KR20110085732A - Ostmt2 gene involved in vacuolar sugar transport from rice - Google Patents

Ostmt2 gene involved in vacuolar sugar transport from rice Download PDF

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KR20110085732A
KR20110085732A KR1020100005666A KR20100005666A KR20110085732A KR 20110085732 A KR20110085732 A KR 20110085732A KR 1020100005666 A KR1020100005666 A KR 1020100005666A KR 20100005666 A KR20100005666 A KR 20100005666A KR 20110085732 A KR20110085732 A KR 20110085732A
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전종성
조정일
이대우
류나연
김현비
엄준섭
홍순관
최상봉
부성희
한태룡
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: An Oryza sativa L.-derived OsTMT2 gene which transports sugar into a vacuole is provide dot detect a novel gene relating to plant growth and environmental stress. CONSTITUTION: An Oryza sativa L.-derived OsTMT2(Oryza sativa tonoplast monosaccharide transporter 2) protein relating to vacuolar sugar transport contains an amino acid of sequence number 2. A gene encoding OsTMT2 protein contains a base sequence of sequence number 1. A recombinant vector contains OsTMT2 gene. The transgenic plant is prepared by the recombinant vector containing OsTMT2 gene. The plant is Oryza sativa L. or Arabidopsis thaliana. A composition for enhancing vacuolar sugar transport contains OsTMT2 gene.

Description

당의 액포 내 수송에 관여하는 벼 유래의 OsTMT2 유전자{OsTMT2 gene involved in vacuolar sugar transport from rice}OsTMT2 gene involved in vacuolar sugar transport from rice}

본 발명은 식물의 생장 및 발달 동안에 당을 액포 내로 수송하는 역할을 하는 벼 유전자 OsTMT2에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물의 생장 및 발달 동안에 당을 액포 내로 수송하는 역할을 하는 벼 유래의 OsTMT2 단백질, 상기 단백질을 코딩하는 유전자, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 식물체 및 이의 종자, 상기 재조합 벡터로 식물체를 형질전환시켜 액포 내로 당 수송을 증가시키는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 액포 내에 당이 증가된 식물체 및 상기 유전자를 포함하는 식물체의 액포 내로 당 수송을 증가시키기 위한 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to the rice gene OsTMT2 , which serves to transport sugar into vacuoles during plant growth and development, and more particularly, to the OsTMT2 protein derived from rice, which serves to transport sugar into vacuoles during plant growth and development, Genes encoding the protein, recombinant vectors comprising the genes, plants transformed with the recombinant vectors and seeds thereof, methods of transforming plants with the recombinant vectors to increase sugar transport into vacuoles, prepared by the method A composition for increasing sugar transport into a vacuole of a plant having increased sugar in the vacuole and a vegetation comprising the gene.

고등식물에서, 당(sugar)은 공급기관으로 알려진 성숙한 잎의 엽육세포(mesophyll cell)에서 생산된다. 뿌리 및 종자와 같은 헤테로트로픽 세포(Heterotrophic cells)는 수용부 기관(sink organ)이며, 그들의 영양은 당의 공급에 의존한다. 따라서, 당의 적절한 생산, 저장 그리고 수송은 식물의 생장과 발달을 유지하는데 필수적이다. In higher plants, sugar is produced in the mesophyll cells of mature leaves known as feeders. Heterotrophic cells such as roots and seeds are sink organs and their nutrition depends on the supply of sugar. Therefore, proper production, storage and transport of sugars are essential for maintaining plant growth and development.

식물에는 다양한 당 수송 시스템이 존재한다. 당은 막(membrane)들을 가로지르는 당 트랜스포터에 의한 세포외 이동(apoplastic) 경로 또는 플라스모데스마타(plasmodesmata)를 통과하는 세포내 이동(symplastic) 경로를 통해 주위세포로 수송된다. 체관부 체세포(phloem sieve cell)에서 당은 식물 종에 따라, 당 트랜스포터에 의한 세포외 이동 경로 및/또는 세포내 이동 경로로 로딩되고, 또한 공급지에서 수용부 기관으로 장거리에 걸쳐서 수송된다(Williams et al, 2000, Trends in Plant Science 5, 283-290; Lim et al, 2006, Physiologia Plantarum 126, 572-584). 이러한 단거리 및 장거리 수송 외에, 당 분자들은 영양분의 요구에 따라 세포내의 다른 세포하 소기관(subcellular organelles)들로 분포된다. 예를 들어, 일과성 전분(transitory starch)은 엽록체(chloroplasts)내에서 말토스(maltose)로 분해되며, 그 후 말토스는 말토스 트랜스포터(maltose transporter)를 통하여 밤에 세포질로 수송된다(Weise et al, 2006, Plant Physiology 141, 879-886). Plants have a variety of sugar transport systems. Sugars are transported to surrounding cells either through extracellular transport pathways by sugar transporters across membranes or through intracellular transport pathways through plasmodesmata. In phloem sieve cells, sugars are loaded into the extracellular and / or intracellular pathways by sugar transporters, depending on the plant species, and also transported over long distances from the source to the recipient organs (Williams et. al, 2000, Trends in Plant Science 5, 283-290; Lim et al, 2006, Physiologia Plantarum 126, 572-584. In addition to these short and long distance transports, sugar molecules are distributed to other subcellular organelles within the cell, depending on the needs of the nutrients. For example, transient starch is broken down into maltose in chloroplasts, and then maltose is transported into the cytoplasm at night through a maltose transporter (Weise et. al, 2006, Plant Physiology 141, 879-886).

많은 식물들에서 디사카라이드 수크로스(disaccharide sucrose)는 체관부 체세포에서 장거리 수송을 위한 당의 주된 형태인 반면, 주요 모노사카라이드 당(monosaccharide sugar) 형태들은 글루코스(glucose) 및 프룩토스(fructose)이다. 당 트랜스포터들은 많은 유전자 패밀리를 구성한다. 예를 들면, 애기장대(Arabidopsis)에서 7개의 다른 서브패밀리(subfamilies)에 속하는 53개의 추정(putative) 모노사카라이드 트랜스포터 유전자들과 10개 이상의 디사카라이드 트랜스포터들이 동정되었다(Buttner, 2007, FEBS Letters 581, 2318-2324; Lalonde et al, 2004, Annual Review of Plant Biology 55, 341-372). 게다가, 벼는 20개 이상의 모노사카라이드 트랜스포터 유전자와 5개의 디사카라이드 트랜스포터를 가지고 있다(Lim et al, 2006, Physiologia Plantarum 126, 572-584). In many plants, disaccharide sucrose is the main form of sugar for long-distance transport in phloem somatic cells, while the major monosaccharide sugar forms are glucose and fructose. Sugar transporters make up a large family of genes. For example, 53 putative monosaccharide transporter genes and more than 10 disaccharide transporters belonging to 7 different subfamilies have been identified in Arabidopsis (Buttner, 2007, FEBS Letters 581, 2318-2324; Lalonde et al, 2004, Annual Review of Plant Biology 55, 341-372). In addition, rice has more than 20 monosaccharide transporter genes and five disaccharide transporters (Lim et al, 2006, Physiologia). Plantarum 126, 572-584).

성숙한 식물세포에서, 액포(vacuoles)는 세포 부피의 가장 많은 부분을 차지하며 일종의 반투과성 액포막(semi-permeable vacuolar membrane)인 토노플라스트(tonoplast)에 의해 세포질로부터 분리된다. 액포는 세포에서 장기간 및 일시적인 저장 공간으로서 주된 역할을 한다. 즉, 과도하게 생산된 여분의 대사 산물들이 액포 내로 수송되며, 또한 대사적 요구에 따라 방출된다(Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). 이 과정에서, 특이적인 토노플라스트 당 트랜스포터가 이러한 영양분들의 액포수송을 위해 요구된다. 반면에, 많은 원형질막에 위치한 당 트랜스포터가 다양한 식물에서 잘 규명되어 있으며(Lalonde et al, 2004, Annual Review of Plant Biology 55, 341-372; Lim et al, 2006, Physiologia Plantarum 126, 572-584), 토노플라스트 당 트랜스포터의 존재는 단지 애기장대와 보리의 토노플라스트 프로테옴(proteome)에서 최근에 동정되었다(Carter et al, 2004, Plant Cell 16, 3285-3303; Endler et al, 2006, Plant Physiology 141, 196-207). 게다가, 지금까지 단지 두가지 타입의 액포성 당 트랜스포터, 즉 애기장대(Arabidopsis thaliana) 토노플라스트 모노사카라이드 트랜스포터(AtTMT)와 액포성 글루코스 트랜스포터(AtVGT)가 기능적으로 세밀하게 알려져있다(Aluri et al, 2007, PNAS of USA 104, 2537-2542).In mature plant cells, vacuoles occupy the largest part of the cell volume and are separated from the cytoplasm by tonoplast, a kind of semi-permeable vacuolar membrane. Vacuoles play a major role as long-term and temporary storage spaces in cells. That is, over-produced extra metabolites are transported into vacuoles and also released on metabolic demand (Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). In this process, specific tonoplasmic sugar transporters are required for vacuole transport of these nutrients. On the other hand, sugar transporters located in many plasma membranes are well characterized in various plants (Lalonde et al, 2004, Annual Review). of Plant Biology 55, 341-372; Lim et al, 2006, Physiologia Plantarum 126, 572-584), the presence of transporters per tonoplasm has only recently been identified in Arabidopsis and barley tonoplasm proteome (Carter et al, 2004, Plant Cell 16, 3285-3303; Endler et al, 2006, Plant Physiology 141, 196-207). Moreover, so far there are only two types of vacuole sugar transporters, Arabidopsis thaliana ) Tonoplasmic monosaccharide transporter (AtTMT) and vacuole glucose transporter (AtVGT) are functionally known in detail (Aluri et al, 2007, PNAS of USA 104, 2537-2542).

AtTMT와 AtVGT의 토노플라스트 위치(localization)는 원형질체(protoplast)를 이용한 GFP 융합 구축물(fusion constructs)의 일시적 발현 분석(transient expression analysis)에 의해 이전에 조사되었고, AtVGT1의 능동적 글루코스 수송 능력은 분리된 효모 액포에서 증명되었다. 게다가, AtVGT1의 유전자 발현과 돌연변이 분석은 종자 발아와 개화에서 역할을 제안하였다(Aluri et al, 2007, PNAS of USA 104, 2537-2542). 대조적으로, 매우 긴 친수성 중앙 루프(hydrophilic central loop)를 갖고 있는 AtTMT1과 AtTMT2는 가뭄, 염분 그리고 저온과 같은 스트레스 처리에 대한 반응에서 과발현된다고 알려졌다. AtTMT1의 당 수송 활동은 저온-처리된 tmt1 돌연변이체로부터 분리된 액포를 사용하여 증명하였다. 이러한 데이터는 애기장대에서 스트레스 반응동안 AtVGT1과는 구별되는 AtTMT에 대한 주된 역할을 집합적으로 제안한다(Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). 또한 특히, AtTMT와는 달리 글루코스 트랜스포터로 작용하는 남세균 Synechocystis sp. PCC6803의 TMT 동족체(homolog)인 SsGTR은 남세균의 원형질막에 존재한다. SsGTR은 세균 세포 내로 proton-coupled 당 수송을 촉매한다(Schmetterer, 1990, Plant Molecular Biology 14, 697-706). 다른 식물들에서, TMT의 역할은 알려져 있지 않고 이 유전자들의 규명은 중요한 현안으로 남아 있다. Tonoplasm localization of AtTMT and AtVGT was previously investigated by transient expression analysis of GFP fusion constructs using protoplasts, and the active glucose transport capacity of AtVGT1 was isolated. Proven in yeast vacuoles. In addition, gene expression and mutation analysis of AtVGT1 suggested a role in seed germination and flowering (Aluri et al, 2007, PNAS of USA 104, 2537-2542). In contrast, AtTMT1 and AtTMT2, which have very long hydrophilic central loops, are known to be overexpressed in response to stress treatments such as drought, salinity and low temperature. Sugar transport activity of AtTMT1 was demonstrated using vacuoles isolated from cold-treated tmt1 mutants. These data collectively suggest a major role for AtTMT that differs from AtVGT1 during stress response in Arabidopsis (Wormit et al, 2006, Plant). Cell 18, 3476-3490). Also, unlike AtTMT, bacteria that act as glucose transporters Synechocystis sp. SsGTR, a TMT homolog of PCC6803, is present in the plasma membrane of cyanobacteria. SsGTR catalyzes proton-coupled sugar transport into bacterial cells (Schmetterer, 1990, Plant) Molecular Biology 14, 697-706). In other plants, the role of TMT is unknown and the identification of these genes remains an important issue.

벼의 생장과 발달 동안 TMT 단백질의 가능성 있는 역할을 설명하기 위해, 본 발명은 벼로부터 두 가지의 TMT인 OsTMT1OsTMT2를 분리하고 규명하였다. OsTMT-GFP 융합 단백질의 세포하(subcellular) 위치를 애기장대에서 조사되었다. 세밀한 발현 패턴은 OsTMT 프로모터- GUS 융합체를 발현하는 형질전환된 벼에서 RT-PCR, 조직화학분석법, 그리고 추가적인 인 시투 혼성화(in situ hybridization)에 의해 분석되었다. 토노플라스트를 지나는 당 수송 능력은 OsTMT1을 발현하는 형질전환된 애기장대 TMT-결핍 돌연변이 라인(tmt1 -2-3)에서 분리된 액포로 실험하였고, 당 수준의 보충 실험 또한 형질전환된 애기장대 라인에서 실시되었다. 마지막으로, 본 발명에서 획득된 데이터를 근거로 하여, 동화물 수송 동안에 당의 회수과정에서 OsTMT의 관련성이 조사되었다.To explain the possible role of TMT protein during rice growth and development, the present invention has isolated and identified two TMTs , OsTMT1 and OsTMT2 , from rice. The subcellular location of the OsTMT-GFP fusion protein was examined in Arabidopsis. Detailed expression pattern is OsTMT RT-PCR, histochemical analysis, and additional in situ hybridization in transformed rice expressing promoter - GUS fusion analysis by situ hybridization). Buttocks transportability experiment was to separate vacuoles in transformed Arabidopsis thaliana lines TMT- deficient mutant (tmt1 -2-3) expressing OsTMT1, replacement experiment the glycemic level also the transformed Arabidopsis thaliana lines each passing through the plast Was carried out. Finally, based on the data obtained in the present invention, the relationship of OsTMT in the recovery of sugars during copper transport was investigated.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 벼(Oryza sativa) 유래의 TMT 유전자인 OsTMT2가 식물의 생장 및 발달 동안에 당을 액포 내로 수송하는 역할을 한다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다. The present invention is derived by the request as described above, the present inventors have found that rice (Oryza The present invention was completed by discovering that OsTMT2 , a TMT gene derived from sativa ), functions to transport sugar into vacuoles during plant growth and development.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 식물의 생장 및 발달 동안에 당을 액포 내로 수송하는 역할을 하는 벼 유래의 OsTMT2 단백질을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a rice-derived OsTMT2 protein that serves to transport sugar into vacuoles during plant growth and development.

또한, 본 발명은 상기 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다. The present invention also provides a gene encoding the protein.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. The present invention also provides a recombinant vector comprising the gene.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 식물체 및 이의 종자를 제공한다. The present invention also provides a plant transformed with the recombinant vector and seeds thereof.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 식물체를 형질전환시켜 액포 내로 당 수송을 증가시키는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method of increasing sugar transport into vacuoles by transforming a plant with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 액포 내에 당이 증가된 식물체를 제공한다. The present invention also provides a plant with increased sugar in the vacuoles produced by the method.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 식물체의 액포 내로 당 수송을 증가시키기 위한 조성물을 제공한다. The present invention also provides a composition for increasing sugar transport into the vacuoles of a plant comprising the gene.

