole, pH 8.0) 4ml로 두 번 세척한 후 용리 완충액(elution buffer)(50mM NaH2PO4, 200mM NaCl, 250mM imidazole, pH 8.0) 0.5ml씩 4번 이상 흘려주어 단백질을 얻는다. 상기에서 획득한 성숙전 얼음결합 단백질은 282 아미노산 길이와 31kDa의 분자량을 갖지며 성숙한 얼음 결합 단백질은 252 아미노산 길이와 27kDa의 분자량을 갖는다. After confirming the overexpression of the protein, add 1 ml of 50% Ni-NTA (Qiagen, Germany) per 4 ml of the supernatant and mix well at 4 ° C. for 1 hour. After the mixture is added to the column, the target protein bound to Ni-NTA remains on the column and the rest falls down. The remaining agarose was washed twice with 4 ml of wash buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, 20 mM imidazole, pH 8.0), followed by elution buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 200 mM NaCl). , 250mM imidazole, pH 8.0) 0.5ml each time more than 4 times to obtain protein. The obtained pre-mature ice-binding protein has a length of 282 amino acids and a molecular weight of 31 kDa, and the mature ice-binding protein has a length of 252 amino acids and a molecular weight of 27 kDa.
키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)로부터 획득한 얼음-결합 단백질의 ORF 유전자의 아미노산 서열로 진화적 계통수를 그린 결과를 도 1에 나타내었으며, 이는 이미 보고된 서열번호 5의 아미노산 서열을 갖는 남극 규조류인 나비큘라 글라시에(Navicula glaciei)의 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein(IBP))과 매우 높은 유사도를 보였다.The evolutionary phylogeny of the amino acid sequence of the ORF gene of the ice-binding protein obtained from Chaetoceros neogracile is shown in FIG. 1, which is an Antarctic with an amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 previously reported. Very similar to the ice-binding protein (IBP) of the diatom, Navicula glaciei .
<실시 예 7> 얼음결합 단백질의 존재 및 활성 강도의 측정Example 7 Presence and Activity of Ice Binding Proteins
키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 배양액으로 분비한 얼음결합 단백질과 cDNA 라이브러리(library)에서 확인된 유전자를 유전자 재조합 과정을 통하여 대장균(E.coli)에서 발현시켜 정제한 얼음결합 단백질의 존재 및 그 활성 강도를 측정하였다. 얼음결합 단백질의 활성을 측정하는 방법 중 하나인 성장하는 얼음표면의 형태를 측정하였다 (Raymond et al. 1989, Inhibition of growth of nonbasal planes in ice by fish antifreezes. PNAS. 86, 881-885; Raymond and Fristsen 2001, Semipurification and ice recrystallization inhibition activity of ice-active substances associated with Antarctic photosynthetic organisms. Cryobiology. 43, 63-70). The presence of ice-binding protein purified by expressing the ice-binding protein secreted into the culture solution of chitoceros neogracile and the gene identified in the cDNA library in E. coli through genetic recombination. And its active strength. The morphology of growing ice surfaces, one of the methods of measuring the activity of ice-binding proteins, was measured (Raymond et al. 1989, Inhibition of growth of nonbasal planes in ice by fish antifreezes. PNAS. 86, 881-885; Raymond and Fristsen 2001, Semipurification and ice recrystallization inhibition activity of ice-active substances associated with Antarctic photosynthetic organisms. Cryobiology. 43, 63-70).
먼저, 일반 배양상태에서의 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 경우(도 8a) 얼음 표면에 미약한 육각 형태 등의 구덩이 형태가 관찰되었다. 또한 얼음 조각의 끝부분에서 성장하는 얼음의 형태가 활엽수의 잎과 유사한 둥근 형태를 보이는 것으로 보아 얼음 결합 단백질의 활성이 미약한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 대조군인 용리 완충액과 얼음결합 단백질이 발현되지 않은 대장균의 용출액의 경우(도 8b)에는 얼음 표면에 구덩이가 없거나 둥근 형태의 적은 수의 구덩이(pitting)가 관찰된 것으로 보아 얼음 결합 단백질이 거의 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 상기 일반 배양 상태 및 대조군의 경우 관찰은 용리 완충액 염농도 702 mmol/kg, 온도 -1.5℃, 단백질이 발현되지 않은 대장균의 단백질 용액의 염농도 508 mmol/kg, 온도 -1.5℃, 배양액의 염농도 1056 mmol/kg 온도 -2℃에서 이루어진다. First, in the case of chitoceros neogracile (FIG. 8a) in a general culture state, a pit shape such as a weak hexagonal shape was observed on the ice surface. In addition, the shape of the ice growing at the tip of the ice cube shows a rounded shape similar to the leaves of hardwoods, indicating that the activity of the ice-binding protein is weak. In addition, in the elution buffer of the E. coli without elution buffer and the ice-binding protein (Fig. 8b) as a control, a small number of pits (no pits or rounded shapes) were observed. It can be determined that it does not exist. In the case of the general culture state and the control group, observation was performed in the elution buffer salt concentration of 702 mmol / kg, temperature of -1.5 ° C, the salt concentration of the protein solution of E. coli protein without expression of 508 mmol / kg, the temperature of -1.5 ° C, and the salt concentration of the culture solution of 1056 mmol / kg. The kg temperature is made at -2 ° C.
