KR20110105969A - Ibmt2 gene from ipomoea batatas and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고구마(Ipomoea batatas L. cv Yulmi) 유래의 중금속 내성 관련 IbMT2(Ipomoea batatas metallothionein 2) 단백질, 상기 단백질을 코딩하는 유전자, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포, 상기 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 식물의 중금속 내성을 증진시키는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 중금속 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자, 상기 재조합 벡터를 이용한 중금속 내성 형질전환 식물체의 제조 방법 및 상기 유전자를 포함하는 식물의 중금속 내성을 증진시키기 위한 조성물에 관한 것이다.The present invention is sweet potato ( Ipomoea batatas IbMT2 ( Ipomoea batatas ) Related to Heavy Metal Resistance from L. cv Yulmi) metallothionein 2) a protein, a gene encoding the protein, a recombinant vector comprising the gene, a host cell transformed with the recombinant vector, a method for enhancing heavy metal resistance of a plant by transforming the recombinant vector into a plant cell, the The present invention relates to a transformed plant having enhanced heavy metal resistance and a seed produced by the method, a method for producing a heavy metal resistant transformed plant using the recombinant vector, and a composition for enhancing heavy metal resistance of a plant comprising the gene.

Description

고구마 유래의 IbMT2 유전자 및 이의 용도{IbMT2 gene from Ipomoea batatas and uses thereof}IbMT2 gene from Ipomoea batatas and uses approximately}

본 발명은 고구마 유래의 IbMT2 단백질 및 이를 코딩하는 유전자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고구마(Ipomoea batatas L. cv Yulmi) 유래의 중금속 내성 관련 IbMT2(Ipomoea batatas metallothionein 2) 단백질, 상기 단백질을 코딩하는 유전자, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포, 상기 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 식물의 중금속 내성을 증진시키는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 중금속 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자, 상기 재조합 벡터를 이용한 중금속 내성 형질전환 식물체의 제조 방법 및 상기 유전자를 포함하는 식물의 중금속 내성을 증진시키기 위한 조성물에 관한 것이다. The present invention is IbMT2 derived from sweet potatoes The present invention relates to a protein and a gene encoding the same, and more particularly, to sweet potato ( Ipomoea) batatas IbMT2 ( Ipomoea ) Related to Heavy Metal Resistance from L. cv Yulmi) batatas metallothionein 2) a protein, a gene encoding the protein, a recombinant vector comprising the gene, a host cell transformed with the recombinant vector, a method for enhancing heavy metal resistance of a plant by transforming the recombinant vector into a plant cell, the The present invention relates to a transformed plant having enhanced heavy metal resistance and a seed produced by the method, a method for producing a heavy metal resistant transformed plant using the recombinant vector, and a composition for enhancing heavy metal resistance of a plant comprising the gene.

식물은 중금속이나 병원균의 감염, 상처 등 다양한 스트레스에 노출되었을 때 뿐만 아니라 정상적인 호흡과 광합성 기작을 통해서도 산화 스트레스를 받는다(Apel et al, 2004, Annu Rev Plant Biol 53, 373-399). 산화 스트레스는 거의 모든 스트레스 반응에서 공통적으로 나타나는 과정이다. 산소는 호기성 생물의 생존에 필수적인 분자이지만 반응에 따라서는 치명적인 유해분자로 변할 수 있다. 여기된 상태의 산소에 전자가 추가되어 화학반응 속도가 빠르게 된 분자를 활성산소종이라 하며 여기에는 싱글렛 산소(singlet oxygen), 수퍼옥사이드(superoxide), 과산화수소(hydrogen peroxide) 및 히드록실 라디칼(hydroxyl radicals) 등이 있다. 특히 엽록체는 식물에서 광합성이 일어나는 세포 내 소기관으로 에너지 획득을 위한 고 에너지 전자 전달계의 존재와 활성산소의 대량 생산으로 인해 항상 높은 산화 스트레스 조건으로 생각되어 진다.Plants are subjected to oxidative stress not only when exposed to various stresses such as infections or wounds of heavy metals or pathogens, but also through normal respiration and photosynthetic mechanisms (Apel et al, 2004, Annu Rev Plant Biol 53, 373-399). Oxidative stress is a common process in almost all stress responses. Oxygen is an essential molecule for the aerobic survival, but depending on the reaction, it can turn into a deadly harmful molecule. Molecules in which the electrons are added to the excited oxygen to speed up the chemical reaction are called reactive oxygen species. These include singlet oxygen, superoxide, hydrogen peroxide, and hydroxyl radicals. radicals). In particular, chloroplasts are intracellular organelles in which photosynthesis occurs in plants and is always considered to be a high oxidative stress condition due to the presence of a high energy electron transport system for energy acquisition and mass production of free radicals.

따라서 식물은 이러한 산화 스트레스에 대항하기 위한 다양한 항산화 시스템을 가지고 있다. 식물이 가지고 있는 항산화 물질에는 토코페롤(tocopherol), 아스코르빈산(ascorbic acid), 카로티노이드(carotenoid) 및 플라보노이드(flavonoid) 등이 있으며, 항산화 효소로서는 SOD (superoxide dismutase), APX(ascorbrate peroxidase) 및 카탈라제(Catalase) 등 기타 여러 가지 환원효소(reductase)들이 알려져 있다. 그러나 이러한 자체 항산화 기작에도 불구하고 비정상적인 조건에서 유입되는 산화 스트레스들을 무독화하는 데는 한계가 있다(Lee et al, 2004, Plant Mol Biol 54, 805-815). Therefore, plants have various antioxidant systems to combat this oxidative stress. Plant antioxidants include tocopherol, ascorbic acid, carotenoids and flavonoids, and antioxidant enzymes include superoxide dismutase (SOD), ascorbrate peroxidase (APX), and catalase ( Catalase) and many other reductases are known. However, despite its own antioxidant mechanisms, there is a limit in detoxifying oxidative stresses introduced under abnormal conditions (Lee et al, 2004, Plant Mol Biol 54, 805-815).

메탈로티오네인(metallothioneins; MTs)은 낮은 분자량(<10 kDa)의 시스테인(Cys)-풍부 단백질로서 중금속과 결합할 수 있다(Hamer, 1986, Annu Rev Biochem 55, 913-951; Robinson et al, 1993, Biochem J 295, 1-10). 이 단백질은 곰팡이, 식물, 시아노박테리아(cyanobacteria) 및 포유동물에 이르기까지 다양한 생물체에 폭넓게 분포하며, 세포 내에서는 금속이온의 항상성 및 중금속의 무독화에 관여한다(Cobbett and Goldsbrough, 2002, Annu Rev Plant Biol 53, 159-182). 식물 메탈로티오네인 유전자의 발현은 일차적으로 금속이온에 의해 조절되고, 다른 요인으로는 염분 스트레스, 앱시스산, 수크로스 결핍(sucrose starvation), 열충격(heat shock), 상처 및 바이러스의 감염 등과 같은 스트레스에 영향을 받는다(Haq et al, 2003, Mutation Research 533, 211-226). 식물 메탈로티오네인은 아미노산 서열에 기초하여 클래스 I, 클래스 II 및 클래스 III의 3가지로 분류된다(Rauser, 1999, Cell Biochem Biophys 31, 19-48).Metallothioneins (MTs) are low molecular weight (<10 kDa) cysteine (Cys) -rich proteins that can bind heavy metals (Hamer, 1986, Annu Rev Biochem 55, 913-951; Robinson et al, 1993, Biochem J 295, 1-10). This protein is widely distributed in a wide variety of organisms, from fungi, plants, cyanobacteria and mammals, and is involved in homeostasis of metal ions and detoxification of heavy metals in cells (Cobbett and Goldsbrough, 2002, Annu Rev). Plant Biol 53, 159-182). Expression of the plant metallothionein gene is primarily regulated by metal ions, and other factors include stress such as salinity stress, abscis acid, sucrose starvation, heat shock, wounds and viral infections. (Haq et al, 2003, Mutation Research 533, 211-226). Plant metallothionein is classified into three classes, Class I, Class II and Class III, based on the amino acid sequence (Rauser, 1999, Cell Biochem Biophys 31, 19-48).

클래스 I 메탈로티오네인은 중앙의 Cys-free 스페이서(spacer)에 의해 분리된 두 개의 Cys-풍부 도메인을 가지며, 또한 아미노산과 COOH 도메인에서의 시스테인 잔기의 배열에 따라 4가지 형(type)으로 나뉜다(Yu et al, 1998, Gene 206, 29-35). 제1형(Type 1) 메탈로티오네인은 두 개의 말단 도메인에 특이적인 Cys-Xaa-Cys 모티프(motif)를 갖는다. 제2형 메탈로티오네인은 N-말단 도메인 안쪽에 Cys-Cys 및 2개의 Cys-X-Cys, Cys-X-X-Cys 모티프를 통한 8개의 보존된 시스테인 잔기를 가지며, C-말단 도메인 역시 6개의 Cys-X-Cys가 고도로 보존되어 있다. 제3형 메탈로티오네인은 전형적인 특징으로 N-말단에 4개의 보존된 시스테인 잔기를 가진다. 제4형 메탈로티오네인은 종자에서 특이적으로 발현한다.Class I metallothionein has two Cys-rich domains separated by a central Cys-free spacer, and is divided into four types depending on the arrangement of cysteine residues in amino acids and COOH domains. (Yu et al, 1998, Gene 206, 29-35). Type 1 metallothionein has a Cys-Xaa-Cys motif specific to two terminal domains. Type 2 metallothionein has eight conserved cysteine residues through Cys-Cys and two Cys-X-Cys, Cys-XX-Cys motifs inside the N-terminal domain, and the C-terminal domain also has six Cys-X-Cys is highly conserved. Type 3 metallothionein has typical features with four conserved cysteine residues at the N-terminus. Type 4 metallothionein is specifically expressed in seeds.