본 발명의 벼 유래 OsTMT2는 벼의 생장 및 발달 동안에 액포 내 당의 수송에 관여하는 유전자로서, 벼로부터 처음으로 분리 및 동정에 성공하였다. 따라서 식물의 생장, 발달 및 환경 스트레스 등에 관여하는 새로운 유전자의 탐색 및 계통 연구에 유용하게 이용될 수 있을 것이다. The rice-derived OsTMT2 of the present invention is a gene involved in the transport of sugars in vacuoles during rice growth and development, and has been successfully isolated and identified from rice for the first time. Therefore, it may be useful to search for new genes involved in plant growth, development and environmental stress and to study the lineage.

도 1은 근연접합법(Neighbor-joining method)을 사용하여 구축된 TMT 유전자의 계통수를 나타낸다. 기준자(scale bar)는 100개의 아미노산 위치당 변화가 10개인 거리(distance)에 해당한다. 가지(branch)의 수는 백분율로 부트스트랩 밸류(bootstrap value)를 나타낸다. 등록번호(Accession No.)는 재료 및 방법에 기술되어 있다.
도 2는 OsTMT1OsTMT2 유전자의 게놈 구조를 나타낸다. 엑손(exon)은 검은색 직사각형으로 나타내었고, 인트론(intron)은 선으로 나타내었다. 직사각형의 수는 엑손의 수를 나타낸다.
도 3은 벼 토노플라스트 모노사카라이드 트랜스포터(OsTMTs)인 OsTMT1, OsTMT2, OsTMT3 그리고 OsTMT4에 대한 연역된 아미노산 서열의 비교를 나타낸다. 이 단백질들은 밑줄친 서열(1~12)에 의해 보여진 바와 같이 12개의 추정 트랜스멤브레인(putative transmembrane) 영역을 가진다. 동일하고 보존된 잔기들은 별표, 점 그리고 콜론으로 표시하였다.
도 4는 형질전환 벼 캘러스와 OsTMT1 - GFP을 발현하는 형질전환 애기장대로 부터 분리된 엽육 원형질체에서 OsTMT1-GFP 융합 단백질의 세포하 위치를 나타낸다. (a, b) 형질전환 벼 캘러스에서 OsTMT1-GFP 융합 단백질의 위치. FM4-64로 염색된 원형질막은 OsTMT1-GFP와 겹치지 않는다. (c) 애기장대 원형질체에서 OsTMT1-GFP 융합 단백질의 위치. 엽록소 자가형광과 FM4-64는 각각 엽록체와 원형질막의 마커로서 사용되었다. GFP 시그널은 녹색으로 나타나고, FM4-64로 염색된 원형질막은 적색으로 나타난다.
도 5은 형질전환 벼 캘러스와 OsTMT2 - GFP을 발현하는 형질전환 애기장대에서 OsTMT2-GFP 융합 단백질의 세포하 위치를 나타낸다. (a) 형질전환 벼 캘러스에서 OsTMT2-GFP 융합 단백질의 위치. (b) OsTMT2-GFP를 발현하는 형질전환 애기장대의 잎에서 OsTMT2-GFP 융합 단백질. 엽록소 자가형광은 엽록체 마커로서 사용되었다.
도 6은 OsTMT1OsTMT2 유전자의 발현 분석을 나타낸다. (a) 잎, 뿌리, 꽃 그리고 1~12 DAF 자실(caryopses)의 미성숙 종자 혼합물을 포함하는 벼 조직에서 OsTMT1OsTMT2의 발현 패턴. (b) 배유(endosperm)와 종자 껍질에서 OsTMT1OsTMT2의 발현 패턴. (c) 벼 종자 발달 동안에 OsTMT1OsTMT2 유전자의 발현 수준의 변화. 벼 종자는 15 DAF까지 시간대별로 채집되었다. Act1은 PCR 대조군이다. (d) 벼 잎에서 OsTMT1OsTMT2 유전자의 발현에 따른 당의 영향. 잘려진 잎들은 수크로스, 글루코스, 프룩토스 또는 만니톨을 함유하는 MS 배지로 처리되었고, 12시간과 24시간 후에 채집되었다. OsUBQ5는 PCR 대조군이다.
MS: MS 배지, MS+S: MS 배지 + 175mM 수크로스, MS+G: MS 배지 + 175mM 글루코스, MS+F: MS 배지 + 175mM 프룩토스, MS+M: MS 배지 + 175mM 만니톨
도 7은 연속적인 150 μmol/m2s의 광 조건하에 2주 된 벼 유묘에서 저온(a), 가뭄(b) 그리고 염분(c) 처리에 대한 OsTMT1OsTMT2 유전자의 발현을 나타낸다. (a) 저온 스트레스를 위해, 유묘는 최대 6시간 동안 4℃에서 키워졌다. (b, c) 가뭄과 높은 염분 스트레스 자극을 위해, 유묘는 각각 공기 중에서 건조시키고, 250mM NaCl에서 최대 6시간 동안 28℃에서 키워졌다. 이 실험은 Jang 등 (2003, Plant Physiology 131, 516-524)이 기술한 절차에 따라 실시되었다.
도 8은 pOsTMT1 - GUS 또는 pOsTMT2 - GUS 구축물을 가지는 형질전환 벼의 잎, 뿌리 그리고 꽃에서 GUS 발현의 조직화학적 위치를 나타낸다. (a, b) pOsTMT1 -GUS(a) 또는 pOsTMT2 - GUS(b) 라인들의 잎의 횡단면. (c, d) pOsTMT1 - GUS(c) 또는 pOsTMT2-GUS(d) 라인들의 뿌리의 횡단면. (e, f) pOsTMT1 - GUS 의 소수상화(spikelet). (g, h) pOsTMT2 - GUS의 소수상화.
BS: 유관속초 세포(bundle sheath cells), CC: 반세포(companion cells), MC: 엽육세포, X: 후생목부(metaxylem), SE: 사요소(sieve element), VP: 관유조직(vascular parenchyma)
도 9는 pOsTMT1 - GUS 또는 pOsTMT2 - GUS 구축물을 가지는 형질전환 벼의 미성숙 종자에서 GUS 발현의 조직화학적 위치와 인 시투 혼성화(in situ hybridization) 분석을 나타낸다. (a, b) pOsTMT1 - GUS(a) 또는 pOsTMT2 - GUS(b)의 7~8 DAF 미성숙 종자에서 GUS 발현. (c, d) pOsTMT1 - GUS(c) 또는 pOsTMT2 - GUS(d)의 5 DAF 미성숙 종자의 종단면. (e, f) pOsTMT1 - GUS(e) 또는 pOsTMT2 - GUS(f)의 5 DAF 미성숙 종자의 횡단면(어두운 부분의 이미지). (g, h) pOsTMT1 - GUS(g) 또는 pOsTMT2-GUS(h)의 12~15 DAF 미성숙 종자의 종단면. 화살표는 등쪽(dorsal side)에서 GUS 발현을 나타낸다. (i) 3 DAF 종자의 횡단면의 인 시투 혼성화에 의한 OsTMT2 전사체의 검출. (j) 센스 프로브로 혼성화된 유사한 절편(section)은 양성 라벨링을 보여주지 않았다. (k) 5 DAF 종자의 종단면의 인 시투 혼성화에 의한 OsTMT2 전사체의 검출. (l) 센스 프로브로 혼성화된 유사한 절편은 양성 라벨링을 보여주지 않았다.
C: 크로스 세포층(cross cell layers), E: 표피(epidermis), Em: 배아(embryo), En: 배유, I: 외피(integument), M: 중과피(mesocarp), N: nucellar 표피, NP: nucellar projecion, T: 튜브 세포층(tube cell layers), V: 주 관다발(main vascular bundle)
도 10은 OsTMT1을 과발현하는 애기장대 tmt1 -2-3 트리플(triple) 돌연변이 식물들에서 분리된 액포 내로 글루코스 수송의 회복(complementation)과 이들 식물체들의 당 함량을 나타낸다. (a) OsTMT1, OsTMT1 - OX1 그리고 OsTMT1 - OX2를 발현하는 형질전환 tmt1 -2-3 라인들에서 OsTMT1의 발현. UBQ는 PCR 대조군이다. (b) 애기장대 야생형, tmt1 -2-3 돌연변이, OsTMT1-OX1 그리고 OsTMT1-OX2 라인들로부터 분리된 액포 내로 14C-글루코스 흡수의 시간대별 분석. 열린 정사각형으로 된 회색 점선, 열린 마름모로 된 검은색 점선, 닫힌 삼각형으로 된 회색 직선 및 닫힌 원형으로 된 검은색 직선은 각각 tmt1 -2-3 트리플 돌연변이, 야생형, OsTMT1-OX1 그리고 OsTMT1-OX2를 나타낸다. (c) OsTMT1을 발현하는 형질전환 애기장대 tmt1-2-3 라인들에서 당 함량의 회복. 진회색 막대기는 야생형, 흰색 막대기는 tmt1-2-3 트리플 돌연변이, 검은색 막대기는 OsTMT1-OX1, 연회색 막대기는 OsTMT1-OX2를 나타낸다. 각 데이타의 막대기 끝 부분은 3번의 실험으로부터의 평균±표준편차를 나타낸다.
1 shows the phylogenetic tree of the TMT gene constructed using the neighbor-joining method. The scale bar corresponds to a distance of 10 changes per 100 amino acid positions. The number of branches represents the bootstrap value as a percentage. Access numbers are described in Materials and Methods.
2 shows OsTMT1 and OsTMT2 The genome structure of the gene is shown. Exons are shown as black rectangles and introns are shown as lines. The number of rectangles represents the number of exons.
3 shows a comparison of deduced amino acid sequences for the rice tonoplasmic monosaccharide transporters (OsTMTs) OsTMT1, OsTMT2, OsTMT3 and OsTMT4. These proteins have 12 putative transmembrane regions as shown by the underlined sequences (1-12). Identical and conserved residues are indicated by asterisks, dots and colons.
4 is a transgenic rice callus and OsTMT1 - indicates the cell and is located in the transformed Arabidopsis OsTMT1-GFP fusion in the mesophyll protoplasts isolated from thaliana protein expressing GFP. (a, b) Location of OsTMT1-GFP fusion protein in transgenic rice callus. Plasma membranes stained with FM4-64 do not overlap OsTMT1-GFP. (c) Location of OsTMT1-GFP fusion protein in Arabidopsis protoplasts. Chlorophyll autofluorescence and FM4-64 were used as markers of chloroplast and plasma membrane, respectively. The GFP signal is shown in green and the plasma membrane stained with FM4-64 is shown in red.
5 shows the subcellular location of OsTMT2-GFP fusion protein in transgenic Arabidopsis expressing transformed rice callus and OsTMT2 - GFP . (a) Location of OsTMT2-GFP fusion protein in transgenic rice callus. (b) OsTMT2-GFP fusion proteins in the leaves of the transgenic Arabidopsis expressing OsTMT2-GFP. Chlorophyll autofluorescence was used as chloroplast marker.
6 shows expression analysis of OsTMT1 and OsTMT2 genes. (a) Expression patterns of OsTMT1 and OsTMT2 in rice tissue comprising leaves, roots, flowers and immature seed mixtures of 1-12 DAF caryopses . (b) Expression patterns of OsTMT1 and OsTMT2 in endosperm and seed shells. (c) Changes in expression levels of OsTMT1 and OsTMT2 genes during rice seed development. Rice seeds were collected hourly up to 15 DAF. Act1 is a PCR control. (d) Effect of sugars on the expression of OsTMT1 and OsTMT2 genes in rice leaves. Truncated leaves were treated with MS medium containing sucrose, glucose, fructose or mannitol and collected after 12 and 24 hours. OsUBQ5 is a PCR control.
MS: MS medium, MS + S: MS medium + 175mM sucrose, MS + G: MS medium + 175mM glucose, MS + F: MS medium + 175mM fructose, MS + M: MS medium + 175mM mannitol
FIG. 7 shows the expression of OsTMT1 and OsTMT2 genes for low temperature (a), drought (b) and saline (c) treatments in two week old rice seedlings under continuous light conditions of 150 μmol / m 2 s. (a) For cold stress, seedlings were grown at 4 ° C. for up to 6 hours. (b, c) For drought and high salinity stress stimulation, seedlings were each dried in air and grown at 28 ° C. for up to 6 hours in 250 mM NaCl. This experiment was carried out by Jang et al. (2003, Plant Physiology 131, 516-524).
8 shows pOsTMT1 - GUS or pOsTMT2 - GUS Histochemical location of GUS expression in the leaves, roots and flowers of transgenic rice with constructs. (a, b) pOsTMT1 -GUS ( a) or pOsTMT2 - GUS (b) Cross section of leaf of line. (c, d) Cross section of the root of pOsTMT1 - GUS (c) or pOsTMT2-GUS (d) lines. (e, f) pOsTMTl - spikelet of GUS . (g, h) Hydrophobicization of pOsTMT2 - GUS .
BS: bundle sheath cells, CC: companion cells, MC: lamellar cells, X: metataxylem, SE: sieve element, VP: vascular parenchyma
9 shows pOsTMT1 - GUS or pOsTMT2 - GUS Histochemical position and in situ hybridization of the GUS expression in immature seeds of the transgenic rice plant having a construct (in situ hybridization) analysis. (a, b) GUS expression in 7-8 DAF immature seeds of pOsTMT1 - GUS (a) or pOsTMT2 - GUS (b). (c, d) longitudinal section of 5 DAF immature seeds of pOsTMT1 - GUS (c) or pOsTMT2 - GUS (d). (e, f) Cross sections (images of dark areas) of 5 DAF immature seeds of pOsTMT1 - GUS (e) or pOsTMT2 - GUS (f). (g, h) Longitudinal section of 12-15 DAF immature seeds of pOsTMT1 - GUS (g) or pOsTMT2-GUS (h). Arrows indicate GUS expression on the dorsal side. (i) Detection of OsTMT2 transcripts by in situ hybridization of cross sections of 3 DAF seeds. (j) Similar sections hybridized with sense probes did not show positive labeling. (k) Detection of OsTMT2 transcript by in situ hybridization of the longitudinal section of 5 DAF seeds. (l) Similar sections hybridized with sense probes did not show positive labeling.
C: cross cell layers, E: epidermis, Em: embryo, En: embryo, I: integument, M: mesorp, N: nucellar epidermis, NP: nucellar projecion, T: tube cell layers, V: main vascular bundle
Figure 10 illustrates the sugar content of Arabidopsis tmt1 -2-3 triple glucose transport recovery (complementation) and these plants into vacuoles isolated from the (triple) mutant plants overexpressing OsTMT1. (a) OsTMT1, OsTMT1 - OX1 and OsTMT1 - transgenic expression of tmt1 OsTMT1 in the -2 line expressing OX2. UBQ is a PCR control. (b) Arabidopsis thaliana wild-type, mutant tmt1 -2-3, OsTMT1-OX1 and time slot analysis of 14 C- glucose uptake into isolated from vacuoles OsTMT1-OX2 line. The gray dashed line with open squares, a black straight line in the open rhombus with black dotted line, the closed triangle gray line and closed circle, respectively tmt1 -2-3 triple mutant, wild type, OsTMT1-OX1 and OX2 represents an OsTMT1- . (c) Recovery of sugar content in transgenic Arabidopsis tmt1-2-3 lines expressing OsTMT1 . The dark gray bars represent wild type, the white bars represent the tmt1-2-3 triple mutation, the black bars represent OsTMT1-OX1, and the light gray bars represent OsTMT1-OX2. The tip of each bar represents the mean ± standard deviation from three experiments.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열로 이루어진, 식물의 생장 및 발달 동안에 당을 액포 내로 수송하는 역할을 하는 벼 유래의 OsTMT2 (Oryza sativa tonoplast monosaccharide transporter 2) 단백질을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention, consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, OsTMT2 ( Oryza derived from rice, which serves to transport sugar into vacuoles during plant growth and development) sativa tonoplast monosaccharide transporter 2) protein.