유전자 재조합 과정을 통하여 대장균(E.coli)에서 발현시켜 정제한 얼음결합 단백질의 어는점(freezing temperature)을 결정하기 위하여 시료의 염 농도를 측정하였다(VAPRO5520, Wescor Ltd., USA). 그 결과 염농도는 각각 520 mmol/kg (성숙-전 IBP), 524 mmol/kg (성숙 IBP)로 측정되었으며, 그 결과 측정된 염농도를 기준 으로 하여 수조(water bath)의 온도를 -1.5 ℃로 설정하였다. 상기 설정 온도로 맞추어진 챔버에 샘플 튜브를 위치시켰다. 샘플 튜브의 온도를 챔버 내의 온도와 일치시킨 후 샘플 튜브에 시료를 넣었다. -20℃에서 미리 제작한 얼음조각을 샘플 튜브에 넣고 광학현미경(Olympus SZ61, Japan)으로 얼음조각의 표면을 관찰하였고, 그 형태를 사진으로 촬영하였으며 (Olympus Camedia C-5060, Olympus), 그 결과를 도 8c 및 도 8d에 나타내었다. 얼음결합 단백질이 존재하는 완충액에서는 상기의 두 경우와는 달리 얼음 표면에 깊고 가파른 많은 수의 구덩이가 관찰되었고, 얼음 표면의 끝부분에서도 침엽수 잎과 유사한 뾰족한 형태의 얼음이 성장하고 있음을 확인하였다. 특히 성숙(Mature) 단백질의 경우(도 8d)는 성숙-전(Pre-mature) 단백질(도8c)보다 더욱 깊은 구덩이가 관찰되었고, 그 모양도 육각형태를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 도 8d의 우측 그림에서와 같이 얼음표면의 끝부분에 매우 뾰족한 형태의 얼음결정이 생성된 것으로 보아 성숙-전 단백질보다 성숙 단백질의 얼음결합 단백질의 활성이 더욱 강한 것으로 판단되었다. The salt concentration of the sample was measured to determine the freezing temperature of the ice-binding protein that was expressed and purified in E. coli through genetic recombination (VAPRO5520, Wescor Ltd., USA). As a result, the salt concentration was measured as 520 mmol / kg (pre-mature IBP) and 524 mmol / kg (mature IBP), respectively. As a result, the temperature of the water bath was set to -1.5 ° C based on the measured salt concentration. It was. The sample tube was placed in a chamber adjusted to the set temperature. The sample was placed in the sample tube after the temperature of the sample tube was matched to the temperature in the chamber. Ice cubes prepared in advance at -20 ° C were placed in a sample tube and the surface of the ice was observed with an optical microscope (Olympus SZ61, Japan), and the shape was photographed (Olympus Camedia C-5060, Olympus). Are shown in FIGS. 8C and 8D. In the buffer containing the ice-binding protein, a large number of deep and steep pits were observed on the ice surface unlike the above two cases, and it was confirmed that sharp ice similar to coniferous leaves was growing at the tip of the ice surface. In particular, in the case of mature protein (FIG. 8D), a deeper pit was observed than the pre-mature protein (FIG. 8C), and the shape also showed a hexagonal shape. As shown in the figure on the right of FIG. 8D, very sharp ice crystals were formed at the tip of the ice surface, indicating that the activity of the mature protein was higher than that of the mature protein.
도 8a, 8b, 8c 및 8d는 얼음결합 단백질이 직접적으로 얼음에 결합하여 얼음의 성장을 억제하는지 여부를 나타낸 것이다. 얼음결합 단백질이 없거나 그 활성이 약한 경우에는 얼음 표면에 구덩이 깊이가 깊지 않은 둥근 형태의 모양이 나타나고 얼음표면의 끝부분에서는 활엽수의 잎 모양과 유사한 둥근 형태의 얼음이 성장한다. 반면, 강한 활성의 얼음결합 단백질은 얼음표면에 강하게 결합되어, 얼음과 결합한 부위에는 얼음의 성장을 억제하게 된다. 이러한 작용으로 인하여 얼음표면에 는 깊고 가파른 구덩이가 얼음표면 전체에 생성되고 얼음표면의 끝부분에서는 침엽수의 잎 모양과 유사한 뾰족한 형태의 얼음이 성장한다. 8a, 8b, 8c and 8d show whether ice-binding proteins directly bind to ice to inhibit ice growth. If there is no ice-binding protein or its activity is weak, a round shape without deep pits appears on the surface of the ice, and rounded ice similar to the shape of the leaves of hardwoods grows at the end of the ice surface. On the other hand, the strongly active ice-binding protein is strongly bound to the ice surface, and the ice-binding protein inhibits the growth of ice. Due to this action, deep and steep pits are formed on the ice surface, and at the tip of the ice surface, a pointed ice similar to the shape of the leaves of conifers grows.
