KR20140028655A - Method for producing transgenic plant with inhibited photorespiration and increased resistance to stress using the gene from cyanobacteria and the plant thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for enhancing stress resistance by transforming a plant cell with a plant expression vector and suppressing photorespiration in a plant; a method for producing the transgenic plant with inhibited photorespiration and enhanced stress resistance compared with a wild type by transforming the plant cell with a recombinant vector containing the gene; a transgenic plant produced thereby with inhibited photorespiration and enhanced stress resistance compared with a wild type; and a composition containing seeds of the transgenic plant and the expression vector of the gene for inhibiting photorespiration and enhancing stress resistance in the plant. The plant expression vector contains: a glycolate dehydrogenase 1 (glcD1) coding gene derived from cyanobacteria; or a glycolate carboligase (gcl) coding gene and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene.

Description

시아노박테리아 유래 유전자를 이용한 광호흡 억제 및 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조방법 및 그에 따른 식물체{Method for producing transgenic plant with inhibited photorespiration and increased resistance to stress using the gene from cyanobacteria and the plant thereof}Method for producing transgenic plant with inhibited photorespiration and increased resistance to stress using the gene from cyanobacteria and the plant according to the present invention.

본 발명은 시아노박테리아 유래 유전자를 이용한 광호흡 억제 및 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조방법 및 그에 따른 식물체에 관한 것으로, 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 식물 발현 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 식물체의 광호흡을 억제시키고, 스트레스 내성을 증진시키는 방법, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환시켜 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자 및 상기 유전자의 발현 벡터를 함유하는 식물체의 광호흡 및 스트레스 내성 증진용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a transgenic plant having enhanced photosynthesis inhibition and stress resistance using a cyanobacteria-derived gene, and to a plant according thereto. ) Coding genes; Or inhibiting plant breathing by transforming plant cells with a plant expression vector comprising a glucolate carboligase (gcl) coding gene and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene. And a method for improving stress resistance, transforming with a recombinant vector comprising the gene, thereby inhibiting photorespiration compared to wild type, and producing a transformed plant having enhanced stress resistance, optical respiration compared to wild type produced by the above method. The present invention relates to a composition for enhancing photorespiration and stress resistance of a transformed plant, which is inhibited and has enhanced stress resistance, and a seed thereof and a plant containing an expression vector of the gene.

광합성은 식물로 하여금 독립영양 생활을 지속하게 할 뿐만 아니라 지구에서 여타 유기체에 최저 생활 수단을 제공해 주는 독특한 에너지 변환 프로세스이다. 엽록체에 존재하는 중요 효소인 리불로오스-1,5-비스포스페이트 카르복실라아제/옥시게나아제(Rubisco)는 광합성의 암반응에서 CO2 고정(카르복실화 반응)을 담당하고 있어, 2개 분자의 3-포스포글리세레이트(3PGA)의 형성을 유도한다. 상기 명칭이 나타내듯, 루비스코는 또한 카르복실화 대신 O2 고정(산소 첨가)을 할 수도 있는데, 이는 1개 분자의 3PGA 및 1개의 2-포스포글리콜레이트(2PG)의 형성을 유도한다. 생성된 2PG는 식물에 대해 독성인데, 이는 2PG가 Calvin-Bensin 사이클에서 독특한 단계(distinct steps)를 저해하기 때문이다. 따라서, 2PG의 분해가 필요한데, 이는 식물이 광호흡 글리콜레이트 경로를 이용함으로써 행해지고, 여기서 2개 분자의 2PG는 1개 분자의 3PGA, CO2 및 암모니아로 변환된다. C3 식물은 상기 프로세스에서 25%의 고정된 CO2를 상실하고, 광호흡 경로를 통해 ATP 및 NADPH를 소모하며 치명적인 암모니아를 이화시킨다. Photosynthesis is a unique energy conversion process that not only allows plants to sustain their independent nutrition, but also provides the lowest means of living for other organisms on Earth. Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase (Rubisco), an important enzyme present in the chloroplast, is responsible for CO 2 fixation (carboxylation) in the photosynthetic cancer reaction. Induces the formation of 3-phosphoglycerate (3PGA). As the name implies, Rubisco also substitutes O 2 for carboxylation. Fixation (oxygenation) can also be made, which leads to the formation of one molecule of 3PGA and one 2-phosphoglycolate (2PG). The 2PG produced is toxic to plants because 2PG inhibits distinct steps in the Calvin-Bensin cycle. Thus, decomposition of 2PG is required, which is done by plants using the photorespiratory glycolate pathway, where 2 molecules of 2PG are converted into 1 molecule of 3PGA, CO 2 and ammonia. C3 plants lose 25% of fixed CO 2 in this process, consume ATP and NADPH through the photorespiration pathway and catalyze lethal ammonia.

C4 유형의 광합성을 가진 식물(옥수수, 사탕수수 등)은 광호흡을 최소화할 CO2 농축 메커니즘(CCM)을 갖고 있는 한편, C3 식물은 광호흡을 통해 6.1% 에너지를 상실하는 것으로 추산된다. 그러나, 연구에 의하면 그러한 현상은 식물의 생존에 필수적임이 나타났다. 따라서, 그러한 상실은 C3 식물에서 신규하고 더 짧은 2PG 대사 경로를 설치함으로써 완전하게 소멸되지 않는다면 최소화될 수 있다는 것이 제안되었다. 시아노박테리아 모델 균주 시네코시스티스 속(Synechocystis sp.) PCC 6803은 3가지 상이한 2PG 대사 경로를 보유하고 있다: 1) 식물 유사 2-C 사이클, 2) 박테리아 유사 글리세레이트 경로, 및 3) 독특한 탈카르복실화 경로(distinct decarboxylation pathway). 이들 경로들은 시아노박테리아로 하여금 Rubisco 부근에 CO2를 다시 유리시키도록 하여, 시아노박테리아에서 기존 CCM을 강화하고, 결과적으로 심지어 C3 식물의 것보다도 더 낮은 시아노박테리아-Rubisco의 더 낮은 CO2 친화성을 보충한다.C4 type photosynthetic plants (corn, sugar cane, etc.) have a CO 2 enrichment mechanism (CCM) to minimize photorespiration, while C3 plants are estimated to lose 6.1% energy through photorespiration. However, research has shown that such phenomena are essential for plant survival. Thus, it has been suggested that such loss can be minimized if it is not completely extinguished by installing new and shorter 2PG metabolic pathways in C3 plants. Cyanobacteria model strain Synechocystis sp . PCC 6803 possesses three different 2PG metabolic pathways: 1) plant-like 2-C cycles, 2) bacterial-like glycerate pathways, and 3) unique dislocations. Distinct decarboxylation pathway. These pathways cause cyanobacteria to re-release CO 2 near Rubisco, strengthening existing CCM in cyanobacteria and consequently lowering the lower CO 2 of cyanobacteria-Rubisco even lower than that of C3 plants. Supplement affinity.

본 발명자들은 감자 식물에서 시아노박테리아 글리세레이트 경로의 구성요소들이 엽록체를 표적으로 하게끔 변형시키는 연구를 시도했다. 오직 glcD1를 발현하는 형질전환 감자 "Desiree" 식물 (synGDH 식물로 지칭) 및 분리된 독립된 계통에서 gcl tsr 유전자를 함께 발현하는 식물(synGT 식물로 지칭)을 개발했다. 상기 식물들은 키메라 유전자의 안정한 도입 및 발현을 나타냈다. 현재, 본 발명자들은 synGT 발현 식물을 glcD1을 이용해 재-형질전환하여 경로를 완료하려는 시도를 하고 있다. 이는 먼저 작물용 식물에서 시아노박테리아의 글리세레이트 경로의 구성요소들의 안정한 형질전환을 보여주는 최초의 보고인데, 이것은 끊임없이 변화하는 기후에서 감자 작물 식물 기능을 개선시킬 수 있다.The inventors have attempted to modify the components of the cyanobacterial glycerate pathway in potato plants to target the chloroplasts. But transgenic potato "Desiree" plants expressing glcD1 (referred to as synGDH plants) in separate lines and separate gcl And plants expressing the tsr gene together (referred to as synGT plants). The plants showed stable introduction and expression of chimeric genes. At present, we are attempting to re-transform synGT expressing plants with glcD1 to complete the pathway. This is the first report showing stable transformation of components of the cyanobacterial glycerate pathway in crop plants, which can improve potato crop plant function in a constantly changing climate.