클래스 II 메탈로티오네인은 밀의 Ec 단백질로 전체 아미노산 서열 내에 시스테인 잔기가 흩어져 있다. 마지막으로 클래스 III 메탈로티오네인은 파이토킬레틴(Phytochelatins)으로서 폴리-글라이신 구조로 효소적으로 합성되는 펩티드이다. Class II metallothionein is an Ec protein in wheat with cysteine residues scattered throughout the amino acid sequence. Finally, class III metallothionein is a phytochelatins, a peptide that is enzymatically synthesized in a poly-glycine structure.

메탈로티오네인의 또 다른 기능 중의 하나는 항산화 기능이다. Wong (2004, Plant Physiol 135, 1447-1456) 등은 벼의 제2형 메탈로티오네인(OsMT2b)을 과발현시켰을 때 수퍼옥사이드 및 과산화수소의 스캐빈저(scavenger)로서의 활성이 증가 된다는 것을 보고하였다. 또한 Andrew (2000, Biochem Phyrmacol 59, 95-104)는 메탈로티오네인 유전자의 발현이 산화 스트레스에 의해 유도되고 항산화 물질로서의 활성이 있음을 보고하였다. Another function of metallothionein is its antioxidant function. Wong (2004, Plant Physiol 135, 1447-1456) reported that the superoxide and hydrogen peroxide activity as a scavenger increased when overexpressed rice type 2 metallothionein (OsMT2b). Andrew (2000, Biochem Phyrmacol 59, 95-104) also reported that the expression of the metallothionein gene is induced by oxidative stress and is active as an antioxidant.

최근 급격한 산업화에 따른 환경오염은 식물이 갖고 있는 환경 내성을 위협할 수 있는 수준으로 심각한 상태에 이르고 있다. 따라서 최근 산화 스트레스뿐만 아니라 여러 가지 환경 스트레스에 강한 식물체를 만들려는 노력이 진행되고 있고, 이러한 문제를 해결하기 위한 전략적 연구로 항산화 시스템관련 효소들을 도입하여 과발현 시키거나(Kwon et al, 2002, Plant Cell and Environm 25, 873-882) 여러 가지 중금속의 킬레이터(chelator)나 수송자를 도입하는 연구가 진행되고 있다 (Song et al, 2004, Plant Physiol 135, 1-13). 이러한 최근의 연구에 입각하여 본 연구팀은 중금속 이온의 무독화와 산화 스트레스에 강한 환경복합내성 작물을 개발하기 위한 기초 연구를 수행하고 있다.Recently, the environmental pollution caused by the rapid industrialization has reached a serious state that can threaten the environmental resistance of plants. Therefore, efforts have recently been made to create plants that are resistant to oxidative stress as well as to various environmental stresses. In order to solve these problems, an over-expression of antioxidant system-related enzymes has been introduced (Kwon et al, 2002, Plant Cell). and Environm 25, 873-882) Research into the introduction of chelators or transporters of various heavy metals (Song et al, 2004, Plant Physiol 135, 1-13). Based on these recent studies, the team is conducting basic research to develop environmentally resistant crops that are resistant to heavy metal ions and to oxidative stress.

본 연구에서는 고구마 식물체로부터 세 타입의 메탈로티오네인 유전자(IbMT)를 분리하여 중금속과 각종 산화 스트레스에 저항성을 보이는지를 확인하는 연구를 수행하였다. 이를 위해 대장균 형질전환용 벡터를 제작하고 이를 대장균 재조합 단백질 발현 균주인 BL21(DE3) 종에 형질전환하여 메탈로티오네인 단백질의 발현을 유도하였다. 또한 고구마 유래의 배양세포를 대상으로 여러 식물 호르몬, 중금속 및 비생물학적 산화 스트레스를 처리하여 세 종류 메탈로티오네인 유전자(IbMT)의 발현 변화를 살펴 보았다. In this study, three types of metallothionein genes (IbMT) were isolated from sweet potato plants to determine their resistance to heavy metals and various oxidative stresses. To this end, E. coli transformation vector was prepared and transformed into E. coli recombinant protein expression strain BL21 (DE3) species to induce the expression of metallothionein protein. In addition, we examined the expression of three metallothionein genes (IbMT) by treating various plant hormones, heavy metals, and abiotic oxidative stress in sweet potato cells.

한국공개특허 제2010-0022236호에는 토란 유래의 중금속 내성을 나타내는 CeMT2 유전자가 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2005-0023044호에는 중금속 내성 및 축적성을 나타내는 Pcr 유전자가 개시되어 있다. Korean Patent Publication No. 2010-0022236 discloses a CeMT2 gene that exhibits heavy metal resistance derived from taro, and Korean Patent Publication No. 2005-0023044 discloses a Pcr gene showing heavy metal resistance and accumulation.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 고구마 유래의 IbMT2 유전자로 형질전환된 대장균이 여러 중금속에 대해 저항성을 나타내는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present invention is derived from the above demands, and the present inventors have found IbMT2 derived from sweet potato. The present invention was completed by confirming that E. coli transformed with a gene exhibits resistance to various heavy metals.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 고구마 (Ipomoea batatas L. cv Yulmi) 유래의 중금속 내성 관련 IbMT2(Ipomoea batatas metallothionein 2) 단백질을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is sweet potato ( Ipomoea batatas IbMT2 ( Ipomoea ) Related to Heavy Metal Resistance from L. cv Yulmi) batatas metallothionein 2) provides a protein.

또한, 본 발명은 상기 IbMT2 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다. The present invention also provides a gene encoding the IbMT2 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 숙주세포를 제공한다. The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 식물의 중금속 내성을 증진시키는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method of enhancing the heavy metal resistance of plants by transforming the recombinant vector into plant cells.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 중금속 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다. In addition, the present invention provides a transgenic plant with enhanced heavy metal resistance produced by the above method and its seed.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 이용한 중금속 내성 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a heavy metal resistant transformed plant using the recombinant vector.

또한, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 식물의 중금속 내성을 증진시키기 위한 조성물을 제공한다. The present invention also provides a composition for enhancing heavy metal resistance of a plant comprising the gene.

본 발명의 율미 고구마 유래 메탈로티오네인 단백질 및 유전자는 여러 식물 호르몬, 중금속 및 다양한 비생물학적 외부 스트레스 등에 의해서 발현이 증가하였고, 대장균에서 발현하여 중금속을 포함하는 배지에서 저항성을 나타낸다는 것을 확인하였다. 따라서 IbMT 유전자를 통하여 중금속에 오염된 지역에서도 잘 자랄 뿐만 아니라 환경 스트레스에도 내성이 강한 형질전환 식물체를 개발할 수 있을 것으로 기대된다. Yuli sweet potato-derived metallothionein protein and gene of the present invention was increased in expression by a variety of plant hormones, heavy metals and various abiotic external stress, it was confirmed that the expression in E. coli shows resistance in the medium containing heavy metals. Therefore, the IbMT gene is expected to be able to develop transgenic plants that grow not only in heavy metal contaminated regions but also resistant to environmental stress.

도 1은 본 발명의 고구마(품종 율미) 유래 IbMT 유전자의 염기서열(도 1A) 및 이로부터 추론한 아미노산 서열(도 1B)을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 고구마(Ipomoea batatas) IbMT 유전자의 추론된 단백질의 아미노산 서열과 여러 식물(물꽈리아 제비, 인삼, 애기장대, 자작나무, 차나무, 미나리, 담배, 감자, 목화, 땅콩, 야생벼, 보리 및 대나무)의 메탈로티오네인 유전자 아미노산 서열을 비교한 결과이다.
도 3은 도 2에서 비교한 IbMT 유전자와 다른 메탈로티오네인 유전자 사이의 유연관계를 나타낸 그림이다.
도 4A는 고구마의 부위별로 본 발명의 IbMT 유전자가 발현하는 양상을 RT-PCR을 수행하여 전기영동한 사진이며, 도 4B는 고구마 율미 캘러스를 대상으로 IbMT 유전자의 발현을 살펴본 결과이다. L: leaf(잎), S: stem(줄기), Storage roots: 저장뿌리, Fibrous roots: 실뿌리.
도 5는 고구마 캘러스에 식물호르몬(앱시스산, 에테폰, 메틸 자스모네이트 및 살리실산), 중금속 (Fe, Cu, Zn 및 Mn), 그리고 MV(methyl viologen), 염화나트륨, 과산화수소 및 저온을 각각 처리하고 3시간 및 18시간 후에 RT-PCR을 수행하여 IbMT1 유전자의 발현양상을 나타낸 것이다. Con: 대조군, SA: 살리실산, ABA: 앱시스산, MJ: 메틸 자스모네이트, ETE: 에테폰, Cold: 저온.
도 6은 본 발명의 IbMT 유전자들을 대장균에서 발현하여 단백질을 생성하는 것을 SDS-PAGE를 수행하여 확인한 결과이다. A: IbMT1 (Ni-컬럼 정제), B: IbMT2 (조 추출물, 불용성), C: IbMT3 (조 추출물, 가용성).
Figure 1 shows the nucleotide sequence of the sweet potato (breed Yumi) derived IbMT gene of the present invention (Fig. 1A) and the amino acid sequence deduced therefrom (Fig. 1B).
Figure 2 shows the amino acid sequence of the deduced protein of the sweet potato (Ipomoea batatas) IbMT gene of the present invention and various plants (mulmullia, ginseng, cephalopod, birch, tea tree, buttercup, tobacco, potato, cotton, peanut, wild Rice, barley and bamboo metallothionein gene amino acid sequence comparison results.
FIG. 3 is a diagram showing a flexible relationship between the IbMT gene and other metallothionein genes compared to those of FIG. 2.
4A is a photograph of electrophoresis by RT-PCR of the expression of the IbMT gene of the present invention for each portion of sweet potato, and FIG. 4B shows the expression of the IbMT gene in sweet potato calli callus. L: leaf, S: stem, Storage roots: Fibrous roots.
Figure 5 is treated with sweet potato callus plant hormones (apsis acid, etepon, methyl jasmonate and salicylic acid), heavy metals (Fe, Cu, Zn and Mn), and MV (methyl viologen), sodium chloride, hydrogen peroxide and low temperature, respectively RT-PCR was performed after 3 and 18 hours to show the expression of IbMT1 gene. Con: control, SA: salicylic acid, ABA: absic acid, MJ: methyl jasmonate, ETE: etepon, Cold: low temperature.
6 shows the results of SDS-PAGE confirming that IbMT genes of the present invention are expressed in E. coli to produce proteins. A: IbMT1 (Ni-column tablets), B: IbMT2 (crude extract, insoluble), C: IbMT3 (crude extract, soluble).