본 발명에 따른 OsTMT2 단백질의 범위는 벼로부터 분리된 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열로 이루어진 단백질 및 상기 단백질의 기능적 동등물을 포함한다. "기능적 동등물"이란 아미노산의 부가, 치환 또는 결실의 결과, 상기 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열과 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더 더욱 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 것으로, 서열번호 2로 표시되는 단백질과 실질적으로 동질의 생리활성을 나타내는 단백질을 말한다. "실질적으로 동질의 생리활성"이란 식물체의 액포 내로 당을 수송하는 활성을 의미한다.The range of OsTMT2 protein according to the present invention includes a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 isolated from rice and functional equivalents of the protein. "Functional equivalent" means at least 70%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, even more preferably at least 70% of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 as a result of the addition, substitution, or deletion of the amino acid Is 95% or more of sequence homology, and refers to a protein that exhibits substantially homogeneous physiological activity with the protein represented by SEQ ID NO: 2. "Substantially homogeneous physiological activity" means the activity of transporting sugar into the vacuoles of a plant.

또한, 본 발명은 상기 OsTMT2 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다. 본 발명의 유전자는 OsTMT2 단백질을 코딩하는 게놈 DNA와 cDNA를 모두 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 포함할 수 있다.The present invention also provides a gene encoding the OsTMT2 protein. Genes of the invention include both genomic DNA and cDNA encoding OsTMT2 protein. Preferably, the gene of the present invention may include the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.

또한, 상기 염기 서열의 변이체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 구체적으로, 상기 유전자는 서열번호 1의 염기 서열과 각각 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제(즉, 갭)를 포함할 수 있다.Variants of the above base sequences are also included within the scope of the present invention. Specifically, the gene has a base sequence having a sequence homology of at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90%, most preferably at least 95% with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, respectively. It may include. The "% sequence homology" for a polynucleotide is identified by comparing two optimally arranged sequences with a comparison region, wherein part of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence (addition or deletion) for the optimal alignment of the two sequences. It may include the addition or deletion (ie, gap) compared to).

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 OsTMT2 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector comprising the OsTMT2 gene according to the present invention.

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

용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "전달체"는 흔히 "벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용 가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.The term "vector" is used to refer to a DNA fragment (s), nucleic acid molecule, which is transferred into a cell. The vector replicates the DNA and can be independently regenerated in the host cell. The term "carrier" is often used interchangeably with "vector". The term “expression vector” refers to a recombinant DNA molecule comprising a coding sequence of interest and a suitable nucleic acid sequence necessary to express a coding sequence operably linked in a particular host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotic cells are known.

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

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드 (예: pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pGEX 시리즈, pET 시리즈 및 pUC19 등), 파지 (예: λgt4·λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스 (예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.On the other hand, vectors that can be used in the present invention are plasmids (eg, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8 / 9, pHC79, pGEX series, pET series and pUC19, etc.) which are often used in the art, phage (e.g. λgt4.λB , λ-Charon, λΔz1 and M13, etc.) or viruses (eg SV40, etc.).

한편, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 진핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 포유동물 세포의 게놈으로부터 유래된 프로모터 (예: 메탈로티오닌 프로모터) 또는 포유동물 바이러스로부터 유래된 프로모터 (예: 아데노바이러스 후기 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, SV40 프로모터, 사이토메갈로바이러스 프로모터 및 HSV의 tk 프로모터)가 이용될 수 있으며, 전사 종결 서열로서 폴리아데닐화 서열을 일반적으로 갖는다.On the other hand, when the vector of the present invention is an expression vector and the eukaryotic cell is a host, a promoter derived from the mammalian cell genome (for example, metallothionine promoter) or a promoter derived from a mammalian virus (for example, adeno) Late viral promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, SV40 promoter, cytomegalovirus promoter and tk promoter of HSV) can be used and generally have a polyadenylation sequence as a transcription termination sequence.

상기 재조합 벡터는 바람직하게는 재조합 식물 발현 벡터일 수 있으며, 재조합 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-영역을 식물 세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터 (EP 0 116 718 B1호 참조)는 현재 식물 세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 잡종 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다. Ti-플라스미드 벡터의 특히 바람직한 형태는 EP 0 120 516 B1호 및 미국 특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 DNA를 식물 숙주에 도입시키는데 이용될 수 있는 다른 적합한 벡터는 이중 가닥 식물 바이러스(예를 들면, CaMV) 및 단일 가닥 바이러스, 게미니 바이러스 등으로부터 유래될 수 있는 것과 같은 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 그러한 벡터의 사용은 특히 식물 숙주를 적당하게 형질전환하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다.The recombinant vector may preferably be a recombinant plant expression vector, with a preferred example of the recombinant vector being capable of transferring a portion of itself, a so-called T-region, to plant cells when present in a suitable host such as Agrobacterium tumerfaciens. Ti-plasmid vector. Other types of Ti-plasmid vectors (see EP 0 116 718 B1) are currently used to transfer hybrid DNA sequences to plant cells or protoplasts in which new plants capable of properly inserting hybrid DNA into the plant's genome can be produced have. A particularly preferred form of the Ti-plasmid vector is a so-called binary vector as claimed in EP 0 120 516 B1 and U.S. Patent No. 4,940,838. Other suitable vectors that can be used to introduce the DNA according to the invention into the plant host include viral vectors such as those that can be derived from double-stranded plant viruses (e. G., CaMV) and single- For example, from non -complete plant virus vectors. The use of such vectors may be particularly advantageous when it is difficult to transform the plant host properly.

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

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

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

본 발명은 또한, 본 발명의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다. 본 발명의 벡터를 원핵세포에 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주세포는 당업계에 공지된 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다. The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector of the present invention. The host cell capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention in a prokaryotic cell while being stable can be used in any host cell known in the art, for example, E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1. , Bacillus genus strains, such as E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis, and Salmonella typhimurium, Serratia marcensons, and various Pseudomonas Enterobacteria such as species and strains.

또한, 본 발명의 벡터를 진핵 세포에 형질전환시키는 경우에는 숙주세포로서, 효모(Saccharomyce cerevisiae), 곤충세포, 사람세포 (예컨대, CHO 세포주 (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN 및 MDCK 세포주) 및 식물세포 등이 이용될 수 있다. 숙주세포는 바람직하게는 식물세포이며, 더욱 바람직하게는 벼 또는 애기장대이다.In addition, when transforming a vector of the present invention to eukaryotic cells, yeast ( Saccharomyce) as a host cell cerevisiae ), insect cells, human cells (eg, CHO cell lines (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN and MDCK cell lines), and plant cells. The host cell is preferably a plant cell, more preferably rice or Arabidopsis.

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

본 발명은 또한, 본 발명의 재조합 벡터로 형질전환된 식물체 및 이의 종자를 제공한다. 상기 식물체는 애기장대, 감자, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 상추, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 샐러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이, 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 완두 등의 쌍자엽 식물 또는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수 수, 귀리, 양파 등의 단자엽 식물일 수 있으며, 바람직하게는 애기장대 또는 벼이다.The present invention also provides plants and seeds thereof transformed with the recombinant vector of the present invention. The plant is Arabidopsis, potato, eggplant, tobacco, pepper, tomato, burdock, garland chrysanthemum, lettuce, bellflower, spinach, chard, sweet potato, celery, carrot, buttercup, parsley, cabbage, cabbage, gatchi, watermelon, melon, cucumber, It may be a dicotyledonous plant such as pumpkin, gourd, strawberry, soybean, green beans, kidney beans, peas or monocotyledonous plants such as rice, barley, wheat, rye, corn, sugarcane, oats, onions, and preferably Arabidopsis or rice to be.

본 발명은 또한, 본 발명의 재조합 벡터로 식물체를 형질전환시켜 OsTMT2 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 액포 내로 당 수송을 증가시키는 방법을 제공한다. OsTMT2 유전자는 토노플라스트(tonoplast)에 존재하면서, 액포 내로 당 수송을 수행하므로, 상기 유전자를 과발현시키면 액포 내로의 당 수송이 증가될 수 있는 것이다.The present invention also provides a method of increasing sugar transport into vacuoles comprising transforming a plant with a recombinant vector of the invention to overexpress the OsTMT2 gene. Since the OsTMT2 gene is present in tonolast, it carries out sugar transport into the vacuole, so overexpressing the gene can increase the transport of sugar into the vacuole.

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직 배양 기간을 가질 필요는 없다. 식물 종의 형질전환은 이제는 쌍자엽 식물뿐만 아니라 단자엽 식물 양자를 포함한 식물 종에 대해 일반적이다. 원칙적으로, 임의의 형질전환 방법은 본 발명에 따른 잡종 DNA를 적당한 선조 세포로 도입시키는데 이용될 수 있다. 방법은 원형질체에 대한 칼슘/폴리에틸렌 글리콜 방법(Krens, F.A. et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373), 원형질체의 전기천공법(Shillito R.D. et al., 1985 Bio/Technol. 3, 1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법(Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185), 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법(Klein T.M. et al., 1987, Nature 327, 70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 투머파시엔스 매개된 유전자 전이에서 (비완전성) 바이러스에 의한 감염(EP 0 301 316호) 등으로부터 적당하게 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 아그로박테리움 매개된 DNA 전달을 포함한다. 특히 바람직한 것은 EP A 120 516호 및 미국 특허 제4,940,838호에 기재된 바와 같은 소위 이원 벡터 기술을 이용하는 것이다.Transformation of a plant means any method of transferring DNA to a plant. Such transformation methods do not necessarily have a regeneration and / or tissue culture period. Transformation of plant species is now common for plant species, including both terminal plants as well as dicotyledonous plants. In principle, any transformation method can be used to introduce hybrid DNA according to the invention into suitable progenitor cells. Method is calcium / polyethylene glycol method for protoplasts (Krens, FA et al., 1982, Nature 296, 72-74; Negrutiu I. et al., June 1987, Plant Mol. Biol. 8, 363-373), protoplasts Electroporation (Shillito RD et al., 1985 Bio / Technol. 3, 1099-1102), microscopic injection into plant elements (Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185 ), (DNA or RNA-coated) particle bombardment of various plant elements (Klein TM et al., 1987, Nature 327, 70), Agrobacterium tumulopasis by plant infiltration or transformation of mature pollen or vesicles And infection with (incomplete) virus (EP 0 301 316) in en mediated gene transfer. A preferred method according to the present invention comprises Agrobacterium mediated DNA delivery. Especially preferred is the use of the so-called binary vector technology as described in EP A 120 516 and US Pat. No. 4,940,838.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조된 액포 내에 당이 증가된 식물체를 제공한다.The present invention also provides a plant with increased sugar in vacuoles produced by the method.

본 발명은 또한, 본 발명의 OsTMT2 유전자를 포함하는, 식물체의 액포 내로 당 수송을 증가시키기 위한 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물은 OsTMT2 유전자를 유효성분으로 포함하는데, 상기 유전자는 토노플라스트(tonoplast)에 존재하면서, 액포 내로 당 수송을 수행하므로, 상기 유전자를 과발현시키면 액포 내로의 당 수송을 증가시킬 수 있는 것이다.
The invention also provides a composition for increasing sugar transport into the vacuoles of a plant comprising the OsTMT2 gene of the invention. The composition of the present invention comprises the OsTMT2 gene as an active ingredient, the gene is present in tonoplast, while performing sugar transport into the vacuoles, overexpressing the gene can increase sugar transport into the vacuoles. will be.

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

재료 및 방법Materials and methods

식물 재료Plant material

14시간-광/10시간-암 주기의 낮에는 30℃, 밤에는 20℃인 온실에서 키운 야생형 벼(Oryza sativa L. cv. 동진)를 본 발명에 사용하였다. 미성숙 종자들은 서로 다른 발달 단계에서 채집되었고 꽃들은 출수(heading) 직전에 채집되었다. 성숙 식물의 플래그 잎(flag leaves)이 채집되었고, 반면에 뿌리는 4개 잎의 유묘(four-leaf seedling) 단계에서 채집되었다. 애기장대 야생형(ecotype Columbia)과 tmt1 -2-3 돌연변이 식물(Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490)이 형질전환에 사용되었다. 모든 애기장대 식물들은 다르게 지정되지 않는다면, 14시간-광/10시간-암의 광주기하 22℃ 토양에서 키웠다.
Wild type rice (Oryza sativa L. cv. Dongjin) grown in a greenhouse at 30 ° C. during the day of the 14 hour-light / 10 hour-dark cycle and 20 ° C. at night was used in the present invention. Immature seeds were collected at different stages of development and flowers were collected just before heading. Flag leaves of mature plants were collected, while roots were collected at the four-leaf seedling stage. Wild-type Arabidopsis thaliana (ecotype Columbia) and tmt1 -2-3 mutant plants (Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490) was used for transformation. All Arabidopsis plants were grown on 22 ° C. soils of 14 h-light / 10 h-dark, unless otherwise specified.

OsTMTOsTMT 전장  Battlefield cDNAcDNA 클론의  Clone 클론닝Clone

OsTMT1OsTMT2 유전자의 전장(full-length) cDNA는 번역 개시 코돈과 3' 비번역 영역(UTR)을 포함하는 유전자 특이적인 프라이머; OsTMT1: 5'-AAATCTCCCCTAAAAGCTTCC-3'(서열번호 3)과 5'-GAACTAGTACTCGGCTATGCTAA-3'(서열번호 4), OsTMT2: 5'-AAGAGGTGGAAGAAGAGGGAT-3'(서열번호 5)과 5'-TATTATGAACCCCAACATAGTAGC-3'(서열번호 6)를 이용하여 PCR에 의해 분리되었다. 모든 합성된 cDNA들은 pGEM-T easy 벡터 (Promega, Madison, WI) 내로 서브클로닝되었고, 그 후 시퀀싱되었다. OsTMT1과 OsTMT2의 cDNA 서열은 NCBI 데이터베이스에 각각 등록되었다(등록번호: GU066765 와 GU066766).
OsTMT1 and OsTMT2 Full-length cDNAs of genes include gene specific primers including translation initiation codons and 3 ′ untranslated region (UTR); OsTMT1 : 5'-AAATCTCCCCTAAAAGCTTCC-3 '(SEQ ID NO: 3) and 5'-GAACTAGTACTCGGCTATGCTAA-3' (SEQ ID NO: 4), OsTMT2 : 5'-AAGAGGTGGAAGAAGAGGGAT-3 '(SEQ ID NO: 5) and 5'-TATTATGAACCCCAACATAGTAGC-3' (SEQ ID NO: 6) was used to isolate by PCR. All synthesized cDNAs were subcloned into pGEM-T easy vectors (Promega, Madison, Wis.) And then sequenced. The cDNA sequences of OsTMT1 and OsTMT2 were registered in the NCBI database, respectively (registration numbers: GU066765 and GU066766).

서열 정렬(Sequence alignment ( sequencesequence alignmentalignment )과 계통수() And tree tree ( phylogeneticphylogenetic treetree )의 제작) Production

OsTMT 유전자의 연역된 아미노산 서열은 CLUSTAL W 프로그램(Thompson et al, 1994, Nucleic Acids Research 22, 4673-4680)을 이용하여 다른 종에서 이전에 보고된 유전자와 서열 정렬되었다. 계통수는 근연접합법을 통해 MEGA 소프트웨어 버전 4.0(Tamura et al, 2007, Molecular Biology and Evolution 24, 1596-1599)을 이용하여 제작되었다. 부트스트랩(bootstrap) 분석은 1,000개의 replicate를 가지고 수행되었고 부트스트랩 밸류는 백분율로 나타내었다. 계통수의 제작에 사용된 서열의 등록번호는 애기장대 유래의 AtTMT1 (At1g20840; Z50752), AtTMT2 (At4g35300; AJ532570), AtTMT3 (At3g51490; AJ532571); 보리 유래의 HvSTP1 (AJ534445), HvSTP2 (AJ534446); 사탕수수 유래의 PST type 2a (AY165599); 포도 유래의 VvHT6 (AY861386) 이다.
The deduced amino acid sequence of the OsTMT gene is shown in the CLUSTAL W program (Thompson et al, 1994, Nucleic). Acids Research 22, 4673-4680) was used to sequence alignment with previously reported genes in other species. The phylogenetic tree is derived from MEGA software version 4.0 (Tamura et al, 2007, Molecular Biology and Evolution 24, 1596-1599). Bootstrap analysis was performed with 1,000 replicates and the bootstrap value was expressed as a percentage. The registration numbers of the sequences used for the generation of the phylogenetic tree were AtTMT1 (At1g20840; Z50752), AtTMT2 (At4g35300; AJ532570), AtTMT3 (At3g51490; AJ532571) from Arabidopsis; HvSTP1 (AJ534445), HvSTP2 (AJ534446) from barley; PST type 2a from sugar cane (AY165599); It is VvHT6 (AY861386) derived from grapes.