한편, 한국등록특허 제0769755호에서는 PCK형 C4 회로가 개시되어 있으나, 본 발명에서와 같이 시아노박테리아 유래 유전자를 이용한 광호흡 억제 및 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조방법 및 그에 따른 식물체에 대해서는 개시된 바가 없다.On the other hand, Korean Patent No. 0769755 discloses a PCK type C4 circuit, but as described in the present invention, a method for producing a transgenic plant having enhanced photosynthesis inhibition and stress resistance using a cyanobacteria-derived gene and a plant according thereto are described. It has not been disclosed.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명에서는 시아노박테리아 유래 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase1, glcD1) 코딩 유전자를 도입한 식물체(synGDH로 명명함) 및 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 및 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자를 동시에 발현하는 식물체(synGT로 명명함)를 제작하였고, 이들 식물체에서 유전자의 도입과 발현을 PCR 및 RT-PCR을 통해 확인한 결과 synGDH 식물체에서 글리옥실산의 함량이 19% 증가 되었으며, 두 종류의 형질전환 식물체 synGDH 및 synGT에서는 비형질전환체에 비해 생중량이 각각 25% 및 19% 증가되었으며, 각 식물체에서 생산된 감자 괴경의 무게는 비형질전환체에 비해 각각 38% 및 26% 증가되었음을 확인하였다. 또한 고온 및 강광의 스트레스 조건에서 synGDH 식물체는 비형질전환체 및 synGT 식물체에 비해 8-10% 높은 광합성효율(Fv/Fm)을 유지하였으며, 동일한 조건에서 synGDH 식물체에서 엽록소 함량의 감소(6%)는 비형질전환체(11.6%) 및 synGT 식물체(9%) 보다 낮았다. 또한, 고온 및 강광의 스트레스 처리 후 synGDH 식물체의 건조 중량은 비형질전환체 및 synGT 식물체보다 각각 16.5% 및 14.5% 높게 나타났다. 이러한 결과를 통해, 상기 유전자들의 유용성을 식물에서 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention is derived from the above requirements, and in the present invention, a plant (named synGDH) and glycolic acid carbo-linking enzyme (incorporated with cyglate dehydrogenase1, glcD1) encoding genes are introduced. A plant (named synGT) that expresses glucolate carboligase (gcl) and tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding genes simultaneously was constructed, and the introduction and expression of the genes in these plants were determined by PCR and RT-PCR. As a result, the glyoxylic acid content in synGDH plants increased by 19%, and in the two types of transgenic plants synGDH and synGT, the biomass was increased by 25% and 19%, respectively, compared to the non-transformants. The weight of potato tubers was increased 38% and 26%, respectively, compared to the non-transformants. In addition, synGDH plants maintained 8-10% higher photosynthetic efficiency (Fv / Fm) than nontransformers and synGT plants under high temperature and stress conditions, and the chlorophyll content (6%) decreased in synGDH plants under the same conditions. Was lower than nontransformers (11.6%) and synGT plants (9%). In addition, the dry weight of synGDH plants after stress treatment at high temperature and hardening was 16.5% and 14.5% higher than nontransformers and synGT plants, respectively. Through these results, the present invention was completed by confirming the utility of the genes in plants.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 식물 발현 벡터로 식물세포를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 광호흡을 억제시키고, 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a glycolic acid dehydrogenase (glycolate dehydrogenase 1, glcD1) coding gene derived from cyanobacteria; Or transforming a plant cell with a plant expression vector comprising a glycolic acid carboigase (gcl) coding gene and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene. It provides a method of suppressing photorespiration and enhancing stress resistance.

또한, 본 발명은 시아노박테리아 유래의 글리콜산 탈수소효소(glcD1) 코딩 유전자; 또는 글리콜산 카르보연결효소(gcl) 코딩 유전자 및 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a glycolic acid dehydrogenase (glcD1) coding gene derived from cyanobacteria; Or compared to the wild type comprising the step of transforming with a recombinant vector comprising a glycolic acid carbo ligase (gcl) coding gene and tartron acid semialdehyde reductase (tsr) coding gene; It provides a method for producing a transformed plant.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant and its seeds that are suppressed in photorespiration and enhanced stress resistance compared to the wild type produced by the method.

또한, 본 발명은 시아노박테리아 유래의 글리콜산 탈수소효소(glcD1) 코딩 유전자; 또는 글리콜산 카르보연결효소(gcl) 코딩 유전자 및 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 재조합 발현 벡터를 함유하는 식물체의 광호흡 억제 및 스트레스 내성 증진용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a glycolic acid dehydrogenase (glcD1) coding gene derived from cyanobacteria; Or it provides a composition for inhibiting photorespiration and stress resistance of a plant containing a recombinant expression vector comprising a glycolic acid carbo-linking enzyme (gcl) coding gene and tartron acid semialdehyde reductase (tsr) coding gene.

본 발명의 시아노박테리아 유래의 글리콜산 탈수소효소(glcD1) 코딩 유전자; 또는 글리콜산 카르보연결효소(gcl) 코딩 유전자 및 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 식물 발현 벡터의 형질전환을 통해 제조된 synGDH 또는 synGT 감자 식물체는 생중량 및 괴경 중량이 야생형에 비해 유의하게 증가하고, 특히, synGDH 감자 형질전환체는 고온 및 강광 스트레스 조건에서 광합성 효율, 엽록소 함량 감소 비율 폭이 synGT 및 야생형에 비해 증가함으로, 본 발명에 따른 형질전환 식물체의 제조 방법은 광합성량 또는 바이오매스를 증대시키는데 유용하게 이용될 수 있다.Glycolic acid dehydrogenase (glcD1) coding gene derived from cyanobacteria of the present invention; Or synGDH or synGT potato plants prepared by transformation of plant expression vectors, including; glycolic acid carbo-linking enzyme (gcl) coding gene and tartron acid semialdehyde reductase (tsr) coding gene. Significantly increased compared to wild type, in particular, synGDH potato transformant increased the photosynthetic efficiency, chlorophyll content reduction ratio width at high temperature and intense stress conditions compared to synGT and wild type, the method of producing a transgenic plant according to the present invention It can be usefully used to increase the amount of photosynthesis or biomass.