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열로 이루어진, 고구마(Ipomoea batatas L. cv Yulmi) 유래의 중금속 내성 관련 IbMT2(Ipomoea batatas metallothionein 2) 단백질을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention consists of an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, sweet potato ( Ipomoea batatas IbMT2 ( Ipomoea ) Related to Heavy Metal Resistance from L. cv Yulmi) batatas metallothionein 2) provides a protein.

본 발명에 따른 IbMT2 단백질의 범위는 고구마로부터 분리된 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 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 식물의 중금속 내성을 증진시키는 활성을 의미한다. The range of IbMT2 proteins according to the present invention includes proteins having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 isolated from sweet potatoes and functional equivalents of the proteins. "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 activity that enhances heavy metal resistance of a plant.

본 발명은 또한 IbMT2 단백질의 단편, 유도체 및 유사체(analogues)를 포함한다. 본원에 사용된, 용어 "단편", "유도체" 및 "유사체"는 본 발명의 IbMT2 폴리펩티드와 실질적으로 같은 생물학적 기능 또는 활성을 보유하는 폴리펩티드를 말한다. 본 발명의 단편, 유도체 및 유사체는 (i) 하나 이상의 보존적(conservative) 또는 비보존적 아미노산 잔기(바람직하게는 보존적 아미노산 잔기)가 치환된 폴리펩티드(상기 치환된 아미노산 잔기는 유전암호에 의해 암호화될 수도, 되지 않을 수도 있다) 또는 (ii) 하나 이상의 아미노산 잔기에서 치환기(들)를 가지는 폴리펩티드, 또는 (iii) 또 다른 화합물(폴리펩티드의 반감기를 연장할 수 있는 화합물, 예를 들면 폴리에틸렌 글리콜)과 결합된 성숙 폴리펩티드로부터 유래된 폴리펩티드, 또는 (iv) 부가적인 아미노산 서열(예를 들면, 선도 서열, 분비 서열, 상기 폴리펩티드를 정제하는데 사용된 서열, 프로테이노젠(proteinogen) 서열 또는 융합 단백질)과 결합된 상기 폴리펩티드로부터 유래된 폴리펩티드일 수 있다. 본원에 정의된 상기 단편, 유도체 및 유사체는 당업자에 잘 알려져 있다.The invention also includes fragments, derivatives and analogues of the IbMT2 protein. As used herein, the terms “fragment”, “derivative” and “analogue” refer to a polypeptide that possesses substantially the same biological function or activity as the IbMT2 polypeptide of the invention. Fragments, derivatives, and analogs of the present invention comprise (i) polypeptides substituted with one or more conservative or nonconservative amino acid residues (preferably conservative amino acid residues), wherein the substituted amino acid residues are encoded by a genetic code. Or (ii) a polypeptide having substituent (s) at one or more amino acid residues, or (iii) another compound (a compound capable of extending the half-life of a polypeptide, such as polyethylene glycol) A polypeptide derived from a bound mature polypeptide, or (iv) an additional amino acid sequence (eg, a leader sequence, a secretion sequence, a sequence used to purify the polypeptide, a proteinogen sequence or a fusion protein) and It may be a polypeptide derived from said polypeptide bound. Such fragments, derivatives and analogs as defined herein are well known to those skilled in the art.

또한, 본 발명은 상기 IbMT2 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다. 본 발명의 유전자는 IbMT2 단백질을 코딩하는 DNA 또는 RNA 일 수 있다. DNA는 cDNA, 게놈 DNA 또는 인위적인 합성 DNA를 포함한다. DNA는 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있다. DNA는 코딩(coding) 가닥 또는 넌코딩(non-coding) 가닥일 수 있다.The present invention also provides a gene encoding the IbMT2 protein. The gene of the present invention may be DNA or RNA encoding the IbMT2 protein. DNA includes cDNA, genomic DNA or artificial synthetic DNA. DNA can be single stranded or double stranded. DNA may be a coding strand or a non-coding strand.

바람직하게는, 본 발명의 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 포함할 수 있다.  Preferably, the gene of the present invention may include the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.

서열번호 2로 표시되는 성숙(mature) 폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드는 오직 성숙 폴리펩티드만을 암호화하는 코딩 서열; 성숙 폴리펩티드 및 다양한 부가적인 코딩 서열을 암호화하는 서열; 성숙 폴리펩티드(및 임의의 부가적인 코딩 서열) 및 넌코딩 서열을 암호화하는 서열을 포함한다. Polynucleotides encoding a mature polypeptide represented by SEQ ID NO: 2 include a coding sequence encoding only a mature polypeptide; Sequences encoding mature polypeptides and various additional coding sequences; Mature polypeptides (and any additional coding sequences) and sequences encoding noncoding sequences.

용어 "폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드"는 폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드, 또는 부가적인 코딩 및/또는 넌코딩 서열을 더 포함하는 폴리뉴클레오티드를 말한다. The term "polynucleotide encoding a polypeptide" refers to a polynucleotide encoding a polypeptide, or a polynucleotide further comprising additional coding and / or noncoding sequences.

또한, 본 발명은 본원에 기재된 것과 동일한 아미노산 서열, 또는 이의 단편, 유사체, 및 유도체를 포함하는 폴리펩티드를 암호화하는 상기 폴리뉴클레오티드의 변이체에 관한 것이다. 폴리뉴클레오티드 변이체는 자연적으로 발생하는 대립유전자 변이체 또는 비자연적으로 발생하는 변이체일 수 있다. 상기 뉴클레오티드 변이체는 치환 변이체, 결실 변이체, 및 삽입 변이체를 포함한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 대립유전자 변이체는 폴리뉴클레오티드의 대안(alternative)이며, 이는 하나 이상의 치환, 결실 또는 삽입된 뉴클레오티드를 포함할 수 있으며, 변이체에 의해 암호화된 폴리펩티드에서 실질적인 기능 변화를 초래하지는 않는다.The invention also relates to variants of said polynucleotides encoding polypeptides comprising the same amino acid sequence as described herein, or fragments, analogs, and derivatives thereof. Polynucleotide variants may be naturally occurring allelic variants or non-naturally occurring variants. Such nucleotide variants include substitutional variants, deletional variants, and insertional variants. As is known in the art, allelic variants are alternatives to polynucleotides, which may include one or more substituted, deleted or inserted nucleotides, which do not result in a substantial functional change in the polypeptide encoded by the variant. Do not.

또한, 본 발명은 상기 기재된 서열번호 1의 염기서열 및 상기 기재된 서열번호 1의 염기서열과 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 70%, 더욱 바람직하게는 적어도 80%의 동일성을 가지는 서열과 혼성화하는 폴리뉴클레오티드에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 스트린전트 조건하에 본원에 기재된 폴리뉴클레오티드에 혼성화하는 폴리뉴클레오티드에 관한 것이다. 본 발명에서, "스트린전트 조건"은 (1) 0.2 × SSC, 0.1% SDS, 60℃와 같은 더 낮은 이온강도 및 더 높은 온도하에서의 혼성화 및 세척; 또는 (2) 50%(v/v) 포름아미드, 0.1% 소혈청/0.1% Ficoll 및 42℃ 등과 같은 변성제의 존재하에 혼성화; 또는 (3) 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 95% 이상의 동일성을 가지는 단지 2개의 서열 사이에서 발생하는 혼성화를 말한다. 게다가, 혼성화가 가능한 폴리뉴클레오티드에 의해 암호화된 폴리펩티드의 생물학적 기능 및 활성은 서열번호 2 표시되는 성숙 폴리펩티드의 생물학적 기능 및 활성과 동일하다.In addition, the present invention provides a poly-hybridized hybridization with a sequence having at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 80% identity with a nucleotide sequence of SEQ ID NO. It relates to nucleotides. The present invention particularly relates to polynucleotides that hybridize to the polynucleotides described herein under stringent conditions. In the present invention, "stringent conditions" include (1) hybridization and washing under 0.2 × SSC, 0.1% SDS, lower ionic strength such as 60 ° C. and higher temperature; Or (2) hybridization in the presence of denaturing agents such as 50% (v / v) formamide, 0.1% bovine serum / 0.1% Ficoll and 42 ° C .; Or (3) hybridization that occurs between only two sequences having at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% identity. In addition, the biological function and activity of the polypeptide encoded by the hybridizable polynucleotide are identical to the biological function and activity of the mature polypeptide represented by SEQ ID NO: 2.