<실시 예 8> 얼음 결정의 형태 변화 측정Example 8 Measurement of Form Change of Ice Crystal
유전자 재조합 과정을 통하여 대장균(E.coli)에서 발현시켜 정제한 얼음결합 단백질이 얼음결정의 형태를 변화시키는 정도를 측정하기 위하여 나노리터 삼투압계(nanolitre osmometer)(Otago osmometers, New Zealand)를 사용하였다(kobashigawa et al. 2005, A part of ice nucleation protein exhibits the ice-binding ability. FEBS. 579, 1493-1497; Bravo and Griffith 2005, Characterization of antifreeze activity in Antarctic plants. J. Experiment. Bot. 56 (414), 1189-1196).The nanoliter osmoometers (Otago osmometers, New Zealand) were used to measure the extent to which the ice-binding protein expressed in E. coli and purified by genetic recombination changes the shape of the ice crystals. (kobashigawa et al. 2005, A part of ice nucleation protein exhibits the ice-binding ability.FEBS. 579, 1493-1497; Bravo and Griffith 2005, Characterization of antifreeze activity in Antarctic plants.J. Experiment.Bot. 56 (414 ), 1189-1196).
샘플 챔버 내에 유침 오일(immersion oil)(Olympus)을 채운 후 측정하고자 하는 시료를 유침 오일 위에 위치시켰다. 샘플 챔버를 나노리터 삼투압계의 스테이지(Stage)에 올려놓은 뒤 -20℃로 샘플 챔버 내부의 시료를 냉동시켰다. 시료의 냉동여부를 광학현미경(Zeiss Axiolab, Zeiss)으로 확인한 후 스테이지의 온도를 천천히 올려 얼음결정의 생성을 확인하였다. 얼음 결정이 모두 녹기 전까지 온도를 올리고 얼음결정이 완전한 구형이 되도록 온도를 조정하였다. 구형의 얼음결정 상태에서 0.01℃/sec 로 스테이지 온도를 내리면서 시료의 온도가 하강될 때 단일 얼음결정이 성장하며 보여지는 형태의 변화를 알아보기 위해 얼음결정 형태를 사진 으로 촬영하였으며(Canon A620), 이를 도 9a 및 9b에 나타내었다.After filling the immersion oil (Olympus) in the sample chamber, the sample to be measured was placed on the immersion oil. The sample chamber was placed on a stage of the nanoliter osmometer and the sample inside the sample chamber was frozen at -20 ° C. After confirming whether the sample was frozen by an optical microscope (Zeiss Axiolab, Zeiss) and slowly raising the temperature of the stage was confirmed the formation of ice crystals. The temperature was raised until all the ice crystals melted and the temperature was adjusted so that the ice crystals were completely spherical. The shape of the ice crystals was photographed to investigate the change in shape when a single ice crystal grows when the temperature of the sample decreases while the stage temperature is lowered to 0.01 ° C / sec in a spherical ice crystal state (Canon A620). This is shown in Figures 9a and 9b.
도 9a 및 9b는 얼음결합 단백질(IBP)이 결빙 방지 활성의 하나로 알려진 얼음 결정의 형태를 변화시키는 현상을 보여주는 것이다. 도 9b에서, 얼음결합 단백질이 존재하지 않는 용리 완충액를 대조군(도 9b좌측 상단)으로 하였으며 이러한 대조군의 경우 얼음 결정은 각이 없고 둥그렇게 자라는 반면, 얼음-결합 단백질이 존재하는 경우(도 9b 좌측 하단 및 우측 하단) 얼음 결정 표면에 얼음-결합 단백질이 결합하여 각을 형성하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 더욱 확실한 증명을 위해 얼음-결합 단백질을 발현시키지 않은 대장균(E. coli .) 세포를 파쇄한 상등액으로 얼음 결정의 형태변화 현상을 실험하였으며(도 b 우측 상단), 그 결과 대조군보다는 불규칙한 원형을 이루지만 얼음-결합 단백질이 존재할 때와 같은 각진 모양의 얼음 결정은 관찰되지 않았다. 성숙한 얼음-결합 단백질 및 성숙-전 얼음-결합 단백질의 결정 모양이 다른 것은 단백질의 구조에 기인하는 것으로 알려져 있으며, 성숙한 얼음-결합 단백질의 활성이 성숙-전 얼음-결합 단백질보다 우수한 것을 확인할 수 있다.9A and 9B show a phenomenon in which ice-binding protein (IBP) changes the shape of ice crystals known as one of anti-freezing activity. In FIG. 9B, the elution buffer without ice-binding protein was used as a control (top left in FIG. 9B), in which case the ice crystals were angled and grow round, whereas in the presence of ice-binding protein (bottom left of FIG. 9B). And bottom right) It can be seen that the ice-binding protein is bonded to the ice crystal surface to form an angle. In addition, the conformation of ice crystals with supernatant crushed E. coli cells that did not express ice-binding proteins for more robust proof . The phenomenon was tested (upper right of FIG. B), resulting in an irregular circular shape than the control but no angular ice crystals were observed as in the presence of ice-binding proteins. It is known that the crystal shape of the mature ice-binding protein and the pre-mature ice-binding protein is due to the structure of the protein, and the activity of the mature ice-binding protein is superior to the pre-mature ice-binding protein. .