도 1은 glcD1 단독 및 gcl tsr 유전자를 함께 엽록체에서 발현하는 형질전환 감자 식물체를 나타낸다. (A) 감자 형질전환에 이용한 pSGT의 T-DNA의 도식적인 대표도. 35S pro는 콜리플라워 모자이크 바이러스 프로모터이고, TEV는 전사 인핸서이고, chlTP는 루비스코(토마토)의 큰 서브유닛의 서열 유래의 수송 펩티드이고, gcl는 글리옥실레이트 카르보연결효소 cDNA이고, 35S Ter는 콜리플라워 모자이크 바이러스 유래의 종결 서열이고, tsr는 타르트로닉 세미알데히드 환원효소 cDNA임. (B) 감자 형질전환에 이용된 pSGD의 T-DNA 영역. glcD1이 글리콜레이트 디히드로게나아제 1 cDNA임을 제외하고는 모든 약어들이 A와 동일하다. (C) 줄기 및 잎 절편체로부터 신초가 재분화되는 대표적인 도면.
도 2는 비-형질전환(NT) 및 형질전환(synGT 및 synGDH) 식물의 RT-PCR 및 총 글리옥실레이트 함량을 나타낸다. (A) 비-형질전환 및 형질전환 식물의 잎에서의 gcl, tsr 및 glcD1 및 NPTII 유전자 발현의 RT-PCR 분석. 총 RNA로부터 첫번째-가닥 cDNA 합성 및 PCR 분석은 제조사의 지시사항에 따라 실시했다. 액틴을 내부 대조군으로 이용했다. 반응 생성물(8 ㎕)을 겔 전기영동을 통해 분석했다. NT는 비-형질전환 감자 식물이고, synGT는 gcl 및 tsr 유전자를 발현하는 형질전환 감자 식물이고, synGD는 glcD1 유전자를 발현하는 형질전환 감자 식물임. (B) 분광계를 통한 NT 및 형질전환 식물의 잎으로부터 총 글리옥실레이트 함량의 분석. 데이터는 3 개의 반복체의 평균±표준 편차(SD)로 나타냈다.
도 3은 NT 및 형질전환 식물의 표현형 및 바이오매스 관련 파라미터의 비교를 나타낸다. (A) 4주령 NT 및 형질전환 synGT 및 synGDH 식물의 사진. (B) DW는 건중량이고, TW는 괴경 중량이고, BM은 온실에서의 6주 성장 후 NT 및 형질전환 식물의 총 바이오매스 함량임. 데이터는 5개의 반복체의 평균±표준 편차(SD)로 나타냈다.
도 4는 토양에서 성장시킨 6-주령 비-형질전환(NT) 및 형질전환(synGDH, synGT) 식물에 대한 고온 (38℃) 및 높은 광(350 μE)의 영향을 나타낸다. (A) Fv/Fm 값을 수단으로 측정된 광-저해에 대한 고온 및 광의 영향. (B) 스트레스 처리 후 클로로필 함량에서의 상대적인 감소. (C) 온실 조건 하 스트레스 후 NT, synGDH 및 synGT 식물의 부분적인 건중량. 데이터는 3 개의 반복체의 평균± 표준 편차(SD)로 나타냈다.
1 is glcD1 alone and gcl And tsr Transgenic potato plants expressing genes in chloroplasts together. (A) Schematic representation of T-DNA of pSGT used for potato transformation. 35S pro is the cauliflower mosaic virus promoter, TEV is the transcriptional enhancer, chlTP is the transport peptide from the sequence of the large subunit of Rubisco (tomato), gcl is glyoxylate carbolinkase cDNA, 35S Ter is A termination sequence from cauliflower mosaic virus, tsr is a tartronic semialdehyde reductase cDNA. (B) T-DNA region of pSGD used for potato transformation. All abbreviations are the same as A except that glcD1 is glycolate dehydrogenase 1 cDNA. (C) Representative view of shoot regeneration from stem and leaf explants.
2 shows RT-PCR and total glyoxylate content of non-transformed (NT) and transformed (synGT and synGDH) plants. (A) RT-PCR analysis of gcl, tsr and glcD1 and NPTII gene expression in the leaves of non-transgenic and transgenic plants. First-strand cDNA synthesis and PCR analysis from total RNA was performed according to the manufacturer's instructions. Actin was used as internal control. The reaction product (8 μl) was analyzed via gel electrophoresis. NT is a non-transgenic potato plant, synGT is a transgenic potato plant expressing the gcl and tsr genes, and synGD is a transgenic potato plant expressing the glcD1 gene. (B) Analysis of total glyoxylate content from leaves of NT and transgenic plants by spectrometer. Data is expressed as mean ± standard deviation (SD) of three repeats.
3 shows a comparison of phenotypic and biomass related parameters of NT and transgenic plants. (A) Pictures of 4 week old NT and transformed synGT and synGDH plants. (B) DW is dry weight, TW is tuber weight and BM is total biomass content of NT and transgenic plants after 6 weeks of growth in greenhouse. Data is expressed as mean ± standard deviation (SD) of five repeats.
4 shows the effect of high temperature (38 ° C.) and high light (350 μE) on 6-week non-transformation (NT) and transgenic (synGDH, synGT) plants grown in soil. (A) Effects of high temperature and light on light-inhibition measured by means of Fv / Fm values. (B) Relative decrease in chlorophyll content after stress treatment. (C) Partial dry weight of NT, synGDH and synGT plants after stress under greenhouse conditions. Data is expressed as mean ± standard deviation (SD) of three repeats.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 식물 발현 벡터로 식물세포를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 광호흡을 억제시키고, 스트레스 내성을 증진시키는 방법을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention is a glycolic acid dehydrogenase (glycolate dehydrogenase 1, glcD1) coding gene derived from cyanobacteria; Or transforming a plant cell with a plant expression vector comprising a glycolic acid carboigase (gcl) coding gene and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene. It provides a method of suppressing photorespiration and enhancing stress resistance.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 glcD1, gcltsr 유전자는 바람직하게는 각각 서열번호 1, 서열번호 2 및 서열번호 3의 염기서열로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 염기 서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 구체적으로, 상기 유전자는 서열번호 1, 서열번호 2 또는 서열번호 3의 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.In the method according to an embodiment of the present invention, the glcD1 , gcl and tsr genes may be preferably composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, respectively. In addition, homologues of the nucleotide sequences are included within the scope of the present invention. Specifically, the gene is at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90%, most preferably at least 95% of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3, respectively Base sequences having sequence homology. "% Of sequence homology to polynucleotides" is ascertained by comparing the comparison region with two optimally aligned sequences, and a portion of the polynucleotide sequence in the comparison region is the reference sequence for the optimal alignment of the two sequences (I. E., A gap) relative to the < / RTI >

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.

본 발명에서, 상기 glcD1 또는 gcltsr 유전자 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 glcD1 Alternatively, the gcl and tsr gene sequences can be inserted into a recombinant expression vector. The term "recombinant expression vector" means a bacterial plasmid, a phage, a yeast plasmid, a plant cell virus, a mammalian cell virus, or other vector. In principle, any plasmid and vector can be used if it can replicate and stabilize within the host. An important characteristic of the expression vector is that it has a replication origin, a promoter, a marker gene and a translation control element.

glcD1 또는 gcltsr 유전자 서열 및 적당한 전사/번역 조절 신호를 포함하는 발현 벡터는 당업자에 주지된 방법에 의해 구축될 수 있다. 상기 방법은 시험관내 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. glcD1 Or expression vectors comprising gcl and tsr gene sequences 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 technology, DNA synthesis techniques, and in vivo recombination techniques. The DNA sequence can be effectively linked to appropriate promoters in the expression vector to drive mRNA synthesis. The expression vector may also include a ribosome binding site and a transcription terminator as a translation initiation site.

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.A preferred example of the recombinant vector of the present invention is a Ti-plasmid vector capable of transferring a so-called T-region to a plant cell when present in a suitable host, such as Agrobacterium tumefaciens. 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 유전자, aadA 유전자 등이 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 a property that can be selected by a chemical method, and includes all genes capable of distinguishing a transformed cell from a non-transformed cell. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate or phosphinothricin, kanamycin, G418, bleomycin, hygromycin, and chloramphenicol. Resistance gene, aadA gene, and the like, but are not limited thereto.

본 발명의 재조합 벡터에서, 프로모터는 CaMV 35S, 액틴, 유비퀴틴, pEMU, MAS, 히스톤 프로모터, Clp 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, histone promoter, Clp 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, constitutive promoters do not limit selectivity.

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, 대장균의 rrnB1/B2 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, and the rrnB1 / B2 terminator of E. coli, but are 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 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 미세주입법, 칼슘포스페이트 침전법, 전기천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법, 및 유전자 밤바드먼트 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있다.The method of carrying the vector of the present invention into the host cell may be carried out by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, gene bombardment or the like. Can be injected.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 스트레스는 고온 또는 강광일 수 있고, 바람직하게는 30~40℃의 고온 또는 300~400μE의 강광일 수 있고, 더욱 바람직하게는 38℃의 고온 또는 350μE의 강광일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method according to an embodiment of the present invention, the stress may be a high temperature or a strong light, preferably a high temperature of 30 to 40 ° C. or a hard light of 300 to 400 μE, and more preferably a high temperature of 38 ° C. or a hardening of 350 μE. May be, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및In addition, the present invention is a glycolic acid dehydrogenase (glycolate dehydrogenase 1, glcD1) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 from cyanobacteria; Or a glycolic acid carboligase (gcl) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3; Transforming the plant cell with the recombinant vector; And

상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.Provided is a method for producing a transgenic plant in which photorespiration is suppressed and stress resistance is enhanced as compared to the wild type comprising regenerating a plant from the transformed plant cell.

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 invention comprises the step of transforming a plant cell with a recombinant vector according to the present invention, the transformant is, for example, Agrobacterium tyumeo Pacific Enschede may be mediated by (Agrobacterium tumefiaciens). In addition, the method of the present invention comprises regenerating a transgenic plant from the transformed plant cell. Any of the methods known in the art can be used for regeneration of transgenic plants from transgenic plant cells.

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

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 스트레스는 고온 또는 강광일 수 있고, 바람직하게는 30~40℃의 고온 또는 300~400μE의 강광일 수 있고, 더욱 바람직하게는 38℃의 고온 또는 350μE의 강광일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method according to an embodiment of the present invention, the stress may be a high temperature or a strong light, preferably a high temperature of 30 to 40 ° C. or a hard light of 300 to 400 μE, and more preferably a high temperature of 38 ° C. or a hardening of 350 μE. May be, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant and its seeds that are suppressed in photorespiration and enhanced stress resistance compared to the wild type produced by the method.

본 발명의 일 구현 예에 따른 형질전환 식물체에서, 상기 식물체는 곡물, 땅콩, 담배, 시금치, 감자, 사탕무, 콩 등의 C3 식물체일 수 있고, 바람직하게는 감자 식물체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In a transformed plant according to an embodiment of the present invention, the plant may be a C3 plant, such as grains, peanuts, tobacco, spinach, potatoes, sugar beet, soybeans, preferably may be a potato plant, but is not limited thereto. .

본 발명의 일 구현 예에 따른 형질전환 식물체에서, 상기 감자 식물체는 감자 괴경의 무게가 야생형에 비해 증가된 것일 수 있다. 특히, synGDH 식물은 NT 및 synGT 식물에 비해 각각 38 및 16% 괴경 무게의 증가를 나타냈다.In a transformed plant according to an embodiment of the present invention, the potato plant may be an increase in the weight of potato tubers compared to wild type. In particular, synGDH plants showed an increase in 38 and 16% tuber weight, respectively, compared to NT and synGT plants.