본 발명의 구현예에 따라, IbMT2 유전자는 바람직하게는 고구마 유래라는 것을 이해해야 한다. 그러나, 본 발명의 구현예는 고구마 IbMT2 유전자와 높은 상동성(예를 들면, 60% 이상, 즉 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, 심지어 98%의 서열 동일성)을 갖고 다른 식물로부터 유래한 다른 유전자를 또한 포함한다. 서열정렬 방법, 및 서열 동일성 또는 상동성을 결정하기 위한 수단(예를 들면, BLAST)은 당업계에 주지되어 있다.In accordance with an embodiment of the invention, it should be understood that the IbMT2 gene is preferably derived from sweet potatoes. However, embodiments of the invention have high homology (eg, 60% or more, ie, 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, even 98% sequence identity) with the sweet potato IbMT2 gene and differ from others. It also includes other genes derived from plants. Sequencing methods and means for determining sequence identity or homology (eg BLAST) are well known in the art.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 IbMT2 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector comprising the IbMT2 gene according to the present invention.

용어 "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호화된 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, a heterologous peptide, or a 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.

본 발명에서, IbMT2 단백질을 암호화하는 상기 폴리뉴클레오티드 서열은 재조합 발현 벡터 내로 삽입될 수 있다. 용어 "재조합 발현 벡터"는 세균 플라스미드, 파아지, 효모 플라스미드, 식물 세포 바이러스, 포유동물 세포 바이러스, 또는 다른 벡터를 의미한다. 대체로, 임의의 플라스미드 및 벡터는 숙주 내에서 복제 및 안정화할 수 있다면 사용될 수 있다. 상기 발현 벡터의 중요한 특성은 복제 원점, 프로모터, 마커 유전자 및 번역 조절 요소(translation control element)를 가지는 것이다. In the present invention, the polynucleotide sequence encoding the IbMT2 protein can be inserted into a recombinant expression vector. The term "recombinant expression vector" means a bacterial plasmid, phage, yeast plasmid, plant cell virus, mammalian cell virus, or other vector. In principle, any plasmid and vector can be used as long as it can replicate and stabilize in the host. An important feature of the expression vector is that it has an origin of replication, a promoter, a marker gene and a translation control element.

IbMT2 단백질-암호화 DNA 서열 및 적당한 전사/번역 조절 신호를 포함하는 발현 벡터는 당업자에 주지된 방법에 의해 구축될 수 있다. 상기 방법은 시험관 내 재조합 DNA 기술, DNA 합성 기술 및 생체 내 재조합 기술 등을 포함한다. 상기 DNA 서열은 mRNA 합성을 이끌기 위해 발현 벡터 내의 적당한 프로모터에 효과적으로 연결될 수 있다. 또한 발현 벡터는 번역 개시 부위로서 리보좀 결합 부위 및 전사 터미네이터를 포함할 수 있다.Expression vectors comprising an IbMT2 protein-encoding DNA sequence and appropriate transcriptional / translational control signals can be constructed by methods well known to those skilled in the art. Such methods include in vitro recombinant DNA techniques, DNA synthesis techniques, in vivo recombinant techniques, and the like. The DNA sequence can be effectively linked to a suitable promoter in the expression vector to drive mRNA synthesis. Expression vectors may also include ribosomal binding sites and transcription terminators as translation initiation sites.

본 발명의 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. 바람직하게는, 상기 재조합 벡터는 pKBS1-1 벡터, pBI101 벡터 및 pCAMBIA 벡터일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.Preferred examples of recombinant vectors of the invention are Ti-plasmid vectors capable of transferring part of themselves, the so-called T-region, to plant cells when present in a suitable host such as Agrobacterium tumerfaciens. 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. Preferably, the recombinant vector may be, but is not limited to, a pKBS1-1 vector, a pBI101 vector, and a pCAMBIA vector.

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. 숙주세포는 바람직하게는 대장균이다.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. The host cell is preferably E. coli.

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 식물세포이다.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.

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 .

식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직 배양기간을 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 period of regeneration and / or tissue culture. 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.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 IbMT2 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 식물의 중금속 내성을 증진시키는 방법을 제공한다. 바람직하게는, 상기 중금속은 칼슘, 구리, 망간, 마그네슘 또는 납일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. The present invention also provides a method for enhancing heavy metal resistance of a plant comprising the step of transforming said recombinant vector into plant cells. Preferably, the heavy metal may be calcium, copper, manganese, magnesium or lead, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 중금속 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다. 바람직하게는, 상기 식물체는 단자엽 식물 또는 쌍자엽 식물일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. In addition, the present invention provides a transgenic plant with enhanced heavy metal resistance produced by the above method and its seed. Preferably, the plant may be a monocotyledonous plant or a dicotyledonous plant, but is not limited thereto.

상기 단자엽 식물은 택사과(Alismataceae), 자라풀과(Hydrocharitaceae), 지채과(Juncaginaceae), 장지채과(Scheuchzeriaceae), 가래과(Potamogetonaceae), 나자스말과(Najadaceae), 거머리말과(Zosteraceae), 백합과(Liliaceae), 지모과(Haemodoraceae), 용설란과(Agavaceae), 수선화과(Amaryllidaceae), 마과(Dioscoreaceae), 물옥잠과(Pontederiaceae), 붓꽃과(Iridaceae), 버먼초과(Burmanniaceae), 골풀과 (Juncaceae), 닭의장풀과(Commelinaceae), 곡정초과(Eriocaulaceae), 화본과(벼과, Gramineae, Poaceae), 천남성과(Araceae), 개구리밥과(Lemnaceae), 흑삼릉과 (Sparganiaceae), 부들과(Typhaceae), 사초과(방동사니과, Cyperaceae), 파초과(Musaceae), 생강과(Zingiberaceae), 홍초과(Cannaceae) 또는 난초과(Orchidaceae)일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The monocotyledonous plants include Alismataceae, Hydrocharitaceae, Juncaginaceae, Schuchzeriaceae, Pomomotontonaceae, Najadaceae, Zosteraceae, Liliaceae, Haemodoraceae, Agavaceae, Amaryllidaceae, Dioscoreaceae, Pontederiaceae, Iridaceae, Burmanniaceae, Juncaceae, Commelinaceae , Eriocaulaceae, Panaxaceae (Gramineae, Gramineae, Poaceae), Araceae, Lemnaceae, Sparganiaceae, Typhaceae, Cycloaceae, Cyperaceae, Musaceae ), Ginger (Zingiberaceae), Cannaceae (Cannaceae) or Orchidaceae (Orchidaceae), but is not limited thereto.