도9a는 일반 배양상태에서 키토세로스 네오그래실(Chaetoceros neogracile)의 배양액으로 분비한 얼음결합 단백질이 얼음 결정의 형태를 변화시키는 현상을 관찰한 것으로 얼음 결정 표면에 불규칙한 각을 이루는 정도에 불과하여, 각진 형태를 형성하는 본 발명의 본 발명의 재조합 단백질과 비교하여 그 활성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.FIG. 9a illustrates a phenomenon in which ice-binding protein secreted into a culture solution of Chaetoceros neogracile in a normal culture state changes the shape of ice crystals, and is only an irregular angle on the surface of ice crystals. In comparison with the recombinant protein of the present invention, which forms an angular form, it can be seen that the activity is significantly reduced.
<실시 예 9> 얼음결합 단백질(<Example 9> Ice-binding protein ( IBPIBP ) 의 결빙방지() Freeze protection antianti -- freezefreeze ) 활성의 측정) Measurement of activity
재조합 단백질의 결빙방지 활성을 측정하기 위하여 광학현미경에 결합된 나노리터-오스모미터 기기를 사용하였다(Otago nanolitre-osmometer). 본 기기는 시료의 온도를 즉각적으로 조절할 수 있는 기기로서 시료의 녹는 점 및 어는 점, 그리고 열적이력현상(Thermal hysteresis, TH)의 측정이 가능한 기기이다. 시료를 시료 챔버에 0.1-0.5 μl넣고 시료 챔버의 온도를 -20℃로 강하시켜 시료를 냉동시킨다. 5분간 시료의 냉동상 태를 유지한 후 약 -5℃까지 온도를 올려준다. 이후 단일 얼음결정이 생성될 때까지 시료 챔버의 온도를 상승시킨다. 단일 얼음결정의 상(phase)이 정지된 온도(녹는 점, Tm)에서 0.01℃/초의 속도로 온도를 하강시키면서 단일 얼음결정의 상 변화를 광학 현미경으로 관찰한다. 온도 하강 시 단일 얼음결정이 성장하기 시작하는 온도(어는 점, freezing temperature)를 측정한다. 녹는 점과 어는 점의 온도의 차이가 발생하게 되는 현상이 열적 이력현상(Thermal hysteresis)으로서, 녹는 점과 어는 점의 온도차이로 표현된다.To measure the antifreeze activity of the recombinant protein, a nanoliter-osmometer instrument coupled to an optical microscope was used (Otago nanolitre-osmometer). It is a device that can control the temperature of sample immediately. It can measure melting point, freezing point and thermal hysteresis (TH) of sample. Place 0.1-0.5 μl of the sample into the sample chamber and freeze the sample by lowering the temperature of the sample chamber to -20 ° C. Keep the sample frozen for 5 minutes and raise the temperature to about -5 ° C. The temperature of the sample chamber is then raised until a single ice crystal is produced. The phase change of the single ice crystal is observed under an optical microscope while the temperature of the single ice crystal stops at a temperature of 0.01 ° C./sec at the stopped temperature (melting point, Tm). Measure the temperature (freezing temperature, freezing temperature) at which a single ice crystal begins to grow when the temperature drops. Thermal hysteresis is a phenomenon in which the temperature difference between the melting point and the freezing point occurs, which is expressed as the temperature difference between the melting point and the freezing point.
표 2. 시료 별 열적이력현상(TH) 값과 시료 별 얼음결정의 형태 변화 정도Table 2. The value of thermal stress (TH) per sample and the degree of change in the shape of ice crystals per sample
a 2 ℃에서 5일 배양한 배양액을 여과하여 농축한다. a The culture solution incubated at 2 ° C. for 5 days is concentrated by filtration.
b 얼음 결정의 모양 b shape of ice crystals
상기 표 2는 결빙-방지 활성(Anti-freeze activity)을 추정하는 근거가 될 수 있는 열적이력 현상(Thermal hysteresis, TH)를 정량하여 TH값과 얼음결정의 형태 변화능을 시료별로 비교한 결과이다. IBP 단백질의 활성이 없거나 IBP가 존재하지 않는 경우에는 열적 이력현상이 미미하고, 단일 얼음결정의 형태는 둥근 디스크의 형태로 나타난다. 반면, 얼음결합 단백질의 활성이 있는 경우에는 육각면체(Hexagonal) 또는 이중 피라미드(Bipyramical) 형태로 단일 얼음결정이 성장한다. 성숙한 IBP의 시료를 이용하여 TH활성을 관찰하였을 때 가장 높은 값을 가지며, 얼음 결정이 육각면체(Hexagonal)의 형태를 보이는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과를 통해 규조류 유래 얼음-결합 단백질은 결빙-방지(anti-freeze) 활성도 나타냄을 확인하였다.Table 2 shows the results of comparing the TH value and the ability to change the shape of ice crystals by sample by quantifying thermal hysteresis (TH), which may be the basis for estimating anti-freeze activity. . In the absence of IBP protein activity or the absence of IBP, thermal hysteresis is negligible, and the shape of a single ice crystal is in the form of a round disc. On the other hand, when ice-binding protein is active, single ice crystals grow in the form of a hexagonal or double pyramid. When the TH activity was observed using a sample of mature IBP, it has the highest value, and it can be seen that the ice crystals show a hexagonal shape. These results confirmed that diatom-derived ice-binding protein also exhibited anti-freeze activity.