또한, 본 발명은 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 재조합 발현 벡터를 함유하는 식물체의 광호흡 억제 및 스트레스 내성 증진용 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 유효성분으로 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 재조합 발현 벡터를 포함하며, 상기 재조합 발현 벡터를 식물체에 형질전환시킴으로써 식물체의 광호흡을 억제시키고, 스트레스 내성을 증진시킬 수 있는 것이다.
In addition, the present invention is a glycolic acid dehydrogenase (glycolate dehydrogenase 1, glcD1) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 from cyanobacteria; Or a glycolic acid carboligase (gcl) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3; It provides a composition for inhibiting photorespiration and enhancing stress resistance of a plant containing a recombinant expression vector. The composition is a glycolic acid dehydrogenase (glycolate dehydrogenase 1, glcD1) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 from cyanobacteria as an active ingredient; Or a glycolic acid carboligase (gcl) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3; Comprising a recombinant expression vector, and by transforming the recombinant expression vector to the plant is to suppress photorespiration of the plant, it is possible to enhance the stress resistance.

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

플라스미드 제조Plasmid Preparation

glcd1(sll0404), gcl(slr2088) 및 tsr(slr0229)의 코딩 서열은 공개적으로 이용가능한 http://genome.kazusa.or.jp/cyanobase로부터 다운로드 받았다. 각 유전자에 대응하는 프라이머는 BamHI 제한효소 부위를 갖도록 고안되었다(표 1). 유전자는 시네코시스티스 속(Synechocystis sp.) 균주 PCC 6803 (이후, PCC 6803) 게놈 DNA를 이용해 증폭했다. The coding sequences of glcd1 (sll0404), gcl (slr2088) and tsr (slr0229) were downloaded from the publicly available http://genome.kazusa.or.jp/cyanobase . Primers corresponding to each gene were designed to have a Bam HI restriction site (Table 1). The gene is Synechocystis sp.) strain PCC 6803 (hereinafter, PCC 6803) was amplified using genomic DNA.

서열 분석 후, 코딩 영역을 BamHI을 이용하여 셔틀 벡터에 라이게이션했다. 셔틀 벡터는 콜리플라워 모자이크 바이러스 35S 이중 프로모터(35S), 담배 eth 바이러스 5`-UTR 번역 인핸서(TEV) 및 토마토 루비스코의 작은 서브유닛 유래의 엽록체 수송 펩티드(chlTP) 및 35S 터미네이터를 갖는다. syngcl syntsr의 유전자 발현을 위한 카세트는 pCAMBIA2300의 동일한 T-DNA 내의 HindIII 및 SalI 부위에 각각 도입하고 pSGT로 정했다. 결과로서 수득한 glcd1 유전자 발현의 카셋트는 PstI 부위를 이용해 pCAMBIA2300 벡터로 도입하고 pSGD로 명명했다. 식물 발현 벡터를 냉동-해동 방법에 의해 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) 균주 GV3101로 형질전환시켰다.
After sequencing, coding regions were ligated to shuttle vectors using Bam HI. The shuttle vector has cauliflower mosaic virus 35S dual promoter (35S), tobacco eth virus 5′-UTR translation enhancer (TEV) and chloroplast transport peptide (chlTP) from a small subunit of tomato rubis and 35S terminator. syngcl And Cassettes for gene expression of syntsr were introduced into the Hin dIII and Sal I sites in the same T-DNA of pCAMBIA2300, respectively, and were designated pSGT. The resulting cassette of glcd1 gene expression was introduced into the pCAMBIA2300 vector using the Pst I site and named pSGD. The plant expression vector of frozen-thawed by Agrobacterium tumefaciens methods Solarium Tome Pacifico Enschede (Agrobacterium tumefaciens ) strain GV3101.

식물 재료, 형질전환 및 재분화Plant material, transformation and regeneration

불임성 감자 식물(Solanum tuberosum L.; cv. Desiree)을 본 발명의 형질전환 실험용으로 성장시켰다. 상기 식물을 페트리-플레이트에서 무균 번식시키고, 형질전환 및 재분화는 카나마이신(100 mgL-1) 식물 선별 마커의 단독 변형을 제외하고는 Ahmad 등(Ahmad et al. 2008 Plant Cell Rep 27: 687-698)에 기재된 바와 같이 수행했다.
Infertile Potato Plants ( Solanum tuberosum L .; cv. Desiree) was grown for the transformation experiments of the present invention. The plants were sterilely propagated in petri-plates, and transformation and regeneration were carried out by Ahmad et al. 2008 Plant Cell Rep 27: 687-698, except for the alone modification of kanamycin (100 mgL −1 ) plant selection marker. It was performed as described in.

PCRPCR  And RTRT -- PCRPCR 분석 analysis

게놈 DNA를 선행 문헌(Kim and Hamada 2005 Biotechnol Lett 27: 1841-1845)에 정의된 방법을 이용해 추출했다. PCR 반응은 2개의 수렴성 유전자 특이적 프라이머를 이용하는 PCR 프리믹스(Bioneer, Korea)에서 정제된 게놈 DNA를 이용해 실시했다. 증폭 반응은 94℃에서 5분 (1 사이클), 후속하여 27사이클 (94℃에서 30초, 60℃에서 30초 및 72℃에서 1분) 및 최종적으로 72℃에서 7 분간의 신장 사이클로 이루어졌다. PCR 생성물은 1% 아가로스 겔 상에서 분리하고, 에티듐 브로마이드로 염색하고, UV 하에 가시화했다. Genomic DNA was extracted using the method defined in the prior art (Kim and Hamada 2005 Biotechnol Lett 27: 1841-1845). PCR reactions were performed using genomic DNA purified from PCR premixes (Bioneer, Korea) using two astringent gene specific primers. The amplification reaction consisted of 5 minutes (1 cycle) at 94 ° C. followed by 27 cycles (30 seconds at 94 ° C., 30 seconds at 60 ° C. and 1 minute at 72 ° C.) and finally an extension cycle of 7 minutes at 72 ° C. PCR products were separated on 1% agarose gels, stained with ethidium bromide and visualized under UV.

RT-PCR 분석을 위해, 총 RNA를 제조사(QIAGEN, 독일)의 지시사항에 따라 RNeasy 식물 미니 키트로 추출하고, RNase가 없는 DNase I로 처리해 임의의 오염성 게놈 DNA를 제거했다. RNA(2㎍)를 제조사(Fermentas, USA)의 지시에 따라 역전사 반응에 사용했다. PCR은 1.00㎕의 3배 희석 첫번째-가닥 cDNA를 이용해 실시했다. 액틴(내부 표준)에 특이적인 프라이머 및 키메라 유전자를 표 1에 열거했다. 액틴, glcD1, gcl 및 tsr 유전자에 대한 PCR 조건은 사이클 당 30초였던 신장 시간을 제외하고는 상기 부분에 기재된 것과 같다.For RT-PCR analysis, total RNA was extracted with RNeasy Plant Mini Kit according to manufacturer's instructions (QIAGEN, Germany) and treated with DNase I without RNase to remove any contaminating genomic DNA. RNA (2 μg) was used for reverse transcription according to manufacturer's instructions (Fermentas, USA). PCR was performed using 1.00 μl 3-fold dilution first-stranded cDNA. Primers and chimeric genes specific for actin (internal standard) are listed in Table 1. PCR conditions for the actin, glcD1, gcl and tsr genes are as described above, except for the elongation time, which was 30 seconds per cycle.

Figure pat00001
Figure pat00001

gun 글리옥실레이트Glyoxylate 함량의 분석 Analysis of the content

총 글리옥실레이트 함량은 Rojano-Deldgado 등(Rojano-Deldgado et al. 2010 Talanta 82: 1757-1762)에 기재된 바와 같이 결정했다. 간략하게, 50mg의 잎 조직을 1mL 멸균 증류수에 잠기게 두고, 10분간 초음파로 추출했다. 추출된 액체를 각각 450㎕의 추출물을 포함하도록 2개의 1.5mL 튜브에 나누어 두고, 분취물 A 및 B로 정했다. 이후, 100mM 염산 (HCl)으로 50㎕의 새로 제조한 1% 페닐히드라진 용액을 각 튜브에 첨가하고, 60℃에서 10분간 배양했다. 시료를 20℃로 냉각시킨 후, 250㎕의 진한 HCl을 각 튜브에 첨가했다. 그 후, 100㎕의 1.6% 포타슘 페리시아나이드(물에 용해시킴)을 분취물 A에 첨가하는 한편, 동일한 양의 멸균 증류수를 분취물 B에 첨가했다. 글리옥실레이트 함량에 해당하는 520 nm에서의 흡광도 차이는 실온에서 12분의 인큐베이션 후 측정했다.
Total glyoxylate content was determined as described in Rojano-Deldgado et al. (Rojano-Deldgado et al. 2010 Talanta 82: 1757-1762). Briefly, 50 mg of leaf tissue was submerged in 1 mL sterile distilled water and extracted by ultrasound for 10 minutes. The extracted liquid was divided into two 1.5 mL tubes containing 450 μl of extract each, and aliquots A and B were defined. Then 50 μl of freshly prepared 1% phenylhydrazine solution with 100 mM hydrochloric acid (HCl) was added to each tube and incubated at 60 ° C. for 10 minutes. After the sample was cooled to 20 ° C., 250 μl of concentrated HCl was added to each tube. Thereafter, 100 μl of 1.6% potassium ferricyanide (dissolved in water) was added to Aliquot A, while the same amount of sterile distilled water was added to Aliquot B. The absorbance difference at 520 nm, corresponding to the glyoxylate content, was measured after 12 minutes of incubation at room temperature.