상기 쌍자엽 식물은 암매과(돌매화나무과, Diapensiaceae), 매화오리나무과(Clethraceae), 노루발과(Pyrolaceae), 진달래과(Ericaceae), 자금우과(Myrsinaceae), 앵초과(Primulaceae), 갯질경이과 (Plumbaginaceae), 감나무과(Ebenaceae), 때죽나무과(Styracaceae), 노린재나무과, 회목과(Symplocaceae), 물푸레나무과(목서과, Oleaceae), 마전과(Loganiaceae), 용담과(Gentianaceae), 조름나물과(Menyanthaceae), 협죽도과(마삭나무과, Apocynaceae), 박주가리과(Asclepiadaceae), 꼭두서니과(Rubiaceae), 꽃고비과(Polemoniaceae), 메꽃과(Convolvulaceae), 지치과(Boraginaceae), 마편초과(Verbenaceae), 꿀풀과(Labiatae), 가지과(Solanaceae), 현삼과(Scrophulariaceae), 능소화과(Bignoniaceae), 쥐꼬리망초과(Acanthaceae), 참깨과(Pedaliaceae), 열당과 (Orobanchaceae). 제스네리아과(Gesneriaceae), 통발과(Lentibulariaceae), 파리풀과(Phrymaceae), 질경이과(Plantaginaceae), 인동과(Caprifoliaceae), (연복초과 Adoxaceae), 마타리과(Valerianaceae), 산토끼꽃과(Dipsacaceae), 초롱꽃과 (Campanulaceae), 국화과(Compositae), 소귀나무과(Myricaceae), 가래나무과 (Juglandaceae), 버드나무과(Salicaceae), 자작나무과(Betulaceae), 너도 밤나무과(참나무과, Fagaceae), 느릅나무과(Ulmaceae), 뽕나무과(Moraceae), 쐐기풀과 (Urticaceae), 단향과(Santalaceae), 겨우살이과(Loranthaceae), 마디풀과(여뀌과, Polygonaceae), 자리공과(상륙과, Phytolaccaceae), 분꽃과(Nyctaginaceae), 석류풀과(Aizoaceae), 쇠비름과(Portulacaceae), 석죽과(Caryophyllaceae), 명아주과 (Chenopodiaceae), 비름과(Amaranthaceae), 선인장과(Cactaceae), 목련과(Magnoliaceae), 붓순나무과(Illiciaceae), 녹나무과(Lauraceae), 계수나무과 (Cercidiphyllaceae), 미나리아재비과(Ranunculaceae), 매자나무과(Berberidaceae), 으름덩굴과(Lardizabalaceae), 새모래덩굴과(방기과, Menispermaceae), 수련과(Nymphaeaceae), 붕어마름과(Ceratophyllaceae), 어항마름과(Cabombaceae), 삼백초과(Saururaceae), 후추과(Piperaceae), 홀아비꽃대과(Chloranthaceae), 쥐방울덩굴과(Aristolochiaceae), 다래나무과(Actinidiaceae), 차나무과(동백나무과, Theaceae), 물레나물과(Guttiferae), 끈끈이주걱과(Droseraceae), 양귀비과(Papaveraceae), 풍접초과(Capparidaceae), 십자화과(겨자과, Cruciferae), 플라타너스과(버즘나무과, Platanaceae), 조록나무과(금루매과, Hamamelidaceae), 꿩의비름과(돌나물과, Crassulaceae), 범의귀과(Saxifragaceae), 두충과(Eucommiaceae), 돈나무과(Pittosporaceae), 장미과(Rosaceae), 콩과(Leguminosae), 괭이밥과(Oxalidaceae), 쥐손이풀과(Geraniaceae), 한련과(Tropaeolaceae), 남가새과(Zygophyllaceae), 아마과(Linaceae), 대극과(Euphorbiaceae), 별이끼과(Callitrichaceae), 운향과(Rutaceae), 소태나무과(Simaroubaceae), 멀구슬나무과(Meliaceae), 원지과(Polygalaceae), 옻나무과(Anacardiaceae), 단풍나무과(단풍과, Aceraceae), 무환자나무과(Sapindaceae), 칠엽수과(Hippocastanaceae), 나도 밤나무과(Sabiaceae), 봉선화과(물봉선과, Balsaminaceae), 감탕나무과(Aquifoliaceae), 노박덩굴과(화살나무과, Celastraceae), 고추나무과(Staphyleaceae), 회양목과 (Buxaceae), 시로미과(Empetraceae), 갈매나무과(Rhamnaceae), 포도과(Vitaceae), 담팔수과(Elaeocarpaceae), 피나무과(Tiliaceae), 아욱과(Malvaceae), 벽오동과 (Sterculiaceae), 팥꽃나무과(서향나무과, Thymelaeaceae), 보리수나무과 (Elaeagnaceae), 이나무과(Flacourtiaceae), 제비꽃과(Violaceae), 시계꽃과 (Passifloraceae), 위성류과(Tamaricaceae), 물별과(Elatinaceae), 베고니아과 (Begoniaceae), 박과(Cucurbitaceae), 부처꽃과(배롱나무과, Lythraceae), 석류나무과(Punicaceae), 바늘꽃과(Onagraceae), 개미탑과(Haloragaceae), 박쥐나무과 (Alangiaceae), 층층나무과(산수유나무과, Cornaceae), 두릅나무과(오갈피나무과, Araliaceae) 또는 산형과(미나리과)(Umbelliferae(Apiaceae))일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The dicotyledonous plants are Asteraceae (Dolaceae, Diapensiaceae), Asteraceae (Clethraceae), Pyrolaceae, Ericaceae, Myrsinaceae, Primaceae (Primulaceae), Plumbaginaceae, Persimmonaceae (Ebenaceae) , Styracaceae, Stink bug, Symplocaceae, Ash (Oleaceae), Loganiaceae, Gentianaceae, Menyanthaceae, Oleaceae, Apocynaceae , Asclepiadaceae, Rubiaceae, Polemoniaceae, Convolvulaceae, Boraginaceae, Verbenaceae, Labiatae, Solanaceae, Scrophulariaceae , Bignoniaceae, Acanthaceae, Sesame (Pedaliaceae), Fructose (Orobanchaceae). Gesneriaceae, Lentibulariaceae, Phrymaceae, Plantaginaceae, Caprifoliaceae, (Perox Adoxaceae), Valerianaceae, Dipsacaceae, Campanaceae ( Campanulaceae, Compositae, Myricaceae, Sapaceae, Juglandaceae, Salicaceae, Birchaceae, Beechaceae, Fagaceae, Elmaceae, Moraceae , Urticaceae, Santalaceae, Mistletoe, Lothanthaceae, Polygonaceae, Landaceae, Phytolaccaceae, Nyctaginaceae, Pomegranate, Azizaceae (Portulacaceae), Caryophyllaceae, Chinopodiaceae, Amaranthaceae, Cactaceae, Magnoliaceae, Illiciaceae, Lauraceae, Cassia family, Cecidiphyllaceae, Ranunculus eae), Berberidaceae, Lardizabalaceae, Bird breeze (Mentaceae, Menispermaceae), Nymphaeaceae, Ceratophyllaceae, Cabombaceae, Saururaceae , Piperaceae, Chloranthaceae, Aristolochiaceae, Actinidiaceae, Camellia, Theaceae, Guttaiferae, Droseraceae, Papaveraceae ), Capparidaceae, Cruciferaceae (Mustaceae, Cruciferae), Planeaceae (Plataceae, Platanaceae), Verruaceae, Hamamelidaceae, Pheasant (Snaphaceae, Crassulaceae), Panaxaceae (Saxifragaceae) Eucommiaceae, Pittosporaceae, Rosaceae, Leguminosae, Oxalidaceae, Geraniaceae, Tropaeolaceae, Zygophyllaceae, Linaceae Euphorbiaceae), star moss (Callitrichaceae), Rutaceae, Simaroubaceae, Meliaceae, Polygalaceae, Anacardiaceae, Mapleaceae, Aceraceae, Sapindaceae, Mapleaceae Hippocastanaceae, Sabiaceae, Balsam, Balsaminaceae, Aquifoliaceae, Nova, Celastraceae, Staphyleaceae, Buxaceae, Empetraceae, Rhamnaceae, Vitaceae, Elaeocarpaceae, Tiliaceae, Malvaceae, Sterculiaceae, Adenaceae, Thymelaeaceae, Eraeagnaceae (Flacourtiaceae), Violaceae, Passifloraceae, Tamaricanaceae, Elatinaceae, Begoniaceae, Cucurbitaceae, Buddha (Lythraceae), Pomegranate Punica ceae), Onnagraceae, Haloragaceae, Bataceae (Alangiaceae), Dogwood (Hornaceae, Cornaceae), Arboraceae (Agaraceae) or Umbelliferae (Apiaceae) It may be, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및In addition, the present invention comprises the steps of transforming plant cells with the recombinant vector; And

상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 중금속 내성 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다. It provides a method for producing a heavy metal resistant transformed plant comprising the step of regenerating a plant from the transformed plant cells.

본 발명의 방법은 본 발명에 따른 재조합 벡터로 식물 세포를 형질전환하는 단계를 포함하는데, 상기 형질전환은 예를 들면, 아그로박테리움 튜머파시엔스(Agrobacterium tumefiaciens)에 의해 매개될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 상기 형질전환된 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 단계를 포함한다. 형질전환 식물 세포로부터 형질전환 식물을 재분화하는 방법은 당업계에 공지된 임의의 방법을 이용할 수 있다.The method of the present invention comprises transforming plant cells with a recombinant vector according to the present invention, which transformation can be mediated by, for example, Agrobacterium tumefiaciens. The method also includes the step of regenerating the transgenic plant from said transformed plant cell. The method for regenerating the transformed plant from the transformed plant cell may use any method known in the art.

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

본 발명은 또한, 본 발명의 IbMT2 유전자를 포함하는, 식물의 중금속 내성을 증진시키기 위한 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물에서, 상기 IbMT2 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어질 수 있다. 본 발명의 조성물은 유효 성분으로서 고구마 유래의 IbMT2 유전자를 포함하며, 상기 유전자 IbMT2를 식물체에 형질전환시킴으로써 식물체의 중금속 내성을 증진시킬 수 있는 것이다. 상기 식물은 전술한 바와 같다.
The present invention also provides a composition for enhancing heavy metal resistance of plants, comprising the IbMT2 gene of the present invention. In the composition of the present invention, the IbMT2 gene may be composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. The composition of the present invention contains an IbMT2 gene derived from sweet potato as an active ingredient, and can improve heavy metal resistance of the plant by transforming the gene IbMT2 into the plant. The plant is as described above.

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.

실시예Example 1: 고구마  1: sweet potato IbMTIbMT 유전자의  Gene 클로닝Cloning , 염기서열 분석 및 유연관계 분석, Sequencing and softness analysis

고구마 (Ipomoea batatas (L.) Lam) 품종인 율미 식물체의 잎에서 QIAGEN사의 RNeasy 미니 키트를 이용하여 총 RNA를 분리하였다. Invitrogen의 SuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR 을 이용하여 한 가닥 cDNA를 합성하였다. 메탈로티오네인 유전자를 분리하기 위해 TIGR Plant Transcript Assemblies의 웹사이트(http://plantta.tigr.org/)에서 배추(Brassica campestris ssp. pekinensis) 메탈로티오네인 유전자를 가지고 블라스트한 결과, 고구마에서 두 개의 메탈로티오네인-유사(like) 유전자 및 한 개의 노화에 의해 유도되는 유전자를 찾았다. 이들을 잠정적인 제1형, 제2형 및 제3형의 메탈로티오네인이라 생각해 3개의 유전자를 고구마 율미 품종(Ipomoea batatas L. cv Yulmi)으로부터 클로닝하기 위한 프라이머를 제작하였다.Total RNA was isolated from the leaves of Yumi plant, a variety of sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam) using QIAGEN's RNeasy mini kit. One strand cDNA was synthesized using Invitrogen's SuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR. To isolate metallothionein genes, blasted with metallothionein genes from the website of http://plantta.tigr.org/ (TIGR Plant Transcript Assemblies) (Brassica campestris ssp.pekinensis) Two metallothionein-like genes and one gene induced by aging were found. Considering these as potential type 1, type 2 and type 3 metallothionein, primers were prepared for cloning three genes from Ipomoea batatas L. cv Yulmi.