OsTMTOsTMT -- GFPGFP 융합 단백질의  Of fusion proteins 세포하Subcellular 위치 location

벼와 애기장대에서 OsTMT1과 OsTMT2의 세포하 위치를 조사하기 위해서, 종결코돈과 3'UTR을 제외한 각각의 전장 cDNA 단편이 증폭되었고 그 다음에 JJ461 바이너리 벡터(Cho et al, 2009, Plant Physiology 149, 745-759)의 CaMV35S 프로모터와 sGFP 사이 영역에 클로닝하였다. OsTMT-GFP 융합 벡터의 제조에 사용된 프라이머는 OsTMT1: 5'-GCTCTAGACTTGGTGGTAAGATTCGCCG-3'(서열번호 7)와 5'-CCCTCGAGAGTCCTCCTTGGCCTGCTTTGC-3'(서열번호 8), OsTMT2: 5'-GCTCTAGAGGGGTGAAGATGTCGGGTGCT-3'(서열번호 9)와 5'-CCCTCGAGAGGCCTTTGTAGCCTGCATTTG-3'(서열번호 10)이다. OsTMT - GFP 융합 구축물(constructs)을 발현하는 형질전환된 캘러스와 식물들, 그리고 형질전환된 애기장대로부터 분리된 원형질체는 공초점 현미경(LSM 510 META, Carl Zeiss, Jena, Germany)을 사용하여 조사되었다. 엽록소 자가형광(Chlorophyll autofluorescence)은 엽록체 마커로서 사용되었다. 형질전환 벼 캘러스에서, 원형질막은 친유성(lipophilic) 스티릴 염료인 FM4-64 (Molecular Probes, Carlsbad, CA)를 이용하여 염색되었다.
To investigate the subcellular locations of OsTMT1 and OsTMT2 in rice and Arabidopsis, each full-length cDNA fragment except for stop codon and 3'UTR was amplified and then JJ461 binary vector (Cho et al, 2009, Plant Physiology 149, 745-759) was cloned into the region between the CaMV35S promoter and sGFP. Primers used in the preparation of OsTMT-GFP fusion vectors were OsTMT1 : 5'-GCTCTAGACTTGGTGGTAAGATTCGCCG-3 '(SEQ ID NO: 7) and 5'-CCCTCGAGAGTCCTCCTTGGCCTGCTTTGC-3' (SEQ ID NO: 8), OsTMT2 : 5'-GCTCTAGAGGGGGGACTAT ' SEQ ID NO: 9) and 5'-CCCTCGAGAGGCCTTTGTAGCCTGCATTTG-3 '(SEQ ID NO: 10). Transformed callus and plants expressing OsTMT - GFP fusion constructs and protoplasts isolated from the transformed Arabidopsis were examined using confocal microscopy (LSM 510 META, Carl Zeiss, Jena, Germany). . Chlorophyll autofluorescence was used as the chloroplast marker. In transformed rice callus, the plasma membrane was stained using lipophilic styryl dye FM4-64 (Molecular Probes, Carlsbad, Calif.).

프로모터 Promoter 클로닝과Cloning and GUSGUS 융합 벡터의 제조 Preparation of Fusion Vectors

주형(template)으로서 벼 게놈 DNA를 사용하여, 그 길이가 각각 2445 bp와 2481 bp인 OsTMT1OsTMT2 유전자의 5'업스트림 영역이 PCR에 의해 증폭되었다. proof-reading DNA 폴리머라제 pfu (SolGent, Daejeon, Korea)가 PCR 에러를 감소시키기 위해 사용되었고, 증폭에 사용된 프라이머는 OsTMT1: 5'-CCCTCGAGAAACCTAAACTTGAAATGTGCTA-3'(서열번호 11)과 5'-CGCCTAGGCGAATCTTACCACTGCACAAGAA-3'(서열번호 12), OsTMT2: 5'-GCGTCGACATCGTGATTCTTTCTTTCAAAC-3'(서열번호 13)과 5'-GCTCTAGACTTCACCCCTCTCCGATCCC-3'(서열번호 14)이다. 증폭된 산물들은 pGEM T-easy 벡터 내로 클로닝 되었고, 그 후 시퀀싱되었다. 클로닝된 인서트(inserts)는 XhoI/AvrII 또는 SalI/XbaI 로 절단되었고, 그 다음에 바이너리 벡터 pC1300intC (Ouwerkerk et al, 2001, Planta 213, 370-378)로부터 유래한 프로모터 없는 β-glucuronidase (GUS) 리포터(reporter) 유전자를 함유하는 JJ376 벡터의 SalI 와 XbaI 부위에 서브클로닝되었다. 결과적으로, OsTMT1OsTMT2 유전자의 프로모터 영역은 nopaline synthase (nos) 유전자의 터미네이터에 연결된 GUS 유전자에 융합되었다. OsTMT1 프로모터-GUS 와 OsTMT2 프로모터-GUS 융합체를 포함하는 이러한 구축물은 pOsTMT1 - GUSpOsTMT2 - GUS 로 각각 명명되었다.
Using rice genomic DNA as a template, 5 'upstream regions of the OsTMT1 and OsTMT2 genes, 2445 bp and 2481 bp in length, respectively, were amplified by PCR. Proof-reading DNA polymerase pfu (SolGent, Daejeon, Korea) was used to reduce PCR errors, and primers used for amplification were OsTMT1 : 5'-CCCTCGAGAAACCTAAACTTGAAATGTGCTA-3 '(SEQ ID NO: 11) and 5'-CGCCTAGGCGAATCTTACCACTGCACAAGAA- 3 '(SEQ ID NO: 12), OsTMT2 : 5'-GCGTCGACATCGTGATTCTTTCTTTCAAAC-3' (SEQ ID NO: 13) and 5'-GCTCTAGACTTCACCCCTCTCCGATCCC-3 '(SEQ ID NO: 14). The amplified products were cloned into pGEM T-easy vector and then sequenced. Cloned inserts were cleaved with Xho I / Avr II or Sal I / Xba I and then promoter-free β- glucuronidase from the binary vector pC1300 intC (Ouwerkerk et al, 2001, Planta 213, 370-378). ( GUS ) was subcloned to Sal I and Xba I sites of JJ376 vector containing reporter gene. As a result, the promoter region of OsTMT1 OsTMT2 GUS gene is linked to the terminator of the nopaline synthase (nos) gene Fused to the gene. These constructs, including the OsTMT1 promoter-GUS and OsTMT2 promoter-GUS fusions, were named pOsTMT1 - GUS and pOsTMT2 - GUS , respectively.

벼의 형질전환Transformation of Rice

CaMV35S - OsTMT - GFP 또는 pOsTMT - GUS 융합 구축물을 발현하는 형질전환 벼를 제조하기 위해, 이 각각의 벡터들을 가지는 아그로박테리움 튜머파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) LBA4404 균주는 25mg/L 카나마이신(kanamycin)이 첨가된 AB 배지에서 3일동안 28℃에서 배양되었고, 형질전환 캘러스는 이전에 기술된 아그로박테리움-매개 공배양 방법을 통해 획득되었다(Jeon et al, 2000, The Plant Journal 22, 561-570). 형질전환된 벼는 50mg/L 하이그로마이신(hygromycin)과 250mg/L 세포탁심(cefotaxime)을 함유하는 선택배지에서 형질전환된 캘러스로부터 재분화되었다.
CaMV35S - OsTMT - GFP or pOsTMT - for the production of transgenic rice plants expressing the GUS fusion constructs, each of the Agrobacterium having a vector Solarium tyumeo Pacific Enschede (Agrobacterium tumefaciens ) LBA4404 strain was incubated at 28 ° C. for 3 days in AB medium supplemented with 25 mg / L kanamycin, and transformed callus was obtained through the previously described Agrobacterium-mediated coculture method (Jeon et. al, 2000, The Plant Journal 22, 561-570). Transformed rice was re-differentiated from the callus transformed in a selection medium containing 50 mg / L hygromycin and 250 mg / L cefotaxime.

애기장대의 형질전환Transformation of Arabidopsis

CaMV35S - OsTMT - GFP , CaMV35S - OsTMT1 또는 CaMV35S - OsTMT2 구축물 중 하나를 가지는 아그로박테리움 튜머파시엔스(A. tumefaciens) GV3101 균주는 25mg/L 카나마이신을 함유하는 LB 액체 배지에서 정체기(stationary phase)까지 28℃에서 250rpm으로 흔들면서 배양되었다. CaMV35S - OsTMT - GFP에 대해, 야생형 애기장대(ecotype Columbia)가 이전에 기술된 floral dip 방법에 의해 형질전환되었다(Clough & Bent, 1998, The Plant Journal 16, 735-743). CaMV35S - OsTMT1 CaMV35S-OsTMT2 구축물에 대해, 애기장대 tmt1 -2-3 돌연변이 라인이 형질전환에 사용되었다. 모든 형질전환 식물들은 25mg/L 하이그로마이신을 함유하는 Gamborg B5 배지에서 선별되었고, 14시간-광/10시간-암의 광주기하 22℃ 토양에서 키웠다. 애기장대에서 OsTMTs의 세포하 위치를 조사하기 위해, 이전에 기술한 Sheen의 방법과 같이, 원형질체는 잘 확장된 3-4주차 형질전환 식물의 잎들로부터 분리되었다(Sheen, 2001, Plant Physiology 127, 1466-1475).
CaMV35S - OsTMT - GFP, CaMV35S - 28 Agrobacterium tyumeo Pacific Enschede (A. tumefaciens) GV3101 strains having one of the structures is OsTMT2 in an LB liquid medium containing 25mg / L of kanamycin to the standing position (stationary phase) - OsTMT1 or CaMV35S It was incubated with shaking at 250 rpm at ℃. For CaMV35S - OsTMT - GFP , wild-type Arabidopsis (ecotype Columbia) was transformed by the previously described floral dip method (Clough & Bent, 1998, The Plant Journal 16, 735-743). CaMV35S - OsTMT1 And CaMV35S-OsTMT2 for the construct, were used for switching the Arabidopsis thaliana mutant lines transfected tmt1 -2-3. All transgenic plants were selected in Gamborg B5 medium containing 25 mg / L hygromycin and grown on 22 ° C. soil at 14 hours-light / 10 hours-light. To investigate the subcellular location of OsTMTs in Arabidopsis, as in Sheen's method previously described, protoplasts were isolated from leaves of well-expanded 3-4 week transgenic plants (Sheen, 2001, Plant Physiology 127, 1466-1475).

조직화학적 Histochemical GUSGUS 분석 analysis

형질전환 식물들로부터 다양한 기관들이 채집되었고, 0.2M 소듐 포스페이트(pH 7.0), 10mM EDTA, 20% 메탄올, 2% DMSO, 0.1% 5-bromo-4-chloro-3-indol β-glucopyranoside (X-Gluc)를 함유하는 GUS 반응 용액에서 이전에 기술한 바와 같이 염색되었다(Jeon et al, 1999, Plant Molecular Biology 39, 35-44). 샘플들은 염색이 충분히 될 때까지 37℃에서 1시간 내지 밤새 인큐베이션하였고, 그 다음에 염록소를 제거하기 위해 70% 에탄올로 이동되었다. 염색 후, 그 샘플들은 50% 에탄올, 5% 아세트산 그리고 3.7% 포름알데히드를 함유하는 FAA 용액에서 고정되었다. 꽃들은 해부현미경(dissecting microscope, SZX12; Olympus, Tokyo, Japan)으로 관찰되었고, ImagePro Express (Olympus, Tokyo, Japan)로 사진을 찍었다. 종단면과 횡단면의 관찰을 위해, 염색된 샘플들은 paraplast plus (Sigma, St Louis, MO)에 포매(embedding)되었고, 마이크로톰(microtome, Microm HM360, Woldorf, Germany)을 사용하여 10㎛ 절편을 준비하였다. 그 절편들은 그 다음에 슬라이드로 마운팅(mounting)되었고 복식현미경(compound microscope)에서 관찰되었다.
Various organs were collected from the transgenic plants, 0.2 M sodium phosphate (pH 7.0), 10 mM EDTA, 20% methanol, 2% DMSO, 0.1% 5-bromo-4-chloro-3-indol β-glucopyranoside (X- In a GUS reaction solution containing Gluc) as previously described (Jeon et al, 1999, Plant Molecular Biology 39, 35-44). Samples were incubated for 1 hour to overnight at 37 ° C. until staining was sufficient, then transferred to 70% ethanol to remove chlorophyll. After staining, the samples were fixed in FAA solution containing 50% ethanol, 5% acetic acid and 3.7% formaldehyde. Flowers were observed with a dissecting microscope (SZX12; Olympus, Tokyo, Japan) and photographed with ImagePro Express (Olympus, Tokyo, Japan). Stained samples were embedded in paraplast plus (Sigma, St Louis, MO) for observation of longitudinal and cross sections, and 10 μm sections were prepared using microtome (Microtome, Microm HM360, Woldorf, Germany). The sections were then mounted with slides and observed under a compound microscope.

당 처리Party treatment

당 처리를 위해, 4개 잎 단계의 유묘들을 그들의 내인성(endogenous) 당들을 제거하기 위해 암(dark) 조건하에서 48시간 동안 배양하였다. 그 다음에 잎들을 이전에 기술한 방법(Cho et al, 2006, Planta 224, 598-611; Dian et al, 2003, Planta 218, 261-268)과 같이 1cm 조각으로 자르고 175mM 수크로스, 글루코스, 프룩토스 또는 만니톨(mannitol)을 함유하는 액체 MS 배지에서 28℃ 암조건하에 처리하였다. 그 샘플들은 처리 12시간 또는 24시간 후에 채집되었다.
For the sugar treatment, the four leaf stage seedlings were incubated for 48 hours under dark conditions to remove their endogenous sugars. The leaves were then cut into 1 cm pieces, as described previously (Cho et al, 2006, Planta 224, 598-611; Dian et al, 2003, Planta 218, 261-268) and 175 mM sucrose, glucose, fruc Treatment was under 28 ° C. dark conditions in liquid MS medium containing toss or mannitol. The samples were collected 12 or 24 hours after treatment.