형질전환 식물의 형태적 특징 Morphological features of transgenic plants

형질전환 및 비-형질전환(NT) 식물은 시험관내 발근 발생에 의해 제조되었다. 서브컬쳐 10일 후, 신초는 토양 화분으로의 이식을 지지할 만큼 충분한 뿌리를 생성했다. 식물을 임의의 비료 보충 없이 온실 조건에서 성장시켰다. 성장 6주 후, 식물을 수확하고, 그의 지면의 생중량 및 괴경 생중량을 결정했다. 지면 부분의 건조 중량은 60℃에서 72시간 동안 식물을 건조시킨 후 측정했다.
Transformed and non-transformed (NT) plants were prepared by in vitro rooting development. After 10 days of subculture, shoots produced enough roots to support transplantation into soil pollen. The plants were grown in greenhouse conditions without any fertilizer supplementation. After 6 weeks of growth, the plants were harvested and their ground weight and tuber fresh weight determined. The dry weight of the ground portion was measured after drying the plants at 60 ° C. for 72 hours.

고온 및 높은 광(光) 조건에서의 성장 분석Growth analysis at high temperature and high light conditions

식물(6 주령)을 60% 상대 습도의 성장 챔버 내부에서 3 일간 16/8 hr 명암 조건에서 고온 38/32℃에 각각 적용시켰다. 또한 광(光) 조건을 약간 높은 (350 μE) 값에 설정해 광호흡 조건을 도입했다. 식물에 규칙적인 간격으로 물을 공급해 고온으로 인한 가뭄 조건을 피했다. 처리 초기에, 상부로부터의 4 번째 완전히 펼쳐진 잎을 표시해 전체 검정 동안의 클로로필 형광 (Fv/Fm) 및 클로로필 함량을 기록하고, 바이오매스 축적을 스코어링하기 위한 지점으로 제공했다. Fv/Fm 및 클로로필 함량을 0시간에 측정해 처리 시작을 나타냈고, 그 후 고온 처리 2, 24 및 72시간 후 측정했다. Fv/Fm은 표시한 잎으로부터의 30분 암(暗) 적응 후 휴대용 클로로필 형광 측정기(Handy PEA, Hansatech, 영국)를 통해 기록했다. 클로로필 함량은 휴대용 비파괴 클로로필 측정기(SPAD-502 plus, Konica Minolta, 일본)를 이용해 측정했다. The plants (6 weeks old) were each applied to high temperature 38/32 ° C. in 16/8 hr light and dark conditions for 3 days inside a growth chamber at 60% relative humidity. The light breathing conditions were also introduced by setting the light conditions to slightly higher values (350 μE). Plants were watered at regular intervals to avoid drought conditions caused by high temperatures. At the beginning of treatment, the fourth fully unfolded leaf from the top was marked to record chlorophyll fluorescence (Fv / Fm) and chlorophyll content during the entire assay and served as a point for scoring biomass accumulation. Fv / Fm and chlorophyll content were measured at 0 hours to indicate the start of treatment, which was then measured after 2, 24 and 72 hours of high temperature treatment. Fv / Fm was recorded via a handheld chlorophyll fluorimeter (Handy PEA, Hansatech, UK) after 30 min dark adaptation from the indicated leaves. Chlorophyll content was measured using a portable non-destructive chlorophyll meter (SPAD-502 plus, Konica Minolta, Japan).

스트레스 처리 3일 후, 식물은 정상 성장 조건의 온실로 이동시키고, 2주 더 성장하게 했다. 그 후, 줄기를 표시한 잎으로부터 잘라내고, 건중량(부분 건중량으로 정함)을 상기 기재된 바와 같이 시료를 건조시킨 후 측정했다. 괴경은 또한 수확하여, 생중량을 기록하고 비교했다.
After three days of stress treatment, the plants were transferred to the greenhouse under normal growth conditions and allowed to grow for another two weeks. Thereafter, the stems were cut out from the leaves, and the dry weight (specified as partial dry weight) was measured after drying the sample as described above. The tubers were also harvested, recorded and compared for their fresh weight.

실시예Example 1. 형질전환 감자 식물의 개발 1. Development of Transgenic Potato Plants

gcl tsr에 해당하는 cDNA를 식물 발현 벡터 pSGT(도 1A)에 클로닝하는 한편, glcD에 대해서는 벡터 pSGD에 클로닝했다 (도 1B). 단백질을 형질전환 식물의 엽록체에 표적화시키기 위해 토마토 루비스코의 작은 서브유닛 유래의 엽록체 수송 펩티드(chlTP)는 코딩 영역의 상류에 라이게이션하였다. 결과로서 수득한 플라스미드를 감자 형질전환을 위해 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) GV3101 균주로 형질전환시켰다. 추정의 재분화된 감자 식물을 카나마이신을 식물 선별 마커로 포함하는 MS 배지(적당한 호르몬이 있는 재분화 배지) 상에서 선별했다. 선별 배지 상의, 줄기 또는 잎 절편체로부터 재분화된 추정의 형질전환 계통(도 1C)은 신초의 신속한 발근을 보장하기 위해 카나마이신을 제거한 MS 배지에 옮겼다. 비-선별 배지 상에서의 성장을 통한 미력한 힘을 얻은 후, 신초는 형질전환 계통을 최종적으로 스크리닝하기 위해 카나마이신을 포함한 MS 배지로 옮겼다. 추가로 중합효소 연쇄 반응(PCR) 분석은 선별 배지 상에서 NT 식물에 비해 강한 발근이 있는 신초의 게놈 DNA를 이용해 수행했다(데이터 미제시). glcD1 발현 식물의 PCR 스크리닝된 양성 계통을 synGDH(syn 및 GD는 Synechocystis PCC 6803 및 글리콜레이트 디히드로게나아제에 해당)로 정한 한편, gcl tsr 발현 계통은 synGT(여기서, GT는 gcltsr에 해당)로 정했다. synGT 및 synGDH의 선별된 계통의 게놈 DNA PCR 분석은 키메라 유전자의 감자 게놈으로의 안정한 형질전환을 나타내었다(데이터 미제시). gcl And have cloned the cDNA corresponding to the vector tsr pSGD for Meanwhile, glcD cloning in plant expression vectors pSGT (Fig. 1A) (Figure 1B). Chloroplast transport peptide (chlTP) from a small subunit of tomato rubis was ligated upstream of the coding region to target the protein to the chloroplasts of the transgenic plant. The resulting plasmid was transformed with Agrobacterium tumefaciens GV3101 strain for potato transformation. Putative redifferentiated potato plants were selected on MS medium (redifferentiation medium with appropriate hormones) containing kanamycin as plant selection marker. Putative putative transformation lines (FIG. 1C) re-differentiated from stem or leaf explants on selection medium were transferred to MS medium without kanamycin to ensure rapid rooting of shoots. After gaining potent force through growth on non-selective medium, shoots were transferred to MS medium containing kanamycin to finally screen for transgenic lines. In addition, polymerase chain reaction (PCR) analysis was performed using genomic DNA of shoots with strong rooting compared to NT plants on selection medium (data not shown). PCR screened positive strains of glcD1 expressing plants were defined as synGDH (syn and GD correspond to Synechocystis PCC 6803 and glycolate dehydrogenase), while gcl And The tsr expression lineage was defined as synGT, where GT corresponds to gcl and tsr . Genomic DNA PCR analysis of selected strains of synGT and synGDH showed stable transformation of the chimeric gene into the potato genome (data not shown).

실시예Example 2. 형질전환 식물에서의 외래 유전자 발현의 분석  2. Analysis of Foreign Gene Expression in Transgenic Plants

형질전환 계통에서의 외래 유전자의 안정한 도입 및 전사를 평가하기 위해, 온실 성장 형질전환 식물의 전체 RNA(DNA 없음)로부터 RT-PCR을 수행했다. 희석된 cDNA로부터 수득된 각 외래 유전자의 증폭 프로파일(도 2A)은 외래 유전자의 안정한 도입 및 전사를 나타냈다. NPTII 유전자의 도입 및 발현은 synGT 및 synGDH 식물로 하여금 선별 배지에서 성장할 수 있게 해 준다. synGT에서의 외래 유전자 gcl tsr은 주목할만한 수준으로 발현했으나, tsrgcl에 비해 더 높은 비율로 발현했다(도 2). 유사하게, glcD1 유전자가 또한 synGDH 식물에서 만족스런 발현을 나타냈다.
To assess the stable introduction and transcription of foreign genes in the transgenic line, RT-PCR was performed from the total RNA (no DNA) of the greenhouse growing transgenic plants. The amplification profile of each foreign gene obtained from the diluted cDNA (FIG. 2A) showed stable introduction and transcription of the foreign gene. Introduction and expression of the NPTII gene allows synGT and synGDH plants to grow in selection media. foreign genes gcl and in synGT tsr was expressed at remarkable levels, but tsr was expressed at a higher rate than gcl (FIG. 2). Similarly, the glcD1 gene also showed satisfactory expression in synGDH plants.