제1형 메탈로티오네인 유전자를 클로닝하기 위한 프라이머의 염기서열은 정방향 프라이머(5'-ATGTCTTCCGGTTGCAAG-3'; 서열번호 3) 및 역방향 프라이머(5'-ACAGTTGCAAGGGTC-3'; 서열번호 4)이다. 제2형 메탈로티오네인 유전자를 클로닝하기 위한 프라이머의 염기서열은 정방향 프라이머(5'-ATGTCTTGCTGCGGAGGA-3'; 서열번호 5) 및 역방향 프라이머(5'-ACATTTGCAAGGTCG-3'; 서열번호 6) 이다. 제3형 메탈로티오네인 유전자를 클로닝하기 위한 프라이머의 염기서열은 정방향 프라이머 (5'-ATGTCGGACAAGTGCGGA-3'; 서열번호 7)와 역방향 프라이머 (5'-GTGGCCACAGGTGCG-3'; 서열번호 8)이다. Clonetech 사의 advantage2 중합효소를 이용하여 PCR을 수행하였고 기대한 크기의 PCR 산물을 pGEMTeasy 클로닝 벡터(promega)를 이용하여 클로닝한 후, 시퀀싱하여 전체 염기서열을 확인하였다.The base sequences of the primers for cloning the type 1 metallothionein gene are forward primers (5'-ATGTCTTCCGGTTGCAAG-3 '; SEQ ID NO: 3) and reverse primers (5'-ACAGTTGCAAGGGTC-3'; SEQ ID NO: 4). The base sequences of the primers for cloning the type 2 metallothionein gene are forward primers (5'-ATGTCTTGCTGCGGAGGA-3 '; SEQ ID NO: 5) and reverse primers (5'-ACATTTGCAAGGTCG-3'; SEQ ID NO: 6). The base sequences of the primers for cloning the type 3 metallothionein gene are forward primers (5'-ATGTCGGACAAGTGCGGA-3 '; SEQ ID NO: 7) and reverse primers (5'-GTGGCCACAGGTGCG-3'; SEQ ID NO: 8). PCR was performed using Clonetech's advantage2 polymerase, and the PCR product of the expected size was cloned using a pGEMTeasy cloning vector (promega), followed by sequencing to confirm the entire nucleotide sequence.

이 cDNA 유전자의 이름을 메탈로티오네인 유전자들의 제1형, 제2형 및 제3형 분류에 따라 각각 IbMT1, IbMT2 및 IbMT3 cDNA라고 명명하였다. IbMT1 cDNA 유전자의 전체길이는 201 bp이며 67개의 아미노산을 코딩하고 있다. IbMT2 cDNA 유전자의 전체길이는 249 bp이며 83개의 아미노산을 코딩하고 있다. IbMT3 cDNA 유전자의 전체길이는 195 bp이며 65개의 아미노산을 코딩하고 있다(도 1).The cDNA gene was named IbMT1, IbMT2 and IbMT3 cDNA according to the type 1, type 2 and type 3 classification of the metallothionein genes, respectively. The total length of the IbMT1 cDNA gene is 201 bp and encodes 67 amino acids. The total length of the IbMT2 cDNA gene is 249 bp and encodes 83 amino acids. The total length of the IbMT3 cDNA gene is 195 bp and encodes 65 amino acids (FIG. 1).

상기 유전자를 데이터베이스에서 블라스트한 결과, IbMT1 유전자는 고구마(Ipomoea batatas L. cv. Kokei 및 I. batatas L. cv. Tainong57)의 메탈로티오네인-유사 제1형 유전자(GenBank: AF116845.1 및 GenBank: AB193156.1)와 99%의 상동성을 보였다. IbMT2 유전자는 고구마(I. batatas L. cv. Tainong57)의 메탈로티오네인-유사 제2형 유전자(GenBank: AF177760.1)와 96%의 상동성을 보였다. IbMT3 유전자는 고구마(I. batatas L. cv. Tainong57)의 메탈로티오네인-유사 단백질 유전자(GenBank: AF242374.1)와 100%의 상동성을 보였다.As a result of blasting the gene from the database, IbMT1 gene was identified as sweet potato ( Ipomoea). batatas L. cv. Kokei and I. batatas L. cv. Tainong57) showed 99% homology with the metallothionein-like type 1 genes (GenBank: AF116845.1 and GenBank: AB193156.1). IbMT2 gene is a sweet potato ( I. batatas L. cv. Tainong57) showed 96% homology with the metallothionein-like type 2 gene (GenBank: AF177760.1). IbMT3 gene is a sweet potato ( I. batatas L. cv. Tainong57) showed 100% homology with the metallothionein-like protein gene (GenBank: AF242374.1).

본 발명의 유전자를 고구마 이외의 유전자들과 데이터베이스에서 블라스트 해본 결과, IbMT1는 물꽈리아 제비(Mimulus guttatus)의 추정(putative) 메탈로티오네인 유전자와 가장 높은 상동성을 보였으며 그 외에도 인삼(Panax ginseng), 애기장대(Arabidopsis thaliana), 포플러(Populus trichocarpa) 및 자작나무(Betula platyphylla)의 추정 메탈로티오네인 유전자와 상동성을 보였다. IbMT2 유전자는 차나무(Camellia sinensis)의 추정 메탈로티오네인 유전자와 가장 높은 상동성을 보였고 이외에도 미나리(Oenanthe javanica), 담배(Nicotiana plumbaginifolia) 및 감자(Solanum tuberosum)의 유전자와 상동성을 보였다. IbMT3 유전자는 목화(Gossypium hirsutum)의 추정 메탈로티오네인 유전자와 가장 높은 상동성을 보였고 이외에도, 땅콩(Arachis hypogaea), 야생벼(Porteresia coarctata), 보리(Hordeum vulgare) 및 대나무(Phyllostachys edulis)의 추정 메탈로티오네인 유전자와 상동성을 보였다(도 2 및 3).As a result of blasting the gene of the present invention in a database with genes other than sweet potatoes, IbMT1 was identified as Mimulus guttatus ) showed the highest homology with the putative metallothionein gene, as well as Panax ginseng. ginseng ), Arabidopsis thaliana ), Populus trichocarpa and Betula platyphylla homology with the putative metallothionein genes. IbMT2 gene is known as Camellia sinensis ) showed the highest homology with the putative metallothionein gene of the genus , but also Oenanthe javanica and Nicotiana plumbaginifolia ) and potatoes ( Solanum homologous to gene of tuberosum ). IbMT3 gene is cotton ( Gossypium In addition it showed estimated metallothionein gene with the highest homology hirsutum), peanuts (Arachis hypogaea ), wild rice ( Porteresia coarctata ), barley ( Hordeum vulgare ) and bamboo ( Phyllostachys) edulis ) showed homology with the putative metallothionein gene (FIG. 2 and 3).

실시예Example 2: 고구마  2: sweet potato IbMTIbMT 유전자의 조직별 발현 분석 Analysis of gene expression by tissue

본 발명의 IbMT 유전자는 미색 고구마인 율미, 자색 고구마인 신자미 및 황색 고구마인 신황미 품종에서 발현되는 것이 모두 확인되었다(데이타 미제시). 상기 고구마 품종 중에서, 율미 고구마를 대상으로 IbMT 유전자의 조직별 발현양상을 분석하기 위해 RT-PCR을 수행하였다.It was confirmed that the IbMT gene of the present invention is expressed in the off-white sweet potato Yulmi, the purple sweet potato, Shinjami, and the yellow sweet potato, Shinhwangmi varieties (data not shown). Among the sweet potato varieties, RT-PCR was performed to analyze tissue expression patterns of IbMT gene in Yumi sweet potato.

고구마 식물체로부터 잎, 줄기, 실뿌리 및 저장뿌리를 분리하여 QIAGEN사의 RNeasy 미니 키트를 이용하여 총 RNA를 분리하고 Invitrogen 사의 SuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR을 이용하여 한 가닥 cDNA를 합성하였다. 프라이머는 상기 실시예 1에서 IbMT1, IbMT2 및 IbMT3 유전자의 클로닝에 사용된 프라이머를 사용하였다. Leaves, stems, roots and storage roots were isolated from sweet potato plants to separate total RNA using QIAGEN's RNeasy mini kit, and a single-strand cDNA was synthesized using Invitrogen's SuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR. As primers, primers used for cloning the IbMT1, IbMT2 and IbMT3 genes were used in Example 1.

그 결과 IbMT 유전자는 IbMT1 유전자의 경우 잎 및 실뿌리에서 강하게 발현하였지만, 줄기 및 실뿌리에서는 약하게 발현하는 것을 확인하였다. IbMT2의 경우 줄기에서 발현하였고 실뿌리에서도 약하게 발현하였지만, 잎 및 뿌리에서는 발현하지 않는 것을 확인하였다. IbMT3 유전자는 지상부에 해당하는 잎 및 줄기에서 강하게 발현하였으나, 실뿌리 및 저장뿌리에서는 약하게 발현하였다(도 4A). 또한 율미 캘러스를 대상으로 세 개의 IbMT 유전자들의 발현을 조사한 결과 캘러스에서는 IbMT1 유전자만 특이적으로 발현되었고, 다른 IbMT2 및 IbMT3 유전자는 발현되지 않는 것을 볼 수 있었다(도 4B). 따라서 IbMT 유전자들은 식물체 전반에 걸쳐 존재하지만 각각의 유전자들이 서로 다른 패턴으로 발현되는 유전자임을 알 수 있었다.
As a result, the IbMT gene was strongly expressed in the leaves and the roots of the IbMT1 gene, but weakly expressed in the stems and the roots. IbMT2 was expressed in the stem and weakly expressed in the roots, but not in the leaves and roots. IbMT3 gene was strongly expressed in the leaves and stems corresponding to the ground portion, but weakly expressed in the root and storage roots (FIG. 4A). In addition, as a result of examining the expression of three IbMT genes in Yuli callus, only IbMT1 gene was specifically expressed in callus, and other IbMT2 and IbMT3 genes were not expressed (FIG. 4B). Therefore, IbMT genes are found throughout the plant, but each gene is expressed in a different pattern.