<실시 예 10> 시그널 Example 10 Signal 펩타이드(signal peptide)의Of peptides 존재 여부 및 절단 부위의 예측 Presence of presence and cleavage site
Signal P (3.0) 프로그램을 이용하여 시그널 펩타이드의 존재여부와 절단 부위를 예측하였으며, 확인결과 대부분 아미노산 서열 30-31(AEG-LR) 부위에 절단 부위가 있음이 예측되었다. NN 결과와 HMM 결과는 데이터 베이스를 해석하는 방법상의 차이를 가지는 것으로, 즉 어떤 방식으로 데이타를 정리했는지에 따라 구별된 다. 같은 이유로 Y-점수(score), C- 점수(score), S- 점수(score)의 경우도 분석한 데이타를 해석하는 방법에 따른 차이를 가진다. 초기에는 점수(score)를 주로 사용하고 버전이 업그레이드 되면서 정확한 결과를 분석하는 방향으로 제시되고 있다. 최신 버전에 사용하고 있는 것은 S- 점수(score)이며 다른 값은 참고로 하고 S- 점수(score)를 통해 시그널 펩타이드의 존재 여부를 확인할 수 있다. Signal P (3.0) program was used to predict the presence and cleavage site of the signal peptide, and the results confirmed that the cleavage site in most amino acid sequence 30-31 (AEG-LR) site. The NN and HMM results differ in how they interpret the database, that is, by how they organize the data. For the same reason, the Y-score, C-score, and S-score also differ depending on how the analyzed data are interpreted. Initially, the score is mainly used and the version is upgraded to analyze the exact result. In the latest version, the S-score is used. For other values, the S-score can be used to confirm the presence of signal peptides.
1. 시그널 1. Signal 펩타이드의Peptide 존재여부Presence 측정( Measure( SignalPSignalp -- NNNN resultresult ))
Signal P (3.0) 프로그램을 이용하여 시그널 펩타이드의 존재여부를 예측하였으며, 그 결과는 도 10a및 하기 표 3과 같다.Signal P (3.0) program was used to predict the presence of a signal peptide, the results are shown in Figure 10a and Table 3 below.
표 3. 시그널 펩타이드의 존재여부 측정 결과Table 3. Measurement result of presence of signal peptide
2. 시그널 펩타이드의 절단 부위 예측(SignalP - HMM result ) 2. Prediction of cleavage site of signal peptide ( SignalP - HMM result )
역시 Signal P (3.0) 프로그램을 이용하여 시그널 펩타이드의 절단 부위를 예측하였으며, 그 결과를 도 10b에서 확인할 수 있다. 그 결과 시그널 펩타이드 가능성(Signal peptide probability)은 0.917, 시그널 앵커(Signal anchor) 가능성 0.082, 최대 절단 부위 가능성(Max cleavage site probability)은 0.559로 아미노 산 서열 30-31 사이에서 확인되었다. The signal P (3.0) program was also used to predict the cleavage site of the signal peptide, the results of which can be seen in Figure 10b. As a result, the signal peptide probability was 0.917, the signal anchor potential was 0.082, and the maximum cleavage site probability was 0.559, which was identified between amino acid sequences 30-31.
도 1은 키토세로스 네오그래실(C. neogracile)의 얼음결합 단백질이 나비큘라 글라시에(Navicula glaciei)의 얼음-결합 단백질(Ice-binding protein(IBP))과 아미노산 서열에 있어서 유사하지만, 다른 분기군(clade)로 나뉘어 있는 것을 보여주는 계통수 분석이다.Figure 1 shows that the ice-binding protein of C. neogracile is similar in amino acid sequence to Ice-binding protein (IBP) of Navicula glaciei . A phylogenetic analysis showing the division into different clades.
도 2는 본 발명의 얼음-결합 단백질의 발현에 사용된 발현 벡터인 pProEX HTa의 지도를 나타낸다. Figure 2 shows a map of pProEX HTa, the expression vector used for the expression of the ice-binding protein of the present invention.
도 3은 본 발명의 얼음-결합 단백질 단백질의 발현에 사용된 발현 벡터인 pProEX HTa의 다클로닝 위치(multiple cloning site) 및 삽입 위치(insertion site)를 나타낸다. 3 shows the multiple cloning site and insertion site of pProEX HTa, the expression vector used for the expression of the ice-binding protein protein of the present invention.
도 4는 극지 규조류의 얼음-결합 단백질이 삽입된 EcoRI및 XhoI 클로닝 위치가 표시된 pProEX HTa 벡터의 구조를 나타낸다. Figure 4 shows the structure of the pProEX HTa vector labeled with the EcoRI and XhoI cloning sites in which ice-binding proteins of polar diatoms are inserted.