실시예Example 3. 총  3. Gun 글리옥실레이트Glyoxylate 함량의 결정 Determination of content

온실에서 성장된 NT 및 형질전환 계통으로부터의 총 글리옥실레이트 함량을 결정했다. 분석은 synGDH 식물이 NT 및 synGT 식물에 비해 더 높은 글리옥실레이트 함량을 축적한다는 점을 보여줬다. 잎 시료로부터 결정된 총 글리옥실레이트는 NT 식물의 경우 2.65 ㎍/g FW (생중량)을 축적한 반면, synGT 식물은 2.72 ㎍/g FW 를 축적했다. 그러나, synGDH 식물은 3.14 ㎍/g FW 글리옥실레이트 함량을 축적했다(도 2B). NT 및 synGT 식물과 비교하여, synGDH 식물은 각각 18 및 19% 더 높은 글리옥실레이트 함량을 축적했다.
Total glyoxylate content from NT and transgenic lines grown in greenhouses was determined. The analysis showed that synGDH plants accumulate higher glyoxylate content compared to NT and synGT plants. Total glyoxylates determined from the leaf samples accumulated 2.65 μg / g FW (raw weight) for NT plants, while synGT plants accumulated 2.72 μg / g FW. However, synGDH plants accumulated 3.14 μg / g FW glyoxylate content (FIG. 2B). Compared to NT and synGT plants, synGDH plants accumulated 18 and 19% higher glyoxylate content, respectively.

실시예Example 4. 형질전환 식물의 증진된  4. Improved Transgenic Plants 바이오매스Biomass 축적 accumulation

동일 크기 및 건강 상태의 형질전환 및 NT 식물을 온실 조건 하에 동일한 양의 토양이 있는 화분에서 성장시켰다. NT 및 형질전환 식물의 영양성장 및 괴경의 바이오매스 평가를 위해 식물들을 일정한 간격으로 관개하여 임의의 종류의 스트레스(저산소증 또는 가뭄)을 피했다. 성장 5 주 후 촬영한 대표적인 도면(도 3A)은 synGDH 식물이 NT 및 synGT 에 비해 더 큰 키에 이르렀고, synGT 식물이 NT 식물보다 기능면에서 더 낫다는 점을 보여준다. Transgenic and NT plants of equal size and health were grown in pots with the same amount of soil under greenhouse conditions. Plants were irrigated at regular intervals for trophic growth and tuber biomass assessment of NT and transgenic plants to avoid any kind of stress (hypoxia or drought). Representative drawings taken after 5 weeks of growth (FIG. 3A) show that synGDH plants are taller than NT and synGT, and that synGT plants are better in function than NT plants.

영양성장의 바이오매스를 비교했을 때, synGDH 식물은 synGT 및 NT 식물보다도 지상부 위에 11% 더 많은 건중량을 축적했음이 밝혀졌다(도 3B). 흥미롭게도, synGDH 식물은 NT 및 synGT 식물에 비해 각각 38 및 16% 괴경 무게의 증가를 나타냈다. 바이오매스 축적에서의 총 증가는 NT 및 synGT 식물에 비해 synGDH 식물에서 25 및 15% 더 높았다 (도 3B).
Comparing biomass of trophic growth, it was found that synGDH plants accumulated 11% more dry weight above the ground than synGT and NT plants (FIG. 3B). Interestingly, synGDH plants showed an increase in 38 and 16% tuber weight, respectively, compared to NT and synGT plants. The total increase in biomass accumulation was 25 and 15% higher in synGDH plants compared to NT and synGT plants (FIG. 3B).

실시예Example 5. 식물 성장에 대한 고온 및 높은 광(光)의 영향 5. Effect of high temperature and high light on plant growth

광호흡 조건 하에 식물을 평가하기 위해, 토양 성장 6 주령 식물을 고온 (38℃) 및 높은 광(光) 조건(35 μE)에서 시험했다. Fv/Fm 및 클로로필 함량을 모든 식물의 표시된 잎으로부터 분석 시행 전후에 결정했다. 평균적으로 synGDH 식물은 NT에 비해서는 10% 더 높은 Fv/Fm 검독값을 유지했고, 스트레스 분석 72 시간 후에는 synGT 식물로부터 8%였다(도 4A). 한편, NT에서는 상대적 클로로필 함량 감소가 11.6%인 반면, synGT 및 synGDH 식물은 각각 9 및 6% 감소를 도시했다 (도 4B). 스트레스 검정 72시간 후, 식물을 2주 더 성장시켜 바이오매스 축적에 대해 평가했다. 이를 위해, 식물은 표시된 잎으로부터 절단하여 오븐에서 건조시켜 건중량 함량을 측정했다. synGDH 식물은 NT 및 synGT 식물에 비해 각각 16.5 및 14.5% 더 많은 영양성장의 바이오매스를 축적했다(도 4C).
To evaluate plants under photorespiratory conditions, soil-grown 6 week old plants were tested at high temperature (38 ° C.) and high light conditions (35 μE). Fv / Fm and chlorophyll content were determined from the indicated leaves of all plants before and after the assay run. On average, synGDH plants maintained a 10% higher Fv / Fm reading compared to NT, and 8% from synGT plants after 72 hours of stress analysis (FIG. 4A). On the other hand, in NT the relative chlorophyll content decrease was 11.6%, whereas the synGT and synGDH plants showed 9 and 6% reductions, respectively (FIG. 4B). After 72 hours of the stress assay, the plants were grown for two more weeks to assess for biomass accumulation. For this purpose, plants were cut from the indicated leaves and dried in an oven to determine dry weight content. synGDH plants accumulated 16.5 and 14.5% more nutrient growth biomass than NT and synGT plants, respectively (FIG. 4C).