RTRT -- PCRPCR 분석 analysis

RT-PCR 분석을 위해, 트리졸 시약(Trizol reagent)을 사용하여 채집된 샘플로부터 총 RNA를 얻었고 First-Strand cDNA 합성 키트(Roche, Mannheim, Germany)와 oligo-dT 프라이머를 이용하여 역전사반응을 실시했다. First-Strand cDNA는 하우스키핑 유전자인 Act1 (McElroy et al, 1990, Plant Cell 2, 163-171), OsUBQ5 (Jain et al, 2006, BBRC 345, 645-651), 그리고 당-유도성(inducible) 유전자 OsGBSSII(Dian et al, 2003, Planta 218, 261-268)에 대한 유전자 특이적인 프라이머 및 대조군 프라이머와 함께 PCR 반응에 사용되었다. 유전자 특이적인 프라이머는 OsTMT1: 5'-GAAGTCATCACCGAGTTCTTC-3'(서열번호 15)과 5'-TACAGGGAGAAGAATTCCAAA-3'(서열번호 16), OsTMT2: 5'-GTCTTTGGTATATACGCAGTTGTT-3'(서열번호 17)과 5'-AGTGGACATGAATAACATGAAAAT-3'(서열번호 18), OsGBSSII: 5'-TAGGTGTCACTGAATGGCTAGAAC-3'(서열번호 19)과 5'-TGGCCCACATCTCTAAGTAACATC-3'(서열번호 20), Act1: 5'-GGAACTGGTATGGTCAAGGC-3'(서열번호 21)과 5'-AGTCTCATGGATACCCGCAG-3'(서열번호 22), 그리고 OsUBQ5: 5'-GACTACAACATCCAGAAGGAGTC-3'(서열번호 23)과 5'-TCATCTAATAACCAGTTCGATTTC-3'(서열번호 24)과 같다. 형질전환 애기장대 식물을 위해, UBQ (At5g20620) 프라이머: 5'-GTGGTGCTAAGAAGAGGAAGA-3'(서열번호 25)과 5'-TCAAGCTTCAACTTCTTCTTT-3'(서열번호 26)을 PCR 대조군으로 사용하였다(Cho et al, 2009, Plant Physiology 149, 745-759). RT-PCR 분석은 이전에 기술된 방법(Cho et al, 2005, Plant Cell Reports 24, 225-236)으로 실시하였고, 적어도 3번 반복하여 유사한 결과를 얻었다.
For RT-PCR analysis, total RNA was obtained from samples collected using Trizol reagent and reverse transcription was carried out using an oligo-dT primer with First-Strand cDNA Synthesis Kit (Roche, Mannheim, Germany). did. First-Strand cDNA is the housekeeping gene Act1 (McElroy et al, 1990, Plant Cell 2, 163-171), OsUBQ5 (Jain et al, 2006, BBRC 345, 645-651), and the sugar-inducible gene OsGBSSII (Dian et al, 2003, Planta 218, 261-268). Used in PCR reactions with gene specific primers and control primers. Gene specific primers were OsTMT1 : 5'-GAAGTCATCACCGAGTTCTTC-3 '(SEQ ID NO: 15) and 5'-TACAGGGAGAAGAATTCCAAA-3' (SEQ ID NO: 16), OsTMT2 : 5'-GTCTTTGGTATATACGCAGTTGTT-3 '(SEQ ID NO: 17) and 5' -AGTGGACATGAATAACATGAAAAT-3 '(SEQ ID NO: 18), OsGBSSII : 5'-TAGGTGTCACTGAATGGCTAGAAC-3' (SEQ ID NO: 19) and 5'-TGGCCCACATCTCTAAGTAACATC-3 '(SEQ ID NO: 20), Act1 : 5'-GGAACTGGTATGGTCAAGGC-3' (SEQ ID NO: 19) Numbers 21) and 5'-AGTCTCATGGATACCCGCAG-3 '(SEQ ID NO: 22), and OsUBQ5 : 5'-GACTACAACATCCAGAAGGAGTC-3' (SEQ ID NO: 23) and 5'-TCATCTAATAACCAGTTCGATTTC-3 '(SEQ ID NO: 24). For transgenic Arabidopsis plants, UBQ (At5g20620) Primers: 5'-GTGGTGCTAAGAAGAGGAAGA-3 '(SEQ ID NO: 25) and 5'-TCAAGCTTCAACTTCTTCTTT-3' (SEQ ID NO: 26) were used as PCR controls (Cho et al, 2009, Plant Physiology 149, 745-759). ). RT-PCR analysis was performed by the previously described method (Cho et al, 2005, Plant Cell Reports 24, 225-236) and repeated at least three times to obtain similar results.

시투 혼성화 ( in situ hybridization ) In Situ Hybridization ( in situ hybridization )

채집된 3 및 5 DAF(days after fertilization) 자실들은 4% 파라포름알데히드, 0.25% 글루타르알데히드를 함유하는 50mM 소듐 포스페이트 완충액에서 1시간 동안 고정시켰고, 그 다음 에탄올의 graded series 로 탈수시키고, 마지막으로 paraplast plus (Sigma)에 포매시켰다. 그 다음에 포매된 샘플들을 마이크로톰(Microm HM360)을 사용하여 조심스럽게 종단면 또는 횡단면으로 절단했다. 절단된 7㎛ 절편들은 슬라이드에 마운팅되었고 Kouchi & Hata (1993, Molecular & General Genetics 238, 106-119) 그리고 Hirose 등(2002, Plant & Cell Physiology 38, 1389-1396)의 변형된 방법을 이용하여 인 시투 혼성화에 사용하였다. 혼성화 프로브(probe)를 만들기 위해, OsTMT2 cDNA의 중앙 루프 영역의 523 bp 단편이 pBluescript II SK(+)(Stratagene, La Jolla, CA)의 BamHI과 EcoRI 부위에 서브클로닝 되었다. 이 벡터는 BamHI 또는 EcoRI로 절단하여 선형화되었고, 디곡시제닌 (DIG)-표지 믹스(Roche)와 T3 또는 T7 폴리머라제를 사용하여 시험관 내 전사에 의해 표지되었다. DIG로 표지된 센스(sense) 및 안티센스(antisense) 프로브는 구축물의 T3 또는 T7 프로모터로부터 각각 합성되어졌고, 그 다음에 약 100 내지 200 염기로 가수분해되었다. 그 절편들은 DIG로 표지된 센스 및 안티센스 프로브로 42℃에서 16시간 동안 혼성화되었다. 혼성화된 프로브는 anti-DIG 알칼라인 포스파타제 컨쥬게이트(Roche)를 이용하여 면역학적으로 검출되었다. NBT (Nitro blue tetrazolium chloride)/BCIP (5-Bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate, toluidine salt) ready-to-use 정제(tablets)(Roche)가 기질로 이용되었다.
Collected 3 and 5 days after fertilization (DAF) fruit were fixed in 50 mM sodium phosphate buffer containing 4% paraformaldehyde, 0.25% glutaraldehyde for 1 hour, then dehydrated with a graded series of ethanol, and finally embedded in paraplast plus (Sigma). Embedded samples were then carefully cut into longitudinal or transverse sections using a Microtome (Microm HM360). The cut 7 μm sections were mounted on slides and printed using modified methods of Kouchi & Hata (1993, Molecular & General Genetics 238, 106-119) and Hirose et al. (2002, Plant & Cell Physiology 38, 1389-1396). Used for situ hybridization. To make hybridization probes, a 523 bp fragment of the central loop region of OsTMT2 cDNA was subcloned into the Bam HI and Eco RI sites of pBluescript II SK (+) (Stratagene, La Jolla, Calif.). This vector was linearized by cleavage with Bam HI or Eco RI and labeled by in vitro transcription using digoxigenin (DIG) -labeled mix (Roche) and T3 or T7 polymerase. Sense and antisense probes labeled with DIG were synthesized from the T3 or T7 promoter of the construct, respectively, and then hydrolyzed to about 100 to 200 bases. The sections were hybridized for 16 hours at 42 ° C. with sense and antisense probes labeled with DIG. Hybridized probes were detected immunologically using anti-DIG alkaline phosphatase conjugate (Roche). Nitro blue tetrazolium chloride (NBT) / BCIP (5-Bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate, toluidine salt) ready-to-use tablets (Roche) were used as substrates.

분리된 잎 Separated leaves 엽육Leaf flesh 액포 내로  Into vacuole 글루코스의Glucose 흡수와 가용성 당의 정량 Quantification of Absorption and Soluble Sugars

OsTMT1의 글루코스 수송 능력을 조사하기 위해, 손상되지 않은 잎의 엽육 액포가 야생형, tmt1 -2-3 OsTMT1 형질전환 식물로부터 분리되었다. 식물들은 8시간-광/16시간-암의 광주기(90 μmol/m2s)하 22℃ 토양에서 4 내지 5주 동안 키워졌고, 액포 분리전에 50 μmol/m2s 명조건에서 5일동안 키워졌다. 14C-글루코스를 이용한 수송실험에서 액포의 분리와 그 이용은 Wormit 등(2006, Plant Cell 18, 3476-3490)의 방법에 의해 실시되었다. 수송은 125 μM 14C-글루코스(비활성: 300 mCi mmol-1)과 1 mM Mg2 +-ATP를 이용하여 15분 동안 행해졌다. To examine the glucose transport capacity of OsTMT1, the mesophyll of the intact wild-type leaves the vacuole, tmt1 -2-3 and OsTMT1 It was isolated from the transgenic plant. Plants were grown for 4-5 weeks in 22 ° C. soil under photoperiod (90 μmol / m 2 s) with 8 hours-light / 16 hours of cancer, and for 5 days under 50 μmol / m 2 s bright conditions before vesicle separation. It was raised. Separation of vacuoles and their use in 14 C-glucose transport experiments were reported by Wormit et al. (2006, Plant Cell 18, 3476-3490). Transport 125 μM 14 C- glucose: using a (specific activity 300 mCi mmol -1) and 1 mM Mg 2 + -ATP was done for 15 minutes.

가용성 당 함량의 측정을 위해, 야생형, tmt1 -2-3 OsTMT1 형질전환 식물로부터 채집된 애기장대 잎들은 미리 냉각된 어댑터가 있는 TissueLyser (Qiagen-Retsch GmbH, Haan, Germany)를 사용하여 미세한 분말로 만들어서 냉동시켰다. 그 다음에 총 100mg의 잎 분말은 80℃에서 1시간 동안 80% 에탄올을 이용하여 추출되었고, 추출물은 수분을 증발시킨뒤 멸균수에 용해시켰다. 당 함량의 분광 정량(Spectroscopic quantification)은 Lee 등(2008, Plant , Cell & Environment 31, 1851-1863)의 방법에 의해 실시되었다.
For the measurement of soluble sugar content, wild, tmt1 -2-3 and OsTMT1 Arabidopsis leaves collected from transgenic plants were frozen into fine powder using TissueLyser (Qiagen-Retsch GmbH, Haan, Germany) with pre-cooled adapters. A total of 100 mg of leaf powder was then extracted using 80% ethanol at 80 ° C. for 1 hour, and the extract was dissolved in sterile water after evaporating the water. Spectroscopic quantification of sugar content was performed by the method of Lee et al. (2008, Plant , Cell & Environment 31, 1851-1863).

실시예Example 1:  One: OsTMT1OsTMT1 and OsTMT2OsTMT2 of 클로닝Cloning

레퍼런스(reference) 서열((Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490)로서 AtTMT 이성질형(isoform)을 이용한 벼 주석이 달린(annotated) 서열 데이터베이스의 체계적인 블라스트 서치(BLAST search)는 4개의 벼(Oryza sativa) TMT 유전자; OsTMT1 (LOC_Os10g39440), OsTMT2(LOC_Os02g13560), OsTMT3(LOC_Os03g03680), 그리고 OsTMT4 (LOC_Os11g40540)를 동정하였다. OsTMTs 와 AtTMTs 사이의 유사성을 비교하기 위해, 그리고 다른 식물 종으로부터 TMT 서열들을 동정하기 위해, 본 발명은 아미노산 서열비교를 기초로 근연접합법을 이용하여 계통수를 만들었다. 이 분석을 통해 동정한 4개의 OsTMT 중에서 OsTMT3 또는 OsTMT4 보다는 OsTMT1과 OsTMT2가 AtTMTs와 더 가까운 진화적 관계를 보여준다는 것을 나타내었다(도 1). 사실 OsTMT1과 OsTMT2는 본 발명의 계통수에서 보리 유래 2개의 추정 당 트랜스포터, 즉 HvSTP1과 HvSTP2를 가지는 단자엽식물(monocot) 서브그룹을 형성하는데, 그것들은 초기 종자 발달 동안에 자실의 모계 및 자계 조직 사이의 당 비율을 조절하는데 관여한다고 제안되었다(Weschke et al, 2003, The Plant Journal 33, 395-411). 이 단자엽식물 서브그룹은 또한 사탕수수 유래의 추정 당 트랜스포터인 PST type 2a를 포함하는데, 그것은 AtTMTs와 상동성이 있다(Casu et al, 2003, Plant Molecular Biology 52, 371-386). HvSTP1, HvSTP2와 PST type 2a의 토노플라스트 위치와 각 당 트랜스포터 기능은 아직 결정되지 않았다. AtTMT와 포도 유래 추정 당 트랜스포터인 VvHT6는 쌍자엽(dicot) 서브그룹을 형성한다(도 1). 이 발견은 OsTMT1과 OsTMT2의 위치와 기능을 더 규명하게 하였다. 게다가, OsTMT1과 OsTMT2는 액포성 글루코스 트랜스포터 서브패밀리로 알려진 애기장대 VGT 그룹, 또는 원형질막의 당 트랜스포터 서브패밀리인 애기장대 STP 그룹과 어떤 유의적인 상동성을 보이지는 않았다(데이타 미제시). Reference sequence (Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490) as a systematic blast search of sequence databases AtTMT (annotated with the annotation rice Using isoforms (isoform)) (BLAST search) is four rice (Oryza sativa ) TMT gene; OsTMT1 (LOC_Os10g39440), OsTMT2 (LOC_Os02g13560), OsTMT3 (LOC_Os03g03680), and OsTMT4 (LOC_Os11g40540) were identified. In order to compare the similarity between OsTMTs and AtTMTs, and to identify TMT sequences from other plant species, the present invention has made phylogenetic tree using the conjugation method based on amino acid sequence comparison. This analysis showed that among the four OsTMTs identified, OsTMT1 and OsTMT2 showed a closer evolutionary relationship with AtTMTs than OsTMT3 or OsTMT4 (FIG. 1). In fact, OsTMT1 and OsTMT2 form a monocot subgroup with two putative sugar transporters from barley, HvSTP1 and HvSTP2, in the phylogenetic tree of the present invention, which are found between the maternal and magnetic tissues of fruiting during early seed development. It has been suggested to be involved in regulating sugar ratios (Weschke et al, 2003, The Plant Journal 33, 395-411). This monocotyledonous subgroup also includes PST type 2a, an estimated sugar transporter derived from sugarcane, which is homologous to AtTMTs (Casu et al, 2003, Plant Molecular Biology 52, 371-386). The tonoplasmic positions of HvSTP1, HvSTP2, and PST type 2a and the sugar transporter function have not yet been determined. AtTMT and grape derived VvHT6, a putative sugar transporter, form a dicot subgroup (FIG. 1). This finding further elucidated the location and function of OsTMT1 and OsTMT2. In addition, OsTMT1 and OsTMT2 did not show any significant homology with the Arabidopsis VGT group, known as the vacuole glucose transporter subfamily, or the Arabidopsis STP group, a sugar transporter subfamily of plasma membranes (data not shown).

OsTMT1OsTMT2의 전장 cDNA는 번역 개시 코돈의 업스트림 영역과 종결코돈의 다운스트림 영역을 포함하는 유전자 특이적인 프라이머를 사용하여 RT-PCR로 분리되었다. 서열 분석과 그들의 게놈 클론과의 비교는 그 두 개의 유전자들이 6개의 엑손으로 구성된 게놈 구조를 가지고 5'UTR에 인트론을 포함한다는 것을 보여주었다(도 2). 그 연역된 아미노산 서열들은, 12개의 예상된 트랜스멤브레인(transmembrane) 도메인과 TMT 패밀리의 특징인 트랜스멤브레인 도메인 6과 7 사이에 약 340개의 아미노산 잔기들의 매우 큰 친수성 중앙 루프를 가지는, 각각 740과 746개 아미노산의 OsTMT1 (GenBank 등록번호 GU066765)과 OsTMT2 (등록번호 GU066766)를 보여주었다(도 3). 그들의 AtTMTs에 대한 실제적인 구조적 유사성은 OsTMT1과 OsTMT2가 토노플라스트에 위치하는 모노사카라이드 트랜스포터의 멤버라는 것을 제안한다.
The full-length cDNAs of OsTMT1 and OsTMT2 were isolated by RT-PCR using gene specific primers comprising the upstream region of the translation initiation codon and the downstream region of the stop codon. Sequence analysis and comparison of their genomic clones showed that the two genes had a genomic structure consisting of six exons and included an intron at the 5'UTR (FIG. 2). The deduced amino acid sequences have a very large hydrophilic central loop of about 340 amino acid residues between the 12 expected transmembrane domains and the transmembrane domains 6 and 7 which are characteristic of the TMT family, 740 and 746, respectively. OsTMT1 (GenBank Accession No. GU066765) and OsTMT2 (Accession No. GU066766) of the amino acids were shown (FIG. 3). Their actual structural similarity to AtTMTs suggests that OsTMT1 and OsTMT2 are members of monosaccharide transporters located in tonoplasm.