도 5는 얼음-결합 단백질 유전자의 서던 블롯(southern bot) 분석을 나타내며, 레인 M은 마커, 레인 1 은 EcoRV로 절단한 키토세로스 네오그래실의 gDNA, 레인 2는 NcoI 로 절단한 키토세로스 네오그래실의 gDNA, 레인 3은 SacI 로 절단한 키토세로스 네오그래실의 gDNA 을 나타내며, 이렇게 절단된 gDNA에 얼음결합 단백 질의 유전자를 탐침으로 이용하여 몇 개의 카피가 존재하는지 알아본 결과를 나타낸다. FIG. 5 shows Southern bot analysis of the ice-binding protein gene, lane M is a marker,
도 6는 동결 조건에서의 얼음-결합 단백질 유전자의 mRNA 발현을 나타내며, 레인 1은 대조군 RNA, 레인 2는 플라스크 표면이 얼기 시작하는 시점(Freeze start, F.A.)의 RNA, 레인 3은 배양액에 얼음이 떠다니는 시점(1/2 Freeze, 1/2F.)의 RNA, 레인 4는 배양액이 샤베트와 같은 상태(All Freeze, A.F.)의 RNA를 나타낸다. Figure 6 shows the mRNA expression of the ice-binding protein gene in the freezing conditions,
도 7은 얼음-결합 단백질을 과발현한 결과를 나타내는 것으로, 레인 A는 얼음결합 단백질이 과발현 된 대장균의 단백질 혼합물, 레인 B는 얼음결합 단백질이 과발현 되지 않은 대장균의 단백질 혼합물, 레인 C는 성숙-전 얼음결합 단백질이 과발현된 대장균의 단백질 혼합물을 정제한 결과, 그리고 레인 D는 성숙 IBP를 정제한 결과를 나타낸다. Figure 7 shows the result of overexpressing the ice-binding protein, lane A is a protein mixture of E. coli overexpressing ice-binding protein, lane B is a protein mixture of E. coli not overexpressing ice-binding protein, lane C is pre-maturation Purification of the protein mixture of Escherichia coli overexpressed with ice-binding protein, and lane D shows the purification of mature IBP.
도 8a 내지 8d는 얼음 결합 단백질의 활성을 나타내는 것으로, 도 8a는 일반 배양 단백질, 도 8b는 대조군으로서 좌측은 용리 완충액이고 우측은 단백질이 발현되지 않은 대장균 용출액이며, 도 8c는 성숙-전(Pre-mature) 얼음결합 단백질, 도 8d는 성숙한 얼음결합 단백질의 활성을 각각 보여준다. 8A to 8D show the activity of the ice-binding protein, FIG. 8A is a general culture protein, FIG. 8B is a control, E. coli eluate with the left side of the elution buffer and the right side of the protein, and FIG. 8C the pre-maturation (Pre -mature) ice-binding protein, Figure 8d shows the activity of mature ice-binding protein, respectively.
도 9a 및9b는 얼음 결정의 형태 변화를 측정한 것으로서, 도 9a는 배양액에 분비된 IBP의 경우를 나타내며, 도 9b에서 대조군으로 용리 완충액을 사용하였고(좌측 상단), 우측 상단은 얼음결합 단백질이 발현되지 않은 대장균의 단백질(Un-Induced) 혼합물을 나타내며, 좌측 하단 및 우측 하단은 각각 성숙-전 IBP 및 성숙 IBP가 얼음 결정의 형태를 변화시키는 정도를 나타낸 것이다. Figures 9a and 9b measured the change in the shape of the ice crystals, Figure 9a shows the case of IBP secreted in the culture, in Figure 9b using elution buffer as a control (upper left), the upper right is the ice-binding protein The unexpressed E. coli protein (Un-Induced) mixture is shown, and the lower left and lower right shows the degree to which pre-mature IBP and mature IBP change the shape of the ice crystals, respectively.
도 10a 및 10b는 각각 Signal P (3.0) 프로그램을 이용하여 시그널 펩타이드의 존재여부 및 절단 부위를 예측한 것이다. 10a and 10b respectively predict the presence and cleavage site of the signal peptide using the Signal P (3.0) program.
도 11은 얼음-결합 단백질과 유사한 단백질의 아미노산 서열 정렬(alignment)을 나타낸 것이다.Figure 11 shows amino acid sequence alignment of proteins similar to ice-binding proteins.