<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Method for producing transgenic plant with inhibited photorespiration and increased resistance to stress using the gene from cyanobacteria and the plant thereof <130> PN12188 <160> 17 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 1479 <212> DNA <213> Synechocystis sp. PCC 6803 <400> 1 atggccattt tctcccccgt caacgccgtt accgatatta ttccccagct cgaaaaaatt 60 gttggccagg atggagtaat taaacgcaaa gacgagctat tcacctacga atgcgacggt 120 ttaacgggtt atcgacaacg gccggccctg gtggttttgc cccgcacaac ggaacaggta 180 gccacaatag tgaaactttg tcacgatcgc caaattcctt ggattgccag gggggctggc 240 acagggttat cggggggagc cttgccgggg gccgatagcc tattgattgt caccactcgc 300 atgcggcaaa ttttggcagt agattacgac aaccagacca ttgttgtcca gccgggggtg 360 gtgaataact gggttaccca aaccgttagt ggggctggct tttactatgc ccctgatcct 420 tccagtcaga ttgtctgctc cattggcggt aatattgcgg aaaattccgg tggagttcat 480 tgtttgaaat atggcaccac caccaaccat gtgctgggct tgaaactggt tattcccgat 540 ggctccattg tggaagtagg ggggcaagtc cccgaaacgc cgggctacga tttaaccggt 600 ttatttgttg gttccgaagg aaccctaggc atcgccacag aaatcaccct aaaaattctc 660 aaaaccccag aatctatctg tgtcgtattg gcggattttc tttctctcga agccaccgcc 720 caatccgtgg ccgatatcat tgcggcgggc atcgtcccag cgggcatgga aattatggac 780 aatttcagca tcaatgcggt ggaagacgtg gtggccacca attgttaccc cagggatgcg 840 gcggccattt tgttagtgga actggacggt ctgcccatcg aagtggaatt aaaccaagcc 900 aaagtagaag aaatttgccg caacaatgga gcccgcaaca cggcgatcgc ctacgaccaa 960 gaaacccgcc taaaaatgtg gaaaggaaga aaagcggcct ttgcggcggc gggtaaacta 1020 agccccagtt actttgtcca agatggtgtg gtaccccgga ctcaattggt acagatttta 1080 agcgacatta atgatttaag taagaaatat ggctttgcca ttgccaatgt tttccatgcc 1140 ggagacggta atttacatcc cctaattttg tatgatcaaa aagtaccagg agcctgggaa 1200 aaagtggaag aattgggggg agaaatcctt aaacgctgtg tggaattggg gggaagttta 1260 tccggagaac acggcattgg cattgataaa aattgcttta tgcccaatat gttcaacgaa 1320 gtagatttag aaacaatgca atgggtcaga caatgtttta atcctgataa cttagctaat 1380 cctggtaagc tttttcctac cccccgcagt tgtggagaag tggccaatgc ccaacggctt 1440 aacctaggcc aggacaagaa aatggaggaa atttattga 1479 <210> 2 <211> 1785 <212> DNA <213> Synechocystis sp. PCC 6803 <400> 2 atggatagcc tgaaacgcca tggggtcaaa cacatttttg gctatcccgg cggggcaatt 60 ttgcccatct atgatgaact gtaccgcttt gaagcggcgg gggaaattga gcatattttg 120 gtgcgccatg aacaaggagc ttcccatgcg gcggatgggt atgccagagc cacaggtaaa 180 gtgggagttt gtttcggtac atctggacca ggggcgacta acttggtgac cggcattgcc 240 aatgcccatt tggactcggt gcccatggtg gtgattactg gacaggtggg ccgtgccatg 300 attggtagcg atgctttcca ggaaattgac atttttggca tcaccttacc gatcgttaag 360 cactcctatg tggtacgtag tgcggcggat atggctcgca ttgttactga ggctttccat 420 cttgctagca ccggtcgtcc cgggccggtt ttgatcgata ttcccaagga tgtgggctta 480 gaagaatgtg agtacattcc cctcgacccc ggtgacgtta atctaccggg ttatcgcccc 540 acggttaaag gtaatccccg acaaattaat gcggcattgc aattgttgga gcaggccaga 600 aatcccttgc tctacgtagg gggaggggcg atcgccgcca atgcccatgc ccaggtgcag 660 gaatttgcgg aaaggttcca gttgccggta acaaccaccc tgatgggaat tggggctttt 720 gacgaaaacc atcccctttc ggtgggtatg ttgggtatgc atggcaccgc ctatgccaac 780 tttgccgtca gcgaatgtga tttgttgatt gcggtggggg cccgtttcga cgaccgggta 840 actggcaaac tagacgaatt tgctagccgc gccaaagtaa ttcacattga catcgacccg 900 gcggaggtgg gaaaaaacag ggctcccgat gtgcccattg tgggggatgt acgccatgtt 960 ttagaacagc ttttgcagcg ggcccgggaa ttggattacc ccacccatcc ccataccacc 1020 caggcatggt taaatcgcat tgatcattgg cggaccgatt accccctcca ggtgccccac 1080 tatgaggata ctattgcccc ccaggaggta gtacacgaaa ttggtcgcca ggcccccgat 1140 gcctactaca ccaccgatgt gggacaacac caaatgtggg cggcccagtt tttgaacaat 1200 ggcccccgcc gatggatttc cagtgctggc ttgggtacga tgggctttgg tttacctgcc 1260 gccatgggag ccaaagtggg agtgggggac gaagcggtca tttgcatcag tggagatgcc 1320 agcttccaaa tgaatcttca ggaactggga accctagccc agtacgacat ccaggttaaa 1380 actattattc tcaataacgg ttggcagggg atggtgcgtc agtggcaaca aactttctac 1440 gaagaacgtt attctgcttc taacatgtcc cagggcatgc cagacattaa tctcctctgt 1500 gaagcctatg gcatcaaggg tattactgtg cgcaagcggg aagatttggc cccggcgatc 1560 gccgaaatgc tagcccacaa tggtcctgtg gtgatggatg tggtggtcaa aaaagatgaa 1620 aactgttacc ctatgattgc ccccggcatg agtaatgccc aaatgctagg tttaccggaa 1680 gtgccggtac gggacaatgg tccccggatg gtggagtgca accattgcca aacccaaaat 1740 ttcatcaccc atcgtttctg ttctggttgt ggagccaaac tctaa 1785 <210> 3 <211> 873 <212> DNA <213> Synechocystis sp. PCC 6803 <400> 3 atgaacgttt ccaaaattgc agttttcggt ttaggagtta tgggcagtcc tatggctcaa 60 aacctagtta aaaatggtta tcaaacagtt ggttataacc gcaccctaga gcgtccttct 120 gtccaggaag cagcaaaggc aggggttaaa gttgttacta gcattgcggt ggcggcggca 180 aatgcagata ttattctcac ctgtgttgga gatgaaaaag atgttcaaca gcttatttta 240 ggttcgggag ggattgctga atacgctaaa ccccaagcct taataattga ttgcagtacc 300 attggtaaaa ctgcggctta tgaactagct acaaatttaa aactccaggg tttacgcttt 360 ttggatgcgc cggtaacagg aggtgacgtt ggcgcaatca acggtacgtt aacgattatg 420 gtggggggtg atatttcgga ttttgaagaa gctttacccg tcctcaaatc cataggagaa 480 aaaatagtcc actgtggtcc cagtggcagt ggtcaagctg ttaagctttg taatcaggta 540 ctttgtggca tccatgcgat cgccgctgcg gaagctatac aactttctga gcagttgggg 600 attgccccag agttagtaat tgatacttgt ggcagtgggg cggcgggttc ctgggccttg 660 actaatttag caccgaaaat gtcggaggct gattttgccc caggctttat ggtcaaacat 720 cttcttaagg atctgcgcct cgtccgggaa gccgctgaaa atggcccatt accaggggtt 780 acgttggcag aaagcttgtt tacatcggtt caattattgg ggggagaaga ccagggttcc 840 caagccatta tccgtgccta tcgcgaagct tag 873 <210> 4 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 ggatccatgg ccattttctc ccccgt 26 <210> 5 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 ggatcctcaa taaatttcct ccattttct 29 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ggatccatgg atagcctgaa acgc 24 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 ggatccttag agtttggctc caca 24 <210> 8 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 ggatccatga acgtttccaa aattgca 27 <210> 9 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 ggatccctaa gcttcgcgat aggc 24 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 gatcgcctac gaccaagaaa 20 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 attggccact tctccacaac 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 gccaatggtt gcgaagtagt 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 ggctggttgg agcatgttat 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 cagggtttac gctttttgga 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 15 ccccaataat tgaaccgatg 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 16 tggactctgg tgatggtgtc 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 17 cctccaatcc aaacactgta 20 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Method for producing transgenic plant with inhibited          photorespiration and increased resistance to stress using the          gene from cyanobacteria and the plant <130> PN12188 <160> 17 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 1479 <212> DNA <213> Synechocystis sp. PCC 6803 <400> 1 atggccattt tctcccccgt caacgccgtt accgatatta ttccccagct cgaaaaaatt 60 gttggccagg atggagtaat taaacgcaaa gacgagctat tcacctacga atgcgacggt 120 ttaacgggtt atcgacaacg gccggccctg gtggttttgc cccgcacaac ggaacaggta 180 gccacaatag tgaaactttg tcacgatcgc caaattcctt ggattgccag gggggctggc 240 acagggttat cggggggagc cttgccgggg gccgatagcc tattgattgt caccactcgc 300 atgcggcaaa ttttggcagt agattacgac aaccagacca ttgttgtcca gccgggggtg 360 gtgaataact gggttaccca aaccgttagt ggggctggct tttactatgc ccctgatcct 420 tccagtcaga ttgtctgctc cattggcggt aatattgcgg aaaattccgg tggagttcat 480 tgtttgaaat atggcaccac caccaaccat gtgctgggct tgaaactggt tattcccgat 540 ggctccattg tggaagtagg ggggcaagtc cccgaaacgc cgggctacga tttaaccggt 600 ttatttgttg gttccgaagg aaccctaggc atcgccacag aaatcaccct aaaaattctc 660 aaaaccccag aatctatctg tgtcgtattg gcggattttc tttctctcga agccaccgcc 720 caatccgtgg ccgatatcat tgcggcgggc atcgtcccag cgggcatgga aattatggac 780 aatttcagca tcaatgcggt ggaagacgtg gtggccacca attgttaccc cagggatgcg 840 gcggccattt tgttagtgga actggacggt ctgcccatcg aagtggaatt aaaccaagcc 900 aaagtagaag aaatttgccg caacaatgga gcccgcaaca cggcgatcgc ctacgaccaa 960 gaaacccgcc taaaaatgtg gaaaggaaga aaagcggcct ttgcggcggc gggtaaacta 1020 agccccagtt actttgtcca agatggtgtg gtaccccgga ctcaattggt acagatttta 1080 agcgacatta atgatttaag taagaaatat ggctttgcca ttgccaatgt tttccatgcc 1140 ggagacggta atttacatcc cctaattttg tatgatcaaa aagtaccagg agcctgggaa 1200 aaagtggaag aattgggggg agaaatcctt aaacgctgtg tggaattggg gggaagttta 1260 tccggagaac acggcattgg cattgataaa aattgcttta tgcccaatat gttcaacgaa 1320 gtagatttag aaacaatgca atgggtcaga caatgtttta atcctgataa cttagctaat 1380 cctggtaagc tttttcctac cccccgcagt tgtggagaag tggccaatgc ccaacggctt 1440 aacctaggcc aggacaagaa aatggaggaa atttattga 1479 <210> 2 <211> 1785 <212> DNA <213> Synechocystis sp. PCC 6803 <400> 2 atggatagcc tgaaacgcca tggggtcaaa cacatttttg gctatcccgg cggggcaatt 60 ttgcccatct atgatgaact gtaccgcttt gaagcggcgg gggaaattga gcatattttg 120 gtgcgccatg aacaaggagc ttcccatgcg gcggatgggt atgccagagc cacaggtaaa 180 gtgggagttt gtttcggtac atctggacca ggggcgacta acttggtgac cggcattgcc 240 aatgcccatt tggactcggt gcccatggtg gtgattactg gacaggtggg ccgtgccatg 300 attggtagcg atgctttcca ggaaattgac atttttggca tcaccttacc gatcgttaag 360 cactcctatg tggtacgtag tgcggcggat atggctcgca ttgttactga ggctttccat 420 cttgctagca ccggtcgtcc cgggccggtt ttgatcgata ttcccaagga tgtgggctta 480 gaagaatgtg agtacattcc cctcgacccc ggtgacgtta atctaccggg ttatcgcccc 540 acggttaaag gtaatccccg acaaattaat gcggcattgc aattgttgga gcaggccaga 600 aatcccttgc tctacgtagg gggaggggcg atcgccgcca atgcccatgc ccaggtgcag 660 gaatttgcgg aaaggttcca gttgccggta acaaccaccc tgatgggaat tggggctttt 720 gacgaaaacc atcccctttc ggtgggtatg ttgggtatgc atggcaccgc ctatgccaac 780 tttgccgtca gcgaatgtga tttgttgatt gcggtggggg cccgtttcga cgaccgggta 840 actggcaaac tagacgaatt tgctagccgc gccaaagtaa ttcacattga catcgacccg 900 gcggaggtgg gaaaaaacag ggctcccgat gtgcccattg tgggggatgt acgccatgtt 960 ttagaacagc ttttgcagcg ggcccgggaa ttggattacc ccacccatcc ccataccacc 1020 caggcatggt taaatcgcat tgatcattgg cggaccgatt accccctcca ggtgccccac 1080 tatgaggata ctattgcccc ccaggaggta gtacacgaaa ttggtcgcca ggcccccgat 1140 gcctactaca ccaccgatgt gggacaacac caaatgtggg cggcccagtt tttgaacaat 1200 ggcccccgcc gatggatttc cagtgctggc ttgggtacga tgggctttgg tttacctgcc 1260 gccatgggag ccaaagtggg agtgggggac gaagcggtca tttgcatcag tggagatgcc 1320 agcttccaaa tgaatcttca ggaactggga accctagccc agtacgacat ccaggttaaa 1380 actattattc tcaataacgg ttggcagggg atggtgcgtc agtggcaaca aactttctac 1440 gaagaacgtt attctgcttc taacatgtcc cagggcatgc cagacattaa tctcctctgt 1500 gaagcctatg gcatcaaggg tattactgtg cgcaagcggg aagatttggc cccggcgatc 1560 gccgaaatgc tagcccacaa tggtcctgtg gtgatggatg tggtggtcaa aaaagatgaa 1620 aactgttacc ctatgattgc ccccggcatg agtaatgccc aaatgctagg tttaccggaa 1680 gtgccggtac gggacaatgg tccccggatg gtggagtgca accattgcca aacccaaaat 1740 ttcatcaccc atcgtttctg ttctggttgt ggagccaaac tctaa 1785 <210> 3 <211> 873 <212> DNA <213> Synechocystis sp. PCC 6803 <400> 3 atgaacgttt ccaaaattgc agttttcggt ttaggagtta tgggcagtcc tatggctcaa 60 aacctagtta aaaatggtta tcaaacagtt ggttataacc gcaccctaga gcgtccttct 120 gtccaggaag cagcaaaggc aggggttaaa gttgttacta gcattgcggt ggcggcggca 180 aatgcagata ttattctcac ctgtgttgga gatgaaaaag atgttcaaca gcttatttta 240 ggttcgggag ggattgctga atacgctaaa ccccaagcct taataattga ttgcagtacc 300 attggtaaaa ctgcggctta tgaactagct acaaatttaa aactccaggg tttacgcttt 360 ttggatgcgc cggtaacagg aggtgacgtt ggcgcaatca acggtacgtt aacgattatg 420 gtggggggtg atatttcgga ttttgaagaa gctttacccg tcctcaaatc cataggagaa 480 aaaatagtcc actgtggtcc cagtggcagt ggtcaagctg ttaagctttg taatcaggta 540 ctttgtggca tccatgcgat cgccgctgcg gaagctatac aactttctga gcagttgggg 600 attgccccag agttagtaat tgatacttgt ggcagtgggg cggcgggttc ctgggccttg 660 actaatttag caccgaaaat gtcggaggct gattttgccc caggctttat ggtcaaacat 720 cttcttaagg atctgcgcct cgtccgggaa gccgctgaaa atggcccatt accaggggtt 780 acgttggcag aaagcttgtt tacatcggtt caattattgg ggggagaaga ccagggttcc 840 caagccatta tccgtgccta tcgcgaagct tag 873 <210> 4 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 ggatccatgg ccattttctc ccccgt 26 <210> 5 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 ggatcctcaa taaatttcct ccattttct 29 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ggatccatgg atagcctgaa acgc 24 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 ggatccttag agtttggctc caca 24 <210> 8 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 ggatccatga acgtttccaa aattgca 27 <210> 9 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 ggatccctaa gcttcgcgat aggc 24 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 gatcgcctac gaccaagaaa 20 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 attggccact tctccacaac 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 gccaatggtt gcgaagtagt 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 ggctggttgg agcatgttat 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 cagggtttac gctttttgga 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 15 ccccaataat tgaaccgatg 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 16 tggactctgg tgatggtgtc 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 17 cctccaatcc aaacactgta 20