실시예Example 2:  2: OsTMTOsTMT -- GFPGFP 융합 단백질의  Of fusion proteins 세포하Subcellular 위치 location

OsTMT1과 OsTMT2의 세포하 위치를 결정하기 위해, 본 발명은 CaMV35S 프로모터의 조절하에 OsTMT1 - GFP 또는 OsTMT2 - GFP 구축물을 발현하는 형질전환 벼 캘러스를 만들었다. 이러한 형질전환 캘러스의 분석은 OsTMT1-GFP 가 캘러스내에 크고 작은 액포의 토노플라스트에 위치한다는 것을 보여준다(도 4a). 원형질막으로부터 토노플라스트-localized GFP 시그널을 구분하기 위해, 형질전환 벼 캘러스는 주로 원형질막을 염색하고, 식물을 포함하는 다양한 진핵세포에서 세포내(endocytic) 경로를 따르는 것으로 알려진 친유성 스티릴 염료인 FM4-64로 염색되었다(Ueda et al, 2001, The EMBO journal 20, 4730-4741). 그러나, GFP 시그널은 많은 영역에서 FM4-64의 시그널과 잘 합쳐지지 않았는데, 이는 OsTMT1이 원형질막에 위치하지 않는다는 것을 나타낸다(도 4b). 또한, OsTMT1의 토노플라스트 위치는 OsTMT1 - GFP를 과발현하는 형질전환 애기장대 식물들의 엽육세포로부터 분리된 원형질체에서 증명되었다. 이는 엽록소 자가형광(autofluorescence)을 가지는 엽록체에 의해 만입(indent)된 액포 토노플라스트의 존재에 의해 분명하게 보여졌다(도 4c). 유사한 결과들이 OsTMT1 - GFP를 발현하는 벼와 애기장대 세포에서 발견되었다(도 5). 이러한 결과들은 OsTMT1과 OsTMT2가 토노플라스트에는 존재하고, 원형질막으로는 타겟팅되지 않는다는 것을 분명하게 나타낸다.
To determine the subcellular location of OsTMT1 and OsTMT2, the present invention is directed to OsTMT1 - GFP or OsTMT2 - GFP under the control of the CaMV35S promoter. Transgenic rice callus expressing the constructs was made. Analysis of this transgenic callus shows that OsTMT1-GFP is located in the tonoplasm of large and small vacuoles in the callus (FIG. 4A). To distinguish tonoplasm-localized GFP signals from the plasma membrane, the transformed rice callus mainly stains the plasma membrane and FM4, a lipophilic styryl dye known to follow the endocytic pathway in various eukaryotic cells, including plants. Stained at -64 (Ueda et al, 2001, The EMBO journal 20, 4730-4741). However, the GFP signal did not merge well with the signal of FM4-64 in many regions, indicating that OsTMT1 was not located in the plasma membrane (FIG. 4B). In addition, the tonoplasmic position of OsTMT1 has been demonstrated in protoplasts isolated from the mesenchymal cells of transgenic Arabidopsis plants that overexpress OsTMT1 - GFP . This was clearly seen by the presence of vacutononoplasm indented by chloroplasts with chlorophyll autofluorescence (FIG. 4C). Similar results were found in rice and Arabidopsis cells expressing OsTMT1 - GFP (FIG. 5). These results clearly show that OsTMT1 and OsTMT2 are present in tonoplasm and are not targeted to the plasma membrane.

실시예Example 3:  3: OsTMT1OsTMT1 and OsTMT2OsTMT2 의 발현 분석Expression Analysis

벼에서 OsTMT1OsTMT2 유전자의 시공간적(spatiotemporal) 발현 프로필을 조사하기 위해, 반정량 RT-PCR을 실시하였다. 그 결과들은 잎, 뿌리, 꽃 그리고 미성숙 종자를 포함한 실험에 사용된 모든 벼 기관들에서 OsTMT1OsTMT2 전사체의 유의적인 수준을 나타내었다(도 6a). 미성숙 종자의 분석은 OsTMT1OsTMT2가 종자 껍질에서 우선적으로 발현이 되고, 배유에서는 발현이 되지 않는다는 것을 보여주었다(도 6b). 15 DAF(days after fertilization)까지의 다른 발달 단계들에서 채집된 일련의 벼 종자들에 대해 OsTMT1OsTMT2의 RT-PCR 분석을 수행하였다. 벼 종자들은 pre-storage phase(1-6 DAF)동안 발생하는 배유세포의 세포화(cellularization)와 증식(proliferation)을 이용하여 주로 세로로 신장되며, 그 다음에 starch-filling milky phase(7-15 DAF) 동안 두꺼워진다(Hirose et al, 2002, Plant & Cell Physiology 43, 452-459). 두 OsTMT들의 발현은 starch-filling phase에 비해 pre-storage phase동안 더 높은 것이 발견되었는데, 이는 초기 종자 발달 동안에 모든 기관, 특히 종자 껍질에서 OsTMT1과 OsTMT2의 역할을 제안한다(도 6c). Semi-quantitative RT-PCR was performed to investigate the spatiotemporal expression profiles of OsTMT1 and OsTMT2 genes in rice. The results showed significant levels of OsTMT1 and OsTMT2 transcripts in all rice organs used in the experiment, including leaves, roots, flowers and immature seeds (FIG. 6A). Analysis of immature seeds showed that OsTMT1 and OsTMT2 are preferentially expressed in the seed shells, but not in embryos (FIG. 6B). RT-PCR analysis of OsTMT1 and OsTMT2 was performed on a series of rice seeds collected at different developmental stages up to 15 days after fertilization (DAF). Rice seeds are stretched longitudinally mainly using the cellularization and proliferation of the mammary gland cells during the pre-storage phase (1-6 DAF), followed by the starch-filling milky phase (7-15). Thickening during DAF) (Hirose et al, 2002, Plant & Cell) Physiology 43, 452-459). The expression of both OsTMTs was found to be higher during the pre-storage phase compared to the starch-filling phase, suggesting the role of OsTMT1 and OsTMT2 in all organs, especially seed shells, during early seed development (FIG. 6C).

다음으로 OsTMT 유전자 발현에 대한 가용성 당의 효과를 조사하기 위해, 내인성 당이 고갈된 잘려진 잎들은 175mM 수크로스, 글루코스, 프룩토스 또는 만니톨을 포함하는 MS 배지로 처리되었다. RT-PCR 분석은 잘 알려진 당-유도성(sugar-inducible) 유전자 OsGBSSII (Dian et al, 2003, Planta 218, 261-268)의 발현과 유사하게, OsTMT1OsTMT2의 수준이 수크로스, 글루코스 또는 프룩토스의 12시간 및 24시간 처리에 의해 증가된 반면, 만니톨은 아무런 영향이 없었다(도 6d). Next, to investigate the effect of soluble sugars on OsTMT gene expression, the cut leaves depleted of endogenous sugars were treated with MS medium containing 175 mM sucrose, glucose, fructose or mannitol. RT-PCR analysis reveals the well-known sugar-inducible gene OsGBSSII Similar to the expression of (Dian et al, 2003, Planta 218, 261-268), levels of OsTMT1 and OsTMT2 were increased by 12 and 24 hours treatment of sucrose, glucose or fructose, while mannitol had no effect There was no (Figure 6d).

AtTMT 유전자는 염분, 가뭄 그리고 저온과 같은 환경 스트레스에 의해 현저하게 과발현되는 것이 이미 알려져 있다. 본 발명은 OsTMT1OsTMT2의 발현이 그러한 스트레스 자극에 의해 변화하는지를 조사하였다. 본 발명은 저온(4℃), 염분(250mM NaCl) 또는 가뭄에 노출된 벼 샘플에서 OsTMT1OsTMT2의 발현에 어떤 유의적이거나 재생 가능한 변화를 관찰하지는 못하였는데, 이는 아마도 OsTMT가 AtTMT와는 분명히 구별되는 기능을 가진다는 것을 나타낸다(도 7). 이용가능한 퍼블릭 마이크로어레이(public microarray) 또는 Massively Parallel Signature Sequencing (MPSS) 데이터 또한 일관성있게도 이러한 환경 스트레스에 대한 반응에서 이 유전자들의 어떤 유의적인 변화를 나타내지는 않았다(데이터 미제시).
It is already known that the AtTMT gene is significantly overexpressed by environmental stress such as salinity, drought and low temperature. The present invention examined whether the expression of OsTMT1 and OsTMT2 is changed by such stress stimulation. The present invention did not observe any significant or reproducible changes in the expression of OsTMT1 and OsTMT2 in cold (4 ° C.), salinity (250 mM NaCl) or drought-exposed rice samples, which is probably clearly distinguished from AtTMT. It has a function (FIG. 7). The public microarray or massively parallel signature sequencing (MPSS) data available also consistently did not show any significant changes in these genes in response to these environmental stresses (data not shown).

실시예Example 4:  4: OsTMTOsTMT 프로모터- Promoter GUSGUS 형질전환 벼의Transgenic rice 조직화학적 분석 Histochemical analysis

OsTMT1OsTMT2의 발현은 OsTMT1 프로모터-GUS(pOsTMT1 - GUS)와 OsTMT2 프로모터-GUS (pOsTMT2 - GUS) 융합 구축물을 각각 발현하는 형질전환 벼의 조직화학적 GUS 분석에 의해 조사되었다. OsTMT1OsTMT2의 약 2.5 kb 5' 업스트림 단편은 GUS 프로모터 유전자에 전사적으로 융합되었다. pOsTMT1 - GUS 또는 pOsTMT2 - GUS를 발현하는 형질전환 벼 식물 중에서 GUS 발현에 유의적인 변화는 발견되지 않았다(데이터 미제시). 가장 높은 GUS 강도를 가지는 각 대표 라인이 다음 분석에 주로 사용되었다. 조직화학적 분석에 의해, 본 발명은 GUS 활성이 잎, 뿌리, 꽃 그리고 미성숙 종자들을 포함하는 실험에 사용된 모든 벼의 기관에서 검출가능하다는 것을 보여주었다(도 8과 9).The expression of OsTMT1 and OsTMT2 is expressed by OsTMT1 promoter- GUS ( pOsTMT1 - GUS ) and OsTMT2 promoter- GUS ( pOsTMT2 - GUS ) were examined by histochemical GUS analysis of transformed rice expressing each of the fusion constructs. Approximately 2.5 kb 5 'upstream fragments of OsTMT1 and OsTMT2 were fused transcriptionally to the GUS promoter gene. Among transgenic rice plants expressing pOsTMT1 - GUS or pOsTMT2 - GUS No significant change in GUS expression was found (data not shown). Each representative line with the highest GUS intensity was used primarily for the next analysis. By histochemical analysis, the present invention showed that GUS activity is detectable in all organs of rice used in experiments involving leaves, roots, flowers and immature seeds (FIGS. 8 and 9).

pOsTMT1 - GUSpOsTMT2 - GUS 형질전환 벼 라인의 미성숙 잎들에서, GUS 활성은 엽육세포, 유관속초 세포 그리고 관다발(vascular bundles)(관유 세포와 체관부 반세포(phloem companion cell) 그러나 성숙 후생목부 세포(mature metaxylem cells)는 아님)을 포함하는 대부분의 세포에서 검출된다(도 8). 가장 높은 OsTMT1 발현은 유관속초 세포에서 관찰되었다. 표피세포에서, GUS 발현은 pOsTMT1 - GUS 라인에서 매우 가장자리에 있었다(도 8a). 그러나 pOsTMT2 - GUS 라인에서는 리포터(reporter) 발현의 수준이 엽육세포와 표피세포를 포함한 다른 영역과 비교했을 때, 관유 세포와 체관부 반세포에서 더 높았다(도 8b). In immature leaves of the pOsTMT1 - GUS and pOsTMT2 - GUS transgenic rice lines, GUS activity was observed in lobules , ductal sheath cells and vascular bundles (eg duct cells and phloem companion cells but mature metaxylem cells). cells) but not in most cells (FIG. 8). The highest OsTMT1 expression was observed in the coronary soybean cells. In epidermal cells, GUS expression was very marginal in the pOsTMT1 - GUS line (FIG. 8A). However, in the pOsTMT2 - GUS line, the level of reporter expression was higher in the parenchymal cells and phloem semi-cells when compared to other regions, including lobules and epidermal cells (Figure 8b).

pOsTMT1 - GUSpOsTMT2 - GUS 라인의 뿌리에서, 강한 GUS 활성들이 관다발 조직의 반세포에서 관찰되었고(도 8c와 8d), 반면에 꽃에서는 리포터의 발현이 안껍질(palea)과 바깥껍질(lemma)에서만 약하게 검출되었고, 엽맥(vein)에서는 비교적 높은 발현을 보였다. GUS 활성은 수술(stamens)을 포함한 pOsTMT1 - GUS pOsTMT2-GUS 라인의 다른 내부 기관들에서는 관찰되지 않았다(도 8e 내지 8h). pOsTMT1 - GUS and pOsTMT2 - GUS In the roots of the lines, strong GUS activities were observed in the half cells of the vascular tissue (FIGS. 8C and 8D), whereas in flowers, the expression of the reporter was weakly detected only in the palea and lemma, and vein ) Showed relatively high expression. GUS activity was determined by pOsTMT1 - GUS including stamens And not in other internal organs of the pOsTMT2-GUS line (FIGS. 8E-8H).

pOsTMT1 - GUS pOsTMT2 - GUS 두 개의 형질전환 벼 라인 중 발달하고 있는 미성숙 종자들에서, GUS의 발현은 7-8 DAF 종자 껍질의 관조직에서 풍부하게 발견되었다(도 9a와 9b). OsTMT1OsTMT2의 발현을 더 조사하기 위해서, pOsTMT1 - GUS pOsTMT2-GUS 형질전환 벼 라인의 미성숙 종자들은 종단면 또는 횡단면으로 절단되었다. 5 DAF 미성숙 종자에서, OsTMT1OsTMT2는 등쪽(dorsal side)의 주관세포(main vascular cell)(도 9c와 9d)와 모계부분(maternal portion)의 nucellar projection, 크로스 세포층(cross cell layers) 그리고 튜브 세포층(tube cell layers)에서 높게 발현되었지만, 자계부(filial part)의 호분(aleurone) 또는 부호분(subaleurone) 세포에서는 발현되지 않았다(도 9e와 9f). 두 형질전환 라인에서 GUS 활성은 12-15 DAF 미성숙 종자의 등쪽(검은색 화살표)의 관조직에서 가장 높았다(도 9g와 9h). 주목할만한 점은, 이 미성숙 종자들의 배아에서 GUS 발현이 오직 pOsTMT2 - GUS 라인에서만 관찰되었다는 것이다(도 9h). pOsTMT1 - GUS Wow pOsTMT2 - GUS In immature seeds developing in two transgenic rice lines, expression of GUS was found abundantly in the tubular tissue of 7-8 DAF seed shells (FIGS. 9A and 9B). To further investigate the expression of OsTMT1 and OsTMT2 , pOsTMT1 - GUS And immature seeds of the pOsTMT2-GUS transgenic rice line were cut into longitudinal or transverse sections. In 5 DAF immature seeds, OsTMT1 and OsTMT2 are the dorsal side of the main vascular cells (FIGS. 9C and 9D) and nucellar projections of the maternal portion, cross cell layers and tube cell layers. It was highly expressed in (tube cell layers), but was not expressed in aleurone or subaleurone cells of the fibrous part (FIGS. 9E and 9F). GUS activity was highest in the dorsal (black arrow) dorsal tissue of 12-15 DAF immature seeds in both transformation lines (FIGS. 9G and 9H). Notably, the expression of GUS in the embryos of these immature seeds was only pOsTMT2 - GUS Only observed in line (FIG. 9H).