실시예Example 3: 다양한 외부 스트레스 처리에 의한  3: by various external stress treatment IbMTIbMT 유전자의 발현 분석 Gene expression analysis

계대배양 후 7일째의 성장기에 있는 율미 품종 고구마 캘러스를 대상으로 실험을 수행하였다. 건조 스트레스 및 식물 방어 기작에 관련되는 식물 호르몬(앱시스산, 에테폰, 메틸 자스모네이트 및 살리실산), 중금속(철, 구리, 아연 및 망간), 그리고 비생물학적 스트레스인 MV, 염화나트륨, 과산화수소 및 저온(cold)을 각각 처리하였다. 캘러스를 각각의 용액에 1/5쯤 잠길 정도의 깊이로 처리하고, 3시간 및 18시간 후 캘러스를 샘플링하였다. RT-PCR을 수행하기 위해, 상기 실시예 1 및 2에서 수행한 방법으로 RNA를 분리한 후 cDNA를 각각 합성하였다. 상기 실시예에서 사용한 IbMT 유전자 특이적 프라이머로 RT-PCR를 수행하였다.Experiments were carried out on yulmi varieties of sweet potato callus in the growth phase 7 days after passage. Plant hormones involved in dry stress and plant defense mechanisms (apsis acid, etepon, methyl jasmonate and salicylic acid), heavy metals (iron, copper, zinc and manganese), and abiotic stresses MV, sodium chloride, hydrogen peroxide and low temperature ( cold) was treated separately. Callus was treated to a depth about 1/5 submerged in each solution, and the callus was sampled after 3 and 18 hours. In order to perform RT-PCR, RNA was isolated by the method described in Examples 1 and 2, and cDNA was synthesized, respectively. RT-PCR was performed with the IbMT gene specific primers used in the above examples.

그 결과 IbMT 유전자는 다음과 같은 발현 양상을 보였다. 식물호르몬을 처리하였을 경우, IbMT1 유전자는 앱시스산, 에테폰 및 메틸 자스모네이트의 처리 3시간 후에 강하게 발현이 유도되지만, 살리실산에 의해서는 발현이 약간 감소하는 것을 볼 수 있었다. 18시간 후에는 살리실산에 의해서 발현이 증가하였으며, 메틸 자스모네이트에 의한 발현 증가는 꾸준히 지속된 반면, 처리 3시간 후에 강하게 발현이 유도되었던 앱시스산 및 에테폰에 의한 증가는 대조군 수준으로 감소한 것을 볼 수 있었다(도 5A).As a result, IbMT gene showed the following expression. When treated with plant hormones, IbMT1 gene was strongly induced 3 hours after treatment with abscic acid, etepon and methyl jasmonate, but salicylic acid showed a slight decrease in expression. After 18 hours, the expression was increased by salicylic acid, and the increase by methyl jasmonate was sustained, whereas the increase by Apsis acid and etepon, which was strongly induced after 3 hours of treatment, decreased to the control level. Could be (FIG. 5A).

중금속을 처리하였을 때 IbMT1 유전자가 철 및 망간 처리 3시간 후에 강하게 증가하였으나, 처리 18시간 후에는 처리 전 수준으로 감소하였으며, 구리의 경우는 처리 18시간 후에 발현이 증가한 것을 확인하였다. 아연 처리에 의해서는 발현의 증가를 볼 수 없었다(도 5B).When heavy metals were treated, the IbMT1 gene increased strongly after 3 hours of iron and manganese treatment, but after 18 hours of treatment, it decreased to the level before treatment, and in the case of copper, expression was increased after 18 hours of treatment. No increase in expression was seen by zinc treatment (FIG. 5B).

MV, 염화나트륨, 과산화수소 및 저온과 같은 비생물학적 스트레스 처리 3시간 후에는 IbMT1 유전자가 저온에 의해서만 발현이 약간 증가하였으나 MV, 염화나트륨 및 과산화수소에 의해서는 오히려 감소한 것을 볼 수 있었다. 하지만 처리 18시간 후에는 IbMT1 유전자가 염화나트륨 및 저온에 의해서 강하게 유도된 것을 확인하였다(도 5C).
After 3 hours of nonbiological stress treatment such as MV, sodium chloride, hydrogen peroxide and low temperature, the expression of IbMT1 gene was slightly increased only by low temperature, but decreased by MV, sodium chloride and hydrogen peroxide. However, after 18 hours of treatment, it was confirmed that the IbMT1 gene was strongly induced by sodium chloride and low temperature (FIG. 5C).

실시예Example 4:  4: IbMTIbMT 유전자의 대장균 발현을 통한 중금속 저항성 확인  Determination of Heavy Metal Resistance by Gene Expression of Escherichia Coli

본 발명의 IbMT 유전자가 실제로 중금속에 대한 저항성을 보이는지 확인하기 위해 IbMT 유전자를 대장균 발현벡터에 클로닝하였다. 이를 위해 5'말단에 BamHI 제한효소 서열 및 3'말단에 SalI 제한효소 서열을 결합한 프라이머를 제작하였다. 제1형 메탈로티오네인 유전자를 클로닝하기 위한 프라이머의 염기서열은 정방향 프라이머(5'-GCggatcc ATGTCTTCCGGTTGCAAG-3'; 서열번호 9) 및 역방향 프라이머(5'-CTgtcgac ACAGTTGCAAGGGTC-3'; 서열번호 10) 이다. 제2형 메탈로티오네인 유전자를 클로닝하기 위한 프라이머의 염기서열은 정방향 프라이머(5'-GCggatccATGTCTTGCTGCGGAGGA-3'; 서열번호 11) 및 역방향 프라이머(5'-CTgtcgac ACATTTGCAAGGTCG-3'; 서열번호 12)이다. 제3형 메탈로티오네인 유전자를 클로닝하기 위한 프라이머의 염기서열은 정방향 프라이머(5'-GCggatcc ATGTCGGACAAGTGCGGA-3'; 서열번호 13) 및 역방향 프라이머(5'-CTgtcgac GTGGCCACAGGTGCG-3'; 서열번호 14)이다.In order to confirm whether the IbMT gene of the present invention actually shows resistance to heavy metals, the IbMT gene was cloned into an E. coli expression vector. For this purpose, primers were prepared by binding the BamHI restriction enzyme sequence at the 5 'end and the SalI restriction enzyme sequence at the 3' end. The base sequences of the primers for cloning the type 1 metallothionein gene were forward primers (5'-GCggatcc ATGTCTTCCGGTTGCAAG-3 '; SEQ ID NO: 9) and reverse primers (5'-CTgtcgac ACAGTTGCAAGGGTC-3'; SEQ ID NO: 10). to be. The base sequences of the primers for cloning the type 2 metallothionein gene are forward primers (5'-GCggatccATGTCTTGCTGCGGAGGA-3 '; SEQ ID NO: 11) and reverse primers (5'-CTgtcgac ACATTTGCAAGGTCG-3'; SEQ ID NO: 12). . The base sequences of the primers for cloning the type 3 metallothionein gene are forward primers (5'-GCggatcc ATGTCGGACAAGTGCGGA-3 '; SEQ ID NO: 13) and reverse primers (5'-CTgtcgac GTGGCCACAGGTGCG-3'; SEQ ID NO: 14) to be.

Clonetech 사의 advantage2 중합효소를 이용하여 PCR을 수행하였고, 기대한 크기의 PCR 산물을 BamHI 및 SalI 제한효소로 절단 한 후, 대장균 발현 벡터인 pET28a 발현 벡터(novagen)에 클로닝 하였다. 시퀀싱을 통하여 전체 염기서열을 확인하였다. 확인된 발현 벡터를 대장균 발현 균주인 BL21(DE3) 세포에 형질전환 하여 IPTG를 이용한 IbMT 단백질의 발현을 유도하였다. 대장균을 37℃에서 흡광도 600nm의 OD 값이 0.4 내지 0.6이 될 때까지 키운 후, IPTG를 최종 농도 1 mM 이 되도록 첨가하여 25℃에서 계속 키우면서 IbMT 재조합 단백질의 생성을 유도하였다. 밤 동안 배양한 배지로부터 대장균을 수확한 후, 초음파로 세포를 파쇄하여 가용성 및 불용성 단백질을 추출하였다. SDS-PAGE 분석을 통하여 IbMT 단백질의 생성을 확인하였다.PCR was performed using Clonetech's advantage2 polymerase, and PCR products of expected size were digested with BamHI and SalI restriction enzymes and cloned into pET28a expression vector (novagen), an E. coli expression vector. Through sequencing, the entire nucleotide sequence was confirmed. The identified expression vector was transformed into E. coli expression strain BL21 (DE3) cells to induce the expression of IbMT protein using IPTG. Escherichia coli was grown at 37 ° C. until the OD value of absorbance 600 nm became 0.4 to 0.6, and then IPTG was added to a final concentration of 1 mM to continue growing at 25 ° C. to induce the production of IbMT recombinant protein. E. coli was harvested from the culture medium overnight, and then the cells were disrupted by ultrasound to extract soluble and insoluble proteins. SDS-PAGE analysis confirmed the production of IbMT protein.