Claims (10)

시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 식물 발현 벡터로 식물세포를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 광호흡을 억제시키고, 스트레스 내성을 증진시키는 방법.A glycolic acid dehydrogenase 1 (glcD1) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 derived from cyanobacteria; Or a glycolic acid carboligase (gcl) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3; A method for inhibiting photorespiration of plants and enhancing stress resistance, comprising the step of transforming plant cells with a plant expression vector. 제1항에 있어서, 상기 스트레스는 고온 또는 강광인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the stress is high temperature or intense light. 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 식물세포로부터 식물을 재분화하는 단계를 포함하는 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체의 제조 방법.
A glycolic acid dehydrogenase 1 (glcD1) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 derived from cyanobacteria; Or a glycolic acid carboligase (gcl) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3; Transforming the plant cell with the recombinant vector; And
Compared to the wild type comprising the step of regenerating the plant from the transformed plant cells, the photorespiration is suppressed, the production method of the transformed plant enhanced stress resistance.
제3항에 있어서, 상기 스트레스는 고온 또는 강광인 것을 특징으로 하는 방법.4. The method of claim 3 wherein the stress is high temperature or intense light. 제3항의 방법에 의해 제조된 야생형에 비해 광호흡이 억제되고, 스트레스 내성이 증진된 형질전환 식물체.Transgenic plants in which photorespiration is suppressed and stress resistance is enhanced compared to the wild type produced by the method of claim 3. 제5항에 있어서, 상기 식물체는 C3 식물인 것을 특징으로 하는 형질전환 식물체.The transgenic plant of claim 5, wherein the plant is a C3 plant. 제6항에 있어서, 상기 식물체는 감자인 것을 특징으로 하는 형질전환 식물체.The transgenic plant of claim 6, wherein the plant is a potato. 제7항에 있어서, 상기 감자 식물체는 감자 괴경의 무게가 야생형에 비해 증가된 것을 특징으로 하는 형질전환 식물체.8. The transgenic plant of claim 7, wherein the potato plant has an increased weight of potato tubers compared to the wild type. 제5항에 따른 형질전환 식물체의 종자.Seed of the transgenic plant according to claim 5. 시아노박테리아(cyanobacteria) 유래의 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 글리콜산 탈수소효소(glycolate dehydrogenase 1, glcD1) 코딩 유전자; 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 글리콜산 카르보연결효소(glucolate carboligase, gcl) 코딩 유전자 및 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 타르트론산 세미알데히드 환원효소(tartronic semialdehyde reductase, tsr) 코딩 유전자;를 포함하는 재조합 발현 벡터를 함유하는 식물체의 광호흡 억제 및 스트레스 내성 증진용 조성물.

A glycolic acid dehydrogenase 1 (glcD1) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 derived from cyanobacteria; Or a glycolic acid carboligase (gcl) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and a tartronic semialdehyde reductase (tsr) coding gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3; A composition for inhibiting photorespiration and enhancing stress resistance of a plant containing a recombinant expression vector.

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