OsTMT2의 내인성 발현은 미성숙 벼 종자들의 인 시투 혼성화 연구에 의해 더 조사되었다. 이 실험들은 OsTMT2가 3 DAF 미성숙 종자들의 등쪽의 주 관다발 및 nucellar projection과 외피를 둘러싸는 옆쪽(lateral side)의 관유 조직에서 주로 발현된다는 것을 보여주었다(도 9i와 9j). 또한 5 DAF 미성숙 종자에서, OsTMT2 발현은 모계부(maternal part)의 옆쪽의 크로스 세포층과 튜브 세포층에서 관찰되었다(도 9k와 9l). 이는 먼저 실시한 RT-PCR의 결과들(도 6b) 및 GUS 발현의 조직화학 분석(도 9a 내지 9h)과 매우 일치하는 것이다.
Endogenous expression of OsTMT2 was further investigated by in situ hybridization studies of immature rice seeds. These experiments showed that OsTMT2 is expressed mainly in the dorsal bundle of dorsal and nucellar projections of the 3 DAF immature seeds and in the lateral flanking tissue surrounding the envelope (FIGS. 9I and 9J). Also in 5 DAF immature seeds, OsTMT2 expression was observed in the lateral cross cell layer and tube cell layer of the maternal part (FIGS. 9K and 9L). This is in good agreement with the results of the RT-PCR (FIG. 6B) and histochemical analysis of GUS expression (FIGS. 9A-9H) which were performed first.

실시예Example 5:  5: OsTMT1OsTMT1 을 발현하는 형질전환 애기장대 돌연변이체 Transgenic Arabidopsis mutants expressing tmt1tmt1 -2--2- 33 으로부터 From 분리된 액포를 사용하여  Using separated vacuoles 모노사카라이드Monosaccharides 수송의 분석 Analysis of transportation

효모 헥소스 트랜스포터(hexose transporter)-결핍 돌연변이체의 기능적 상보성(complementation)을 통해 TMT 패밀리에 속하는 당 트랜스포터의 활성을 보여주기 위한 실패한 몇몇 시도들이 이전에 있었다(Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). 유사하게, OsTMT1과 OsTMT2는 내인성 글루코스 트랜스포터가 결핍된 효모 돌연변이체 RE700A에서 글루코스 수송 활성을 보완하지 않는다는 것을 본 발명은 보여주었다. 저온 처리된 애기장대 tmt1 -2-3 트리플 넉아웃 돌연변이체로부터 분리된 액포로 글루코스의 흡수는 야생형 대조군보다 현저하게 더 낮다는 것이 이전의 보고에서 나타났다(Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). 따라서, 본 발명은 CaMV35S 프로모터-OsTMT1을 발현하는 형질전환 애기장대 tmt1 -2-3 라인들을 사용하여 OsTMT1에 대한 보충(complementation) 실험을 설계하였고, RT-PCR 분석에서 중등도(OsTMT1 - OX1) 또는 강한(OsTMT1 - OX2) 트랜스진(transgene) 발현을 가지는 두 개의 독립적 동형접합체(homozygous) 형질전환 라인들을 선별하였다(도 10a).Several failed attempts have been made to demonstrate the activity of sugar transporters belonging to the TMT family through functional complementation of yeast hexose transporter-deficient mutants (Wormit et al, 2006, Plant Cell). 18, 3476-3490). Similarly, the present invention has shown that OsTMT1 and OsTMT2 do not complement glucose transport activity in yeast mutant RE700A lacking an endogenous glucose transporter. Cold treated Arabidopsis tmt1 -2-3 triple knockout mutant in a separate body from the vacuole absorption of glucose is not significantly lower than wild type controls appeared in the previous report (Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). Accordingly, the present invention CaMV35S promoter-using transgenic Arabidopsis lines expressing tmt1 -2-3 OsTMT1 was designed replenishment (complementation) experiments on OsTMT1, Two independent homozygous transformation lines with moderate ( OsTMT1 - OX1 ) or strong ( OsTMT1 - OX2 ) transgene expression were selected in RT-PCR analysis (FIG. 10A).

tmt1 -2-3 돌연변이체 백그라운드에서 OsTMT1 발현이 tmt1 -2-3 돌연변이체 액포 내로 감소된 글루코스 수송 활성을 회복할 수 있는지를 결정하기 위해서, 본 발명은 야생형, tmt1 -2-3 그리고 OsTMT1 형질전환 식물들로부터 엽육 액포를 분리하였다. 글루코스 흡수율은 tmt1 -2-3에서 매우 낮았고(0.5 pmolμL-1 액포 min-1, R2=0.364), 애기장대 야생형 식물에서 상당히 높았다(2.4 pmol μL-1 액포 min-1, R2=0.75)(도 10b). 이는 tmt1 -2-3 돌연변이 라인이 액포 내로 글루코스를 수송하는 능력이 현저하게 감소하였다는 것을 보여주는 이전의 데이터와 일치한다(Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). 중요하게도, OsTMT1 - OX1OsTMT1 - OX2 식물들의 액포는 야생형 애기장대에서 관찰된 것(OsTMT1 - OX1 OsTMT1-OX2에 대해, 각각 3.0 pmol μL-1 액포 min-1, R2=0.766 과 4.0 pmol μL-1 액포 min-1, R2=0.979) 보다 훨씬 더 높은 수송 활성을 나타내었다. 또한 가장 높은 OsTMT1의 발현을 보이는 OsTMT1 - OX2 라인의 액포 내로 글루코스의 흡수는 중등도의 OsTMT1의 발현을 보이는 OsTMT1 - OX1 식물보다 현저하게 더 높다는 것은 주목할 만하다(도 10b). 이 결과는 AtTMTs와 유사한 방법으로, 벼에서 OsTMTs가 모노사카라이드 당을 액포 내로 수송한다는 것을 강하게 제안한다. tmt1 -2-3 to determine whether the OsTMT1 expressed in mutant background to recover the glucose transport activity decreased within tmt1 -2-3 mutant vacuole, the present invention is a wild type, transgenic tmt1 -2-3 and OsTMT1 The foliar vacuoles were separated from the plants. Glucose absorption is very low (0.5 pmolμL -1 vacuoles in tmt1 -2-3 min -1 , R 2 = 0.364), which was significantly higher in Arabidopsis wild-type plants (2.4 pmol μL -1 vacuoles) min −1 , R 2 = 0.75) (FIG. 10B). This is consistent with previous data showing that the tmt1 -2-3 mutant line is the ability to transport glucose into the vacuoles were markedly lower (Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). Importantly, OsTMT1 - OX1 and OsTMT1 - OX2 Vegetation vacuoles were observed in wild-type Arabidopsis ( OsTMT1 - OX1) For and OsTMT1-OX2 , respectively 3.0 pmol μL -1 vacuole min -1 , R 2 = 0.766 and 4.0 pmol μL -1 vacuoles min −1 , R 2 = 0.979). Also look for the highest expression of OsTMT1 OsTMT1 - OX2 Absorption of glucose into vacuoles of the line shows OsTMT1 - OX1 showing moderate expression of OsTMT1 It is noteworthy that it is significantly higher than plants (FIG. 10B). These results strongly suggest that OsTMTs transport monosaccharide sugars into vacuoles in rice in a manner similar to AtTMTs.

액포 글루코스 수송은 애기장대에서 저온 인큐베이션 동안 강하게 과발현된다는 것이 이전에 보고되었다(Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). OsTMT1을 발현하는 형질전환 tmt1 -2-3 돌연변이 라인에서 당 함량이 저온 스트레스 조건하에 야생형 수준으로 복구되는지를 조사하기 위해, 야생형, tmt1 -2-3, 그리고 OsTMT1 형질전환 애기장대 식물들이 저온 챔버(9℃)로 옮겨졌고, 24시간 동안 빛을 계속 주면서 인큐베이션 되었다. 저온처리한 야생형 식물에서, 글루코스, 프룩토스 그리고 수크로스는 고농도로 축적된 것이 발견되었다(각각 7.18, 4.41 그리고 9.50 μmol g fresh weight (fw)-1, 도 10c). 그러나, tmt1 -2-3 돌연변이 애기장대 식물은 야생형과 비교했을때 현저하게 더 낮은 헥소스 수준을 함유한다. 대조적으로, OsTMT1을 발현하는 형질전환 tmt1 -2-3 라인은 tmt1 -2-3 돌연변이 식물과 비교했을 때 저온 처리 24시간에 걸쳐 증가된 헥소스 수준을 보여주었다. 또한 OsTMT1 - OX2 라인은 야생형과 유사한 수준에서 글루코스와 프룩토스를 함유하였다. 저온 스트레스하에서 OsTMT1을 발현하는 형질전환 tmt1 -2-3 돌연변이 식물에서 헥소스 수준의 유의적인 증가는 tmt1 -2-3 돌연변이체에서 OsTMT1AtTMT 유전자의 역할을 복구할 수 있다는 증거를 더 지지한다. It has previously been reported that vacuole glucose transport is strongly overexpressed during cold incubation in Arabidopsis (Wormit et al, 2006, Plant Cell 18, 3476-3490). For transformants expressing OsTMT1 tmt1 to investigate whether the content is restored to wild type levels under cold stress conditions at -2 per mutant lines, the wild-type, tmt1 -2, and OsTMT1 transgenic Arabidopsis plants low-temperature chamber ( 9 ° C.) and incubated for 24 hours with continuous light. In cold-treated wild type plants, glucose, fructose and sucrose were found to accumulate at high concentrations (7.18, 4.41 and 9.50 μmol g fresh weight (fw) −1 , FIG. 10C, respectively). However, tmt1 -2-3 mutant Arabidopsis plants it is significantly further contains a low-hexyl source level compared to the wild type. In contrast, the transgenic lines expressing tmt1 -2-3 OsTMT1 showed a hexyl source level increases over a low temperature process as compared to 24 hours tmt1 -2-3 mutant plants. The OsTMT1 - OX 2 line also contained glucose and fructose at levels similar to the wild type. Transgenic tmt1 -2-3 of hexyl source level in mutant plants significantly increased expressing OsTMT1 under cold stress supports the evidence that the in OsTMT1 tmt1 -2-3 mutants can recover the role of the gene AtTMT more.