IbMT1 단백질의 경우, 조(crude) 추출물에서 발현이 확인되지 않아서 벡터의 N 말단에 있는 his-tag으로 Ni-컬럼에서 정제를 한 후 발현을 확인하였다(도 6A). IbMT2 단백질의 경우 불용성 단백질의 조 추출물에서 발현이 확인되었으며(도 6B), IbMT3 단백질의 경우 가용성 단백질의 조 추출물에서 발현이 확인되었다(도 6C).In the case of IbMT1 protein, expression was not confirmed in the crude extract, and purification was performed in the Ni-column with his-tag at the N-terminus of the vector (FIG. 6A). In the case of IbMT2 protein, expression was confirmed in the crude extract of insoluble protein (FIG. 6B), and in the case of IbMT3 protein, expression was observed in the crude extract of soluble protein (FIG. 6C).

칼슘, 구리, 카드뮴, 철, 망간, 마그네슘, 납 및 아연과 같은 중금속이 포함된 대장균 배지에서 IbMT 유전자를 포함하는 대장균의 생장을 빈(empty) 벡터가 형질전환된 대장균과 비교하였다. IbMT1 및 IbMT2 유전자의 경우 칼슘, 구리, 망간, 마그네슘 및 납과 같은 중금속에 약간의 저항성을 보였으나 카드뮴 및 아연이 포함된 배지에서는 전혀 생장하지 못했으며 철을 포함하는 배지에서는 빈(empty) 벡터를 발현하는 대장균과 같은 생장을 보였다. IbMT3 유전자의 경우도 IbMT1 및 IbMT2와 동일한 중금속 저항성을 보였으나 대장균의 생장이 훨씬 좋았다. 따라서 본 발명의 IbMT 유전자들이 칼슘, 구리, 망간, 마그네슘 및 납과 같은 중금속에 저항성을 갖는 것을 직접적으로 확인할 수 있었다(표 1).The growth of E. coli containing the IbMT gene in E. coli medium containing heavy metals such as calcium, copper, cadmium, iron, manganese, magnesium, lead and zinc was compared with E. coli transformed with an empty vector. The IbMT1 and IbMT2 genes showed some resistance to heavy metals such as calcium, copper, manganese, magnesium, and lead, but did not grow at all in the medium containing cadmium and zinc, and the empty vector in the medium containing iron. It showed the same growth as the expressing Escherichia coli. The IbMT3 gene showed the same heavy metal resistance as IbMT1 and IbMT2, but E. coli showed much better growth. Therefore, the IbMT genes of the present invention were directly confirmed to have resistance to heavy metals such as calcium, copper, manganese, magnesium and lead (Table 1).

대장균에서 발현된 IbMTs의 중금속 내성Heavy Metal Resistance of IbMTs Expressed in Escherichia Coli 칼슘calcium 구리Copper 카드뮴cadmium iron 망간manganese 마그네슘magnesium lead 아연zinc IbMT1IbMT1 ++ ++ NGNG -- ++ ++ ++ NGNG IbMT2IbMT2 ++ ++ NGNG -- ++ ++ ++ NGNG IbMT3IbMT3 ++++++ ++++++ NGNG -- ++++++ ++++++ ++++++ NGNG

+: 잘 생장함, -: 빈(empty) 벡터와 동일, NG: 생장 없음. +: Grows well,-: same as empty vector, NG: no growth.

<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> IbMT2 gene from Ipomoea batatas and uses thereof <130> PN10044 <160> 14 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 249 <212> DNA <213> Ipomoea batatas <400> 1 atgtcttgct gcggaggaaa ctgtggctgc ggctctgcct gcaagtgcgg cagcggctgt 60 ggaggatgtg gcatgttccc tgatgtggag aatgtcaaga ctgtcaccct tattcagggt 120 gttgcaccag tgaacaacaa cacttttgag ggagctgaga tgggcgcaga gggaggagat 180 gggtgcaact gtggatcagg cagctgcagc tgtggaccag cctgtgcctg cgacccttgc 240 aaatgttga 249 <210> 2 <211> 82 <212> PRT <213> Ipomoea batatas <400> 2 Met Ser Cys Cys Gly Gly Asn Cys Gly Cys Gly Ser Ala Cys Lys Cys 1 5 10 15 Gly Ser Gly Cys Gly Gly Cys Gly Met Phe Pro Asp Val Glu Asn Val 20 25 30 Lys Thr Val Thr Leu Ile Gln Gly Val Ala Pro Val Asn Asn Asn Thr 35 40 45 Phe Glu Gly Ala Glu Met Gly Ala Glu Gly Gly Asp Gly Cys Asn Cys 50 55 60 Gly Ser Gly Ser Cys Ser Cys Gly Pro Ala Cys Ala Cys Asp Leu Ala 65 70 75 80 Asn Val <210> 3 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 3 atgtcttccg gttgcaag 18 <210> 4 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 4 acagttgcaa gggtc 15 <210> 5 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 5 atgtcttgct gcggagga 18 <210> 6 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 6 acatttgcaa ggtcg 15 <210> 7 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 7 atgtcggaca agtgcgga 18 <210> 8 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 8 gtggccacag gtgcg 15 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 9 gcggatccat gtcttccggt tgcaag 26 <210> 10 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 10 ctgtcgacac agttgcaagg gtc 23 <210> 11 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 11 gcggatccat gtcttgctgc ggagga 26 <210> 12 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 12 ctgtcgacac atttgcaagg tcg 23 <210> 13 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 13 gcggatccat gtcggacaag tgcgga 26 <210> 14 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 14 ctgtcgacgt ggccacaggt gcg 23 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> IbMT2 gene from Ipomoea batatas and uses <130> PN10044 <160> 14 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 249 <212> DNA <213> Ipomoea batatas <400> 1 atgtcttgct gcggaggaaa ctgtggctgc ggctctgcct gcaagtgcgg cagcggctgt 60 ggaggatgtg gcatgttccc tgatgtggag aatgtcaaga ctgtcaccct tattcagggt 120 gttgcaccag tgaacaacaa cacttttgag ggagctgaga tgggcgcaga gggaggagat 180 gggtgcaact gtggatcagg cagctgcagc tgtggaccag cctgtgcctg cgacccttgc 240 aaatgttga 249 <210> 2 <211> 82 <212> PRT <213> Ipomoea batatas <400> 2 Met Ser Cys Cys Gly Gly Asn Cys Gly Cys Gly Ser Ala Cys Lys Cys   1 5 10 15 Gly Ser Gly Cys Gly Gly Cys Gly Met Phe Pro Asp Val Glu Asn Val              20 25 30 Lys Thr Val Thr Leu Ile Gln Gly Val Ala Pro Val Asn Asn Asn Thr          35 40 45 Phe Glu Gly Ala Glu Met Gly Ala Glu Gly Gly Asp Gly Cys Asn Cys      50 55 60 Gly Ser Gly Ser Cys Ser Cys Gly Pro Ala Cys Ala Cys Asp Leu Ala  65 70 75 80 Asn val         <210> 3 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 3 atgtcttccg gttgcaag 18 <210> 4 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 4 acagttgcaa gggtc 15 <210> 5 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 5 atgtcttgct gcggagga 18 <210> 6 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 6 acatttgcaa ggtcg 15 <210> 7 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 7 atgtcggaca agtgcgga 18 <210> 8 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 8 gtggccacag gtgcg 15 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 9 gcggatccat gtcttccggt tgcaag 26 <210> 10 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 10 ctgtcgacac agttgcaagg gtc 23 <210> 11 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 11 gcggatccat gtcttgctgc ggagga 26 <210> 12 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 12 ctgtcgacac atttgcaagg tcg 23 <210> 13 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 13 gcggatccat gtcggacaag tgcgga 26 <210> 14 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 14 ctgtcgacgt ggccacaggt gcg 23

Claims (11)

서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진, 고구마(Ipomoea batatas L. cv Yulmi) 유래의 중금속 내성 관련 IbMT2(Ipomoea batatas metallothionein 2) 단백질. Ipomoea , consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 batatas IbMT2 ( Ipomoea ) Related to Heavy Metal Resistance from L. cv Yulmi) batatas metallothionein 2) protein. 제1항의 단백질을 코딩하는 유전자.Gene encoding the protein of claim 1. 제2항에 있어서, 상기 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 유전자.3. The gene according to claim 2, wherein the gene consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 제2항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector comprising the gene of claim 2. 제4항의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포.A host cell transformed with the recombinant vector of claim 4. 제4항의 재조합 벡터를 식물세포에 형질전환시켜 IbMT2 유전자를 과발현하는 단계를 포함하는 식물의 중금속 내성을 증진시키는 방법.A method of enhancing heavy metal resistance of a plant, comprising the step of transforming the recombinant vector of claim 4 into a plant cell, wherein said plant is overexpressed. 제6항에 있어서, 상기 중금속은 칼슘, 구리, 망간, 마그네슘 또는 납인 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the heavy metal is calcium, copper, manganese, magnesium or lead. 제6항의 방법에 의해 제조된 중금속 내성이 증진된 형질전환 식물체. Transgenic plant with enhanced heavy metal resistance produced by the method of claim 6. 제8항에 따른 식물체의 종자.Seeds of plants according to claim 8. 제4항의 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 중금속 내성 형질전환 식물체의 제조 방법.
Transforming a plant cell with the recombinant vector of claim 4; And
Method for producing a heavy metal resistant transformed plant comprising the step of regenerating the plant from the transformed plant cells.
제2항의 유전자를 포함하는, 식물의 중금속 내성을 증진시키기 위한 조성물.A composition for enhancing heavy metal resistance of a plant, comprising the gene of claim 2.
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