<110> Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Korea ocean research and development institute <120> Ice-binding protein gene derived from Chaetoceros neogracile, recombinant vector comprising the gene, and protein encoded by the gene <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 759 <212> DNA <213> Chaetoceros neogracile <400> 1 ctccgtcagg agaaacgtgg aggtcttagg cgtcagctcg atgacgaacc actatctgct 60 gtcaagctac tcacagcagg aaggtttgcc attttgacaa aaactggtgt gacgaccacc 120 ggtccaacag atctgaaagg tgatatgggc acgagtccta tcacaggcgc ggccatcacg 180 ggatttggtt tgattacgga tcccagcgat accactttct ccacatcctc ccttgtgaca 240 ggacaggtat tcgcatcaga ctacacatcc cccacaccca atatgctaac tgtagcagtc 300 ctcgacatgc aggccgcata tgttgatgct gcaggccgcc ctgaccccga ctacgttgag 360 cttggtgctg gaaacattga gggcctcact cttgaacctg gcctatacaa gtgggggact 420 gatgtcggct tcaccaacag tctcaccttc gatggttctg acactgatat ttggatcttg 480 cagatcgatg gggatgtcac agcaggaagc ggtgcaaaag tcaaactcat taacgatgcc 540 aaggctgaga acatcttttg gcagattgcg ggcaagactg atctaggcac cacgtcccat 600 gttgagggtg tgttcctctg tagcacagca atcactttca aaactggaag cagcatgaat 660 ggtgctgcac tagcacagac agcagtcacg ttggattccg ctacgatcgt gaaggagtcc 720 gtatgcgatg tggatgttgg gtgtgtggca ccaaactaa 759 <210> 2 <211> 849 <212> DNA <213> Chaetoceros neogracile <400> 2 atgagtctta ttacaattaa tcataccctc gttgtaaccg ccctactatt cgctgcagtg 60 gcacttctag gagtaccaat ggcagagggt ctccgtcagg agaaacgtgg aggtcttagg 120 cgtcagctcg atgacgaacc actatctgct gtcaagctac tcacagcagg aaggtttgcc 180 attttgacaa aaactggtgt gacgaccacc ggtccaacag atctgaaagg tgatatgggc 240 acgagtccta tcacaggcgc ggccatcacg ggatttggtt tgattacgga tcccagcgat 300 accactttct ccacatcctc ccttgtgaca ggacaggtat tcgcatcaga ctacacatcc 360 cccacaccca atatgctaac tgtagcagtc ctcgacatgc aggccgcata tgttgatgct 420 gcaggccgcc ctgaccccga ctacgttgag cttggtgctg gaaacattga gggcctcact 480 cttgaacctg gcctatacaa gtgggggact gatgtcggct tcaccaacag tctcaccttc 540 gatggttctg acactgatat ttggatcttg cagatcgatg gggatgtcac agcaggaagc 600 ggtgcaaaag tcaaactcat taacgatgcc aaggctgaga acatcttttg gcagattgcg 660 ggcaagactg atctaggcac cacgtcccat gttgagggtg tgttcctctg tagcacagca 720 atcactttca aaactggaag cagcatgaat ggtgctgcac tagcacagac agcagtcacg 780 ttggattccg ctacgatcgt gaaggagtcc gtatgcgatg tggatgttgg gtgtgtggca 840 ccaaactaa 849 <210> 3 <211> 252 <212> PRT <213> Chaetoceros neogracile <400> 3 Leu Arg Gln Glu Lys Arg Gly Gly Leu Arg Arg Gln Leu Asp Asp Glu 1 5 10 15 Pro Leu Ser Ala Val Lys Leu Leu Thr Ala Gly Arg Phe Ala Ile Leu 20 25 30 Thr Lys Thr Gly Val Thr Thr Thr Gly Pro Thr Asp Leu Lys Gly Asp 35 40 45 Met Gly Thr Ser Pro Ile Thr Gly Ala Ala Ile Thr Gly Phe Gly Leu 50 55 60 Ile Thr Asp Pro Ser Asp Thr Thr Phe Ser Thr Ser Ser Leu Val Thr 65 70 75 80 Gly Gln Val Phe Ala Ser Asp Tyr Thr Ser Pro Thr Pro Asn Met Leu 85 90 95 Thr Val Ala Val Leu Asp Met Gln Ala Ala Tyr Val Asp Ala Ala Gly 100 105 110 Arg Pro Asp Pro Asp Tyr Val Glu Leu Gly Ala Gly Asn Ile Glu Gly 115 120 125 Leu Thr Leu Glu Pro Gly Leu Tyr Lys Trp Gly Thr Asp Val Gly Phe 130 135 140 Thr Asn Ser Leu Thr Phe Asp Gly Ser Asp Thr Asp Ile Trp Ile Leu 145 150 155 160 Gln Ile Asp Gly Asp Val Thr Ala Gly Ser Gly Ala Lys Val Lys Leu 165 170 175 Ile Asn Asp Ala Lys Ala Glu Asn Ile Phe Trp Gln Ile Ala Gly Lys 180 185 190 Thr Asp Leu Gly Thr Thr Ser His Val Glu Gly Val Phe Leu Cys Ser 195 200 205 Thr Ala Ile Thr Phe Lys Thr Gly Ser Ser Met Asn Gly Ala Ala Leu 210 215 220 Ala Gln Thr Ala Val Thr Leu Asp Ser Ala Thr Ile Val Lys Glu Ser 225 230 235 240 Val Cys Asp Val Asp Val Gly