<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> OsTMT2 gene involved in vacuolar sugar transport from rice <130> PN10017 <160> 26 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 2597 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 aagaggtgga agaagaggga tcggagaggg gtgaagatgt cgggtgctgc tctcgtcgca 60 atcgcggcct ccatcggcaa cctgctgcag ggatgggaca atgccaccat tgcaggtgct 120 gtactataca taaagaagga attcaagcta gaaagtgagc ccactgtgga ggggctaatc 180 gtggccatgt cactgattgg tgcaaccatc atcacaacat tctcagggcc ggtatcagac 240 tggatcggcc ggcgccctat gctcattctc tcttcaattc tctacttcct cagcagcctc 300 atcatgctat ggtccccgaa tgtctatgtg ttactgctcg cacgccttat agatggattc 360 ggcatcggct tggctgtcac acttgtacct ttgtacatct cagagacagc tccttcagag 420 atcaggggtt tgctgaatac actgccacag ttcagtgggt caggagggat gttcttgtcc 480 tactgcatgg tgtttgggat gtcactgttg ccgtcacctg actggagaat tatgcttggt 540 gttctcgcaa tcccttcgtt gtttttcttc ggattgacaa tattctatct gccagaatca 600 ccaagatggc ttgtcagcaa agggcggatg gctgaggcaa agaaggtatt acaaaaatta 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Ser Gly Ser Gly Gly 130 135 140 Met Phe Leu Ser Tyr Cys Met Val Phe Gly Met Ser Leu Leu Pro Ser 145 150 155 160 Pro Asp Trp Arg Ile Met Leu Gly Val Leu Ala Ile Pro Ser Leu Phe 165 170 175 Phe Phe Gly Leu Thr Ile Phe Tyr Leu Pro Glu Ser Pro Arg Trp Leu 180 185 190 Val Ser Lys Gly Arg Met Ala Glu Ala Lys Lys Val Leu Gln Lys Leu 195 200 205 Arg Gly Arg Glu Asp Val Ser Gly Glu Met Ala Leu Leu Val Glu Gly 210 215 220 Leu Glu Val Gly Ala Asp Thr Ser Ile Glu Glu Tyr Ile Ile Gly Pro 225 230 235 240 Ala Ile Glu Pro Ala Asp Glu His Val Val Asp Gly Asp Lys Asp Gln 245 250 255 Ile Thr Leu Tyr Gly Pro Glu Glu Gly Gln Ser Trp Ile Ala Arg Pro 260 265 270 Ser Lys Gly Pro Ser Ile Leu Gly Ser Val Leu Ser Leu Thr Ser Arg 275 280 285 His Gly Ser Met Val Asn Gln Ser Val Pro Leu Met Asp Pro Ile Val 290 295 300 Thr Leu Phe Gly Ser Val His Glu Asn Met Pro His Ala Gly Gly Ser 305 310 315 320 Met Arg Ser Thr Leu Phe Pro Asn Phe Gly Ser Met Phe Ser Val Thr 325 330 335 Asp Gln His Pro Lys Val Asp Gln Trp Asp Glu Glu Asn Leu His Arg 340 345 350 Asp Asp Glu Glu Tyr Ala Ser Asp Gly Ala Gly Gly Asp Tyr Glu Asp 355 360 365 Asn Val His Ser Pro Leu Leu Ser Arg Gln Thr Thr Ser Ala Glu Gly 370 375 380 Lys Asp Ile Ala His His Ala His Arg Gly Ser Ala Leu Ser Met Arg 385 390 395 400 Arg Arg Ser Leu Leu Glu Glu Gly Gly Glu Ala Val Ser Ser Thr Gly 405 410 415 Ile Gly Gly Gly Trp Gln Leu Ala Trp Lys Trp Ser Glu Arg Glu Gly 420 425 430 Glu Asp Gly Lys Lys Glu Gly Gly Phe Lys Arg Ile Tyr Leu His Gln 435 440 445 Glu Glu Val Pro Gly Ser Arg Arg Gly Ser Val Ile Ser Leu Pro Gly 450 455 460 Gly Gly Asp Ala Pro Glu Gly Ser Glu Phe Ile His Ala Ala Ala Leu 465 470 475 480 Val Ser Gln Pro Ala Leu Tyr Ser Lys Asp Ile Ile Glu Gln Arg Met 485 490 495 Ser Gly Pro Ala Met Ile His Pro Ser Glu Ala Ala Ala Lys Gly Ser 500 505 510 Ser Trp Lys Asp Leu Phe Glu Pro Gly Val Arg Arg Ala Leu Leu Val 515 520 525 Gly Val Gly Ile Gln Ile Leu Gln Gln Phe Ala Gly Ile Asn Gly Val 530 535 540 Leu Tyr Tyr Thr Pro Gln Ile Leu Glu Gln Ala Gly Val Ala Val Leu 545 550 555 560 Leu Ser Asn Leu Gly Leu Ser Ser Ala Ser Ala Ser Ile Leu Ile Ser 565 570 575 Ser Leu Thr Thr Leu Leu Met Leu Pro Ser Ile Gly Leu Ala Met Arg 580 585 590 Leu Met Asp Ile Ser Gly Arg Arg Phe Leu Leu Leu Gly Thr Ile Pro 595 600 605 Val Leu Ile Ala Ser Leu Val Val Leu Val Val Ser Asn Val Ile Asp 610 615 620 Leu Gly Thr Val Ala His Ala Ala Leu Ser Thr Ile Ser Val Ile Ile 625 630 635 640 Tyr Phe Cys Cys Phe Val Met Gly Phe Gly Pro Ile Pro Asn Ile Leu 645 650 655 Cys Ala Glu Ile Phe Pro Thr Arg Val Arg Gly Ile Cys Ile Ala Ile 660 665 670 Cys Ala Leu Thr Phe Trp Ile Gly Asp Ile Ile Val Thr Tyr Ser Leu 675 680 685 Pro Val Met Leu Asn Ala Ile Gly Leu Ala Gly Val Phe Gly Ile Tyr 690 695 700 Ala Val Val Cys Ser Ile Ala Phe Val Phe Val Phe Leu Lys Val Pro 705 710 715 720 Glu Thr Lys Gly Met Pro Leu Glu Val Ile Thr Glu Phe Phe Ala Val 725 730 735 Gly Ala Lys Gln Met Gln Ala Thr Lys Ala 740 745 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 3 aaatctcccc taaaagcttc c 21 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 4 gaactagtac tcggctatgc taa 23 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 5 aagaggtgga agaagaggga t 21 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 6 tattatgaac cccaacatag tagc 24 <210> 7 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 7 gctctagact tggtggtaag attcgccg 28 <210> 8 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 8 ccctcgagag tcctccttgg cctgctttgc 30 <210> 9 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 9 gctctagagg ggtgaagatg tcgggtgct 29 <210> 10 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 10 ccctcgagag gcctttgtag cctgcatttg 30 <210> 11 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 11 ccctcgagaa acctaaactt gaaatgtgct a 31 <210> 12 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 12 cgcctaggcg aatcttacca ctgcacaaga a 31 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 13 gcgtcgacat cgtgattctt tctttcaaac 30 <210> 14 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 14 gctctagact tcacccctct ccgatccc 28 <210> 15 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 15 gaagtcatca ccgagttctt c 21 <210> 16 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 16 tacagggaga agaattccaa a 21 <210> 17 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 17 gtctttggta tatacgcagt tgtt 24 <210> 18 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 18 agtggacatg aataacatga aaat 24 <210> 19 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsGBSSII forward primer <400> 19 taggtgtcac tgaatggcta gaac 24 <210> 20 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsGBSSII reverse primer <400> 20 tggcccacat ctctaagtaa catc 24 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Act1 forward primer <400> 21 ggaactggta tggtcaaggc 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Act1 reverse primer <400> 22 agtctcatgg atacccgcag 20 <210> 23 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsUBQ5 forward primer <400> 23 gactacaaca tccagaagga gtc 23 <210> 24 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsUBQ5 reverse primer <400> 24 tcatctaata accagttcga tttc 24 <210> 25 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> UBQ forward primer <400> 25 gtggtgctaa gaagaggaag a 21 <210> 26 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> UBQ reverse primer <400> 26 tcaagcttca acttcttctt t 21 <110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> OsTMT2 gene involved in vacuolar sugar transport from rice <130> PN10017 <160> 26 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 2597 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 aagaggtgga agaagaggga tcggagaggg gtgaagatgt cgggtgctgc tctcgtcgca 60 atcgcggcct ccatcggcaa cctgctgcag ggatgggaca atgccaccat tgcaggtgct 120 gtactataca taaagaagga attcaagcta gaaagtgagc ccactgtgga ggggctaatc 180 gtggccatgt cactgattgg tgcaaccatc atcacaacat tctcagggcc ggtatcagac 240 tggatcggcc ggcgccctat gctcattctc tcttcaattc tctacttcct cagcagcctc 300 atcatgctat ggtccccgaa tgtctatgtg ttactgctcg cacgccttat agatggattc 360 ggcatcggct tggctgtcac acttgtacct ttgtacatct cagagacagc tccttcagag 420 atcaggggtt tgctgaatac actgccacag ttcagtgggt caggagggat gttcttgtcc 480 tactgcatgg tgtttgggat gtcactgttg ccgtcacctg actggagaat tatgcttggt 540 gttctcgcaa tcccttcgtt gtttttcttc ggattgacaa tattctatct gccagaatca 600 ccaagatggc ttgtcagcaa agggcggatg gctgaggcaa agaaggtatt acaaaaatta 660 cgtgggagag aggatgtctc aggagaaatg gctcttcttg ttgaaggttt ggaggttgga 720 gctgacactt ccattgaaga gtacatcatc ggaccggcta tagagccagc tgatgagcat 780 gttgttgatg gcgataagga ccaaataaca ctgtacgggc ctgaagaggg ccaatcatgg 840 attgctcgac cttccaaggg acccagcatt cttggaagtg tgctttctct tacatctcgt 900 catggcagca tggtgaacca gagcgtgcca cttatggatc ctatagtcac gcttttcggc 960 agtgtccatg agaacatgcc tcatgctgga ggaagcatgc ggagtacatt gtttcccaac 1020 tttggtagta tgtttagtgt gacagatcag caccccaagg ttgatcaatg ggatgaggag 1080 aaccttcata gggatgatga ggaatacgcg tctgatggtg ctggaggtga ctatgaagac 1140 aatgtccaca gcccgttgct gtcccgacag accacgagcg cagaagggaa ggacattgca 1200 caccatgctc atcgtggaag tgctctgagt atgagaagaa gaagcctctt ggaagagggt 1260 ggcgaggcgg tgagcagcac tggcattggt gggggatggc agcttgcatg gaaatggtca 1320 gagcgagaag gcgaggatgg taagaaggaa ggaggattta aaaggatcta cttgcaccaa 1380 gaggaagtgc caggatcaag aaggggctca gttatttcac ttcctggtgg aggggacgct 1440 cctgaaggca gcgaattcat acatgctgcc gctttggtaa gccaaccagc actttactcc 1500 aaggatatca ttgaacagcg tatgtccggt ccagccatga ttcatccatc agaggcagct 1560 gccaaaggtt caagctggaa agatttgttt gaacctggag tgaggcgtgc gttgttagtc 1620 ggtgttggaa ttcaaatcct tcaacagttt gctggaataa atggggttct ctattacact 1680 ccacaaatac ttgagcaagc gggggtggca gttctccttt ccaatcttgg cctcagttca 1740 gcatcagctt ccatcttgat cagttctctg accaccctac tgatgcttcc tagcattggt 1800 ttagccatga gacttatgga catctctgga agaaggtttc tgcttctggg cacaattcca 1860 gtcttgatag catctctagt tgtcttggtt gtgtccaatg ttatcgacct gggtacagtg 1920 gcccacgccg cactctccac aatcagcgtc atcatctact tctgctgctt cgtcatggga 1980 ttcggtccga tccccaacat tctgtgtgcg gagatcttcc ccactagggt ccgcggcatc 2040 tgcattgcca tctgcgccct gacattctgg attggtgata tcatagtcac ctacagcctc 2100 cctgtgatgc tgaatgccat cggcctagca ggtgtctttg gtatatacgc agttgtttgc 2160 tcgattgcct tcgtgttcgt cttcctcaag gtccccgaga cgaagggcat gccgctcgaa 2220 gtcatcaccg agttcttcgc tgttggtgca aagcaaatgc aggctacaaa ggcctaattc 2280 ttcagcaact ctgctttcaa tctttatata acactgtaaa ttggaatctg caagatcaca 2340 ccatgaggct ggaggagctt tttgagttgt aaatgagaga agaggattgc tattcatgct 2400 ccttatgcaa gggaaaagag ttcattactg gcacagggca gctgtaaagt aggaaatttt 2460 catgttattc atgtccactt cttgtttatt tagtactgtg ttaggtaatg ttgttattca 2520 tcagtagttg ctgctaggga tgttcaaaaa taagcttgct aatctgattt tgagctacta 2580 tgttggggtt cataata 2597 <210> 2 <211> 746 <212> PRT <213> Oryza sativa <400> 2 Met Ser Gly Ala Ala Leu Val Ala Ile Ala Ala Ser Ile Gly Asn Leu   1 5 10 15 Leu Gln Gly Trp Asp Asn Ala Thr Ile Ala Gly Ala Val Leu Tyr Ile              20 25 30 Lys Lys Glu Phe Lys Leu Glu Ser Glu Pro Thr Val Glu Gly Leu Ile          35 40 45 Val Ala Met Ser Leu Ile Gly Ala Thr Ile Ile Thr Thr Phe Ser Gly      50 55 60 Pro Val Ser Asp Trp Ile Gly Arg Arg Pro Met Leu Ile Leu Ser Ser  65 70 75 80 Ile Leu Tyr Phe Leu Ser Ser Leu Ile Met Leu Trp Ser Pro Asn Val                  85 90 95 Tyr Val Leu Leu Leu Ala Arg Leu Ile Asp Gly Phe Gly Ile Gly Leu             100 105 110 Ala Val Thr Leu Val Pro Leu Tyr Ile Ser Glu Thr Ala Pro Ser Glu         115 120 125 Ile Arg Gly Leu Leu Asn Thr Leu Pro Gln Phe Ser Gly Ser Gly Gly     130 135 140 Met Phe Leu Ser Tyr Cys Met Val Phe Gly Met Ser Leu Leu Pro Ser 145 150 155 160 Pro Asp Trp Arg Ile Met Leu Gly Val Leu Ala Ile Pro Ser Leu Phe                 165 170 175 Phe Phe Gly Leu Thr Ile Phe Tyr Leu Pro Glu Ser Pro Arg Trp Leu             180 185 190 Val Ser Lys Gly Arg Met Ala Glu Ala Lys Lys Val Leu Gln Lys Leu         195 200 205 Arg Gly Arg Glu Asp Val Ser Gly Glu Met Ala Leu Leu Val Glu Gly     210 215 220 Leu Glu Val Gly Ala Asp Thr Ser Ile Glu Glu Tyr Ile Ile Gly Pro 225 230 235 240 Ala Ile Glu Pro Ala Asp Glu His Val Val Asp Gly Asp Lys Asp Gln                 245 250 255 Ile Thr Leu Tyr Gly Pro Glu Glu Gly Gln Ser Trp Ile Ala Arg Pro             260 265 270 Ser Lys Gly Pro Ser Ile Leu Gly Ser Val Leu Ser Leu Thr Ser Arg         275 280 285 His Gly Ser Met Val Asn Gln Ser Val Pro Leu Met Asp Pro Ile Val     290 295 300 Thr Leu Phe Gly Ser Val His Glu Asn Met Pro His Ala Gly Gly Ser 305 310 315 320 Met Arg Ser Thr Leu Phe Pro Asn Phe Gly Ser Met Phe Ser Val Thr                 325 330 335 Asp Gln His Pro Lys Val Asp Gln Trp Asp Glu Glu Asn Leu His Arg             340 345 350 Asp Asp Glu Glu Tyr Ala Ser Asp Gly Ala Gly Gly Asp Tyr Glu Asp         355 360 365 Asn Val His Ser Pro Leu Leu Ser Arg Gln Thr Thr Ser Ala Glu Gly     370 375 380 Lys Asp Ile Ala His His Ala His Arg Gly Ser Ala Leu Ser Met Arg 385 390 395 400 Arg Arg Ser Leu Leu Glu Glu Gly Gly Glu Ala Val Ser Ser Thr Gly                 405 410 415 Ile Gly Gly Gly Trp Gln Leu Ala Trp Lys Trp Ser Glu Arg Glu Gly             420 425 430 Glu Asp Gly Lys Lys Glu Gly Gly Phe Lys Arg Ile Tyr Leu His Gln         435 440 445 Glu Glu Val Pro Gly Ser Arg Arg Gly Ser Val Ile Ser Leu Pro Gly     450 455 460 Gly Gly Asp Ala Pro Glu Gly Ser Glu Phe Ile His Ala Ala Ala Leu 465 470 475 480 Val Ser Gln Pro Ala Leu Tyr Ser Lys Asp Ile Ile Glu Gln Arg Met                 485 490 495 Ser Gly Pro Ala Met Ile His Pro Ser Glu Ala Ala Ala Lys Gly Ser             500 505 510 Ser Trp Lys Asp Leu Phe Glu Pro Gly Val Arg Arg Ala Leu Leu Val         515 520 525 Gly Val Gly Ile Gln Ile Leu Gln Gln Phe Ala Gly Ile Asn Gly Val     530 535 540 Leu Tyr Tyr Thr Pro Gln Ile Leu Glu Gln Ala Gly Val Ala Val Leu 545 550 555 560 Leu Ser Asn Leu Gly Leu Ser Ser Ala Ser Ala Ser Ile Leu Ile Ser                 565 570 575 Ser Leu Thr Thr Leu Leu Met Leu Pro Ser Ile Gly Leu Ala Met Arg             580 585 590 Leu Met Asp Ile Ser Gly Arg Arg Phe Leu Leu Leu Gly Thr Ile Pro         595 600 605 Val Leu Ile Ala Ser Leu Val Val Leu Val Val Ser Asn Val Ile Asp     610 615 620 Leu Gly Thr Val Ala His Ala Ala Leu Ser Thr Ile Ser Val Ile Ile 625 630 635 640 Tyr Phe Cys Cys Phe Val Met Gly Phe Gly Pro Ile Pro Asn Ile Leu                 645 650 655 Cys Ala Glu Ile Phe Pro Thr Arg Val Arg Gly Ile Cys Ile Ala Ile             660 665 670 Cys Ala Leu Thr Phe Trp Ile Gly Asp Ile Ile Val Thr Tyr Ser Leu         675 680 685 Pro Val Met Leu Asn Ala Ile Gly Leu Ala Gly Val Phe Gly Ile Tyr     690 695 700 Ala Val Val Cys Ser Ile Ala Phe Val Phe Val Phe Leu Lys Val Pro 705 710 715 720 Glu Thr Lys Gly Met Pro Leu Glu Val Ile Thr Glu Phe Phe Ala Val                 725 730 735 Gly Ala Lys Gln Met Gln Ala Thr Lys Ala             740 745 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 3 aaatctcccc taaaagcttc c 21 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 4 gaactagtac tcggctatgc taa 23 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 5 aagaggtgga agaagaggga t 21 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 6 tattatgaac cccaacatag tagc 24 <210> 7 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 7 gctctagact tggtggtaag attcgccg 28 <210> 8 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 8 ccctcgagag tcctccttgg cctgctttgc 30 <210> 9 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 9 gctctagagg ggtgaagatg tcgggtgct 29 <210> 10 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 10 ccctcgagag gcctttgtag cctgcatttg 30 <210> 11 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 11 ccctcgagaa acctaaactt gaaatgtgct a 31 <210> 12 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 12 cgcctaggcg aatcttacca ctgcacaaga a 31 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 13 gcgtcgacat cgtgattctt tctttcaaac 30 <210> 14 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 14 gctctagact tcacccctct ccgatccc 28 <210> 15 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 forward primer <400> 15 gaagtcatca ccgagttctt c 21 <210> 16 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT1 reverse primer <400> 16 tacagggaga agaattccaa a 21 <210> 17 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 forward primer <400> 17 gtctttggta tatacgcagt tgtt 24 <210> 18 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsTMT2 reverse primer <400> 18 agtggacatg aataacatga aaat 24 <210> 19 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsGBSSII forward primer <400> 19 taggtgtcac tgaatggcta gaac 24 <210> 20 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsGBSSII reverse primer <400> 20 tggcccacat ctctaagtaa catc 24 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Act1 forward primer <400> 21 ggaactggta tggtcaaggc 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Act1 reverse primer <400> 22 agtctcatgg atacccgcag 20 <210> 23 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsUBQ5 forward primer <400> 23 gactacaaca tccagaagga gtc 23 <210> 24 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OsUBQ5 reverse primer <400> 24 tcatctaata accagttcga tttc 24 <210> 25 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> 223 UBQ forward primer <400> 25 gtggtgctaa gaagaggaag a 21 <210> 26 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> 223 UBQ reverse primer <400> 26 tcaagcttca acttcttctt t 21

Claims (10)

서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열로 이루어진, 당의 액포 내 수송에 관여하는 벼 유래의 OsTMT2(Oryza sativa tonoplast monosaccharide transporter 2) 단백질.OsTMT2 ( Oryza derived from rice) involved in the transport of sugars in the vacuoles of sugars, consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 sativa tonoplast monosaccharide transporter 2) protein. 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자. Gene encoding the protein of claim 1. 제2항에 있어서, 상기 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 유전자. The gene according to claim 2, wherein the gene consists of a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1. 제2항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터. A recombinant vector comprising the gene of claim 2. 제4항의 재조합 벡터로 형질전환된 식물체. Plant transformed with the recombinant vector of claim 4. 제5항에 있어서, 상기 식물체는 벼 또는 애기장대인 것을 특징으로 하는 형질전환된 식물체.6. The transformed plant of claim 5, wherein the plant is rice or Arabidopsis. 제5항의 형질전환된 식물체의 종자.Seed of the transformed plant of claim 5. 제4항의 재조합 벡터로 식물체를 형질전환시켜 OsTMT2 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 액포 내로 당 수송을 증가시키는 방법.A method of increasing sugar transport into a vacuole, comprising overexpressing an OsTMT2 gene by transforming a plant with the recombinant vector of claim 4. 제8항의 방법에 의해 제조된 액포 내에 당이 증가된 식물체.Plants with increased sugar in vacuoles produced by the method of claim 8. 제2항의 유전자를 포함하는, 식물체의 액포 내로 당 수송을 증가시키기 위한 조성물.A composition for increasing sugar transport into a vacuole of a plant, comprising the gene of claim 2.
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