Cys Val Ala Pro Asn 245 250 <210> 4 <211> 282 <212> PRT <213> Chaetoceros neogracile <400> 4 Met Ser Leu Ile Thr Ile Asn His Thr Leu Val Val Thr Ala Leu Leu 1 5 10 15 Phe Ala Ala Val Ala Leu Leu Gly Val Pro Met Ala Glu Gly Leu Arg 20 25 30 Gln Glu Lys Arg Gly Gly Leu Arg Arg Gln Leu Asp Asp Glu Pro Leu 35 40 45 Ser Ala Val Lys Leu Leu Thr Ala Gly Arg Phe Ala Ile Leu Thr Lys 50 55 60 Thr Gly Val Thr Thr Thr Gly Pro Thr Asp Leu Lys Gly Asp Met Gly 65 70 75 80 Thr Ser Pro Ile Thr Gly Ala Ala Ile Thr Gly Phe Gly Leu Ile Thr 85 90 95 Asp Pro Ser Asp Thr Thr Phe Ser Thr Ser Ser Leu Val Thr Gly Gln 100 105 110 Val Phe Ala Ser Asp Tyr Thr Ser Pro Thr Pro Asn Met Leu Thr Val 115 120 125 Ala Val Leu Asp Met Gln Ala Ala Tyr Val Asp Ala Ala Gly Arg Pro 130 135 140 Asp Pro Asp Tyr Val Glu Leu Gly Ala Gly Asn Ile Glu Gly Leu Thr 145 150 155 160 Leu Glu Pro Gly Leu Tyr Lys Trp Gly Thr Asp Val Gly Phe Thr Asn 165 170 175 Ser Leu Thr Phe Asp Gly Ser Asp Thr Asp Ile Trp Ile Leu Gln Ile 180 185 190 Asp Gly Asp Val Thr Ala Gly Ser Gly Ala Lys Val Lys Leu Ile Asn 195 200 205 Asp Ala Lys Ala Glu Asn Ile Phe Trp Gln Ile Ala Gly Lys Thr Asp 210 215 220 Leu Gly Thr Thr Ser His Val Glu Gly Val Phe Leu Cys Ser Thr Ala 225 230 235 240 Ile Thr Phe Lys Thr Gly Ser Ser Met Asn Gly Ala Ala Leu Ala Gln 245 250 255 Thr Ala Val Thr Leu Asp Ser Ala Thr Ile Val Lys Glu Ser Val Cys 260 265 270 Asp Val Asp Val Gly Cys Val Ala Pro Asn 275 280 <210> 5 <211> 242 <212> PRT <213> Navicula glaciei <400> 5 Met Met Phe Leu Ala Lys Thr Val Thr Leu Leu Val Ala Leu Val Ala 1 5 10 15 Ser Ser Val Ala Ala Glu Gln Ser Ala Val Asp Leu Gly Thr Ala Gly 20 25 30 Asp Phe Ala Val Leu Ser Lys Ala Gly Val Ser Thr Thr Gly Pro Thr 35 40 45 Glu Val Thr Gly Asp Ile Gly Thr Ser Pro Ile Ala Ser Thr Ala Leu 50 55 60 Thr Gly Phe Ala Leu Ile Lys Asp Ser Ser Asn Thr Phe Ser Thr Ser 65 70 75 80 Ser Leu Val Thr Gly Lys Ile Tyr Ala Ala Asp Tyr Thr Ala Pro Thr 85 90 95 Pro Ser Lys Met Thr Thr Ala Ile Ser Asp Met Ser Thr Ala Phe Thr 100 105 110 Asp Ala Ala Gly Arg Ser Asp Pro Asp Phe Leu Glu Leu Gly Ala Gly 115 120 125 Ser Ile Glu Gly Glu Thr Leu Val Ala Gly Leu Tyr Lys Trp Gly Thr 130 135 140 Asp Val Ser Phe Thr Ser Ser Leu Val Phe Asp Gly Ser Ala Thr Asp 145 150 155 160 Val Trp Ile Leu Gln Val Ala Lys Asp Phe Ile Val Gly Asn Gly Ala 165 170 175 Gln Met Tyr Leu Thr Gly Thr Ala Lys Ala Glu Asn Ile Phe Ile Gln 180 185 190 Val Ser Gly Ala Val Asn Ile Gly Thr Thr Ala His Val Glu Gly Asn 195 200 205 Ile Leu Ser Ala Thr Ala Ile Ala Leu Gln Thr Gly Ser Ser Leu Asn 210 215 220 Gly Lys Ala Leu Ser Gln Thr Ala Ile Thr Leu Asp Ser Val Thr Ile 225 230 235 240 Val Ser <110> Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Korea ocean research and development institute <120> Ice-binding protein gene derived from Chaetoceros neogracile, recombinant vector comprising the gene, and protein encoded by the gene <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 759 <212> DNA <213> Chaetoceros neogracile <400> 1 ctccgtcagg agaaacgtgg aggtcttagg cgtcagctcg atgacgaacc actatctgct 60 gtcaagctac tcacagcagg aaggtttgcc attttgacaa aaactggtgt gacgaccacc 120 ggtccaacag atctgaaagg tgatatgggc acgagtccta tcacaggcgc ggccatcacg 180 ggatttggtt tgattacgga tcccagcgat accactttct ccacatcctc ccttgtgaca 240 ggacaggtat tcgcatcaga ctacacatcc cccacaccca atatgctaac tgtagcagtc 300 ctcgacatgc aggccgcata tgttgatgct gcaggccgcc ctgaccccga ctacgttgag 360 cttggtgctg gaaacattga gggcctcact cttgaacctg gcctatacaa gtgggggact 420 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