KR20150051283A - Multiple plant pathogen-resistant transgenic plant using antimicrobial peptide and uses thereof - Google Patents

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KR20150051283A
KR20150051283A KR1020130132341A KR20130132341A KR20150051283A KR 20150051283 A KR20150051283 A KR 20150051283A KR 1020130132341 A KR1020130132341 A KR 1020130132341A KR 20130132341 A KR20130132341 A KR 20130132341A KR 20150051283 A KR20150051283 A KR 20150051283A
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강권규
정유진
한경희
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한경대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a cultivation of a complex disease resistant transformant using antimicrobial peptide, and a usage thereof. More particularly, the present invention relates to a method for regulating complex disease resistance of a plant, which includes a step of transforming a plant gene to a recombinant vector containing human-derived cathelicidin peptide (CAP) protein coding genes so as to regulate the expression of the CAP protein coding genes; a method for preparing a transformed plant having the regulated complex disease resistance, which includes a step of transforming a plant cell to a recombinant vector containing the CAP protein coding genes; and to a compound for regulating complex disease resistance of a plant, wherein the compound contains as an active ingredient, a recombinant vector containing the transformed plant with the regulated complex disease resistance, seeds of the plant, and the human-derived CAP protein coding genes.

Description

항균펩타이드 이용 복합 내병성 형질전환체 육성 및 그의 용도{Multiple plant pathogen-resistant transgenic plant using antimicrobial peptide and uses thereof}[0001] The present invention relates to an antimicrobial peptide,

본 발명은 항균펩타이드 이용 복합 내병성 형질전환체 육성 및 그의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환시켜 CAP 단백질 코딩 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법, 상기 CAP 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계를 포함하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체 및 이의 종자 및 상기 인간 유래의 CAP 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 유효성분으로 함유하는, 식물체의 복합 내병성 조절용 조성물에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for transforming plant cells with a recombinant vector containing a CAP (cathelicidin peptide) -coding gene derived from a human, thereby producing a CAP protein coding gene A method for controlling the complex tolerance of a plant comprising the step of regulating the expression of the CAP protein coding gene, and a step of transforming the plant cell with a recombinant vector comprising the CAP protein coding gene , A composition for regulating the complex tolerance of a plant, which comprises the recombinant vector comprising the transgenic plants with controlled complex tolerance and the seeds thereof and the human-derived CAP protein coding gene prepared by the above method as an active ingredient.

세균 감염에 대응하여 생성되는 항균 펩타이드(antimicrobial peptide)는 병원균의 침입에 대해 숙주 방어 시스템의 최전방에서 매우 중요한 역할을 수행한다. 이러한 펩타이드는 그람-양성세균, 그람-음성세균, 곰팡이(진균) 및 특정 바이러스를 포함하여 매우 넓은 범위의 미생물에 대해 항균 활성을 보유하고 있다. 항균 펩타이드는 디펜신(defensin)과 카테리시딘(cathelicidine) 이라고 불리우는 2 가지 그룹으로 나뉜다. 디펜신의 경우 α, β, θ의 세 가지 형태가 확인되어 있다. α-디펜신은 인간호중구펩타이드(human neutrophil peptide, HNP) 1-3 라고도 알려져 있는데, 이는 α-디펜신이 호중구 및 대장의 파네트세포(Paneth cell)에 위치하고 있기 때문이다. 반면 β-디펜신은 다수의 상피조직에서 발현된다.Antimicrobial peptides produced in response to bacterial infections play a very important role in the forefront of host defense systems against pathogen invasion. These peptides have antimicrobial activity against a very wide range of microorganisms including Gram-positive bacteria, gram-negative bacteria, fungi (fungi) and certain viruses. Antimicrobial peptides are divided into two groups called defensin and cathelicidine. In the case of dipenthine, three types of α, β, and θ are identified. α-Dipenesin is also known as the human neutrophil peptide (HNP) 1-3 because α-diphenesin is located in the neutrophil and large intestine paneth cells. On the other hand, beta -dipensin is expressed in many epithelial tissues.

한편, 식물의 병 또는 해충에 의한 피해는 자연재해와 더불어 인류의 안정적 식량 확보의 가장 큰 장애가 되어 왔다. 일반적인 통계에 의하면 식물의 병 또는 해충에 의한 손실은 각각 전체 생산량의 10% 정도에 이르는 것으로 나타나고 있으며 생산된 작물의 병해충에 의한 질 저하까지 고려한다면 훨씬 높은 수치를 보일 것이다. 또한 기상이변이나 특수한 환경 변화에 의한 일정 병해충의 대발생은 커다란 사회문제를 일으키는 경우도 있다. 일례로 1979년 및 1980년도에 우리나라에 대발병한 벼 도열병은 식량안보 차원에서 심각한 문제를 일으켰고 그 결과로 대량의 쌀을 외국에서 도입하게 되었고 한동안 사회문제가 되었다. 한편 1995년의 중부지방의 대량 강우는 고추 및 기타 작물의 병에 의한 큰 손실을 가져왔으며 고추의 경우 탄저병 및 역병의 피해로 최소한 50% 이상의 수량 손실이 나타난 것으로 추정되고 있다.On the other hand, the damage caused by diseases or pests of plants has been a major obstacle to the stable food supply of mankind along with natural disasters. According to general statistics, plant diseases or insect pests account for about 10% of the total production, respectively, and will be much higher if the pesticides produced by the crops are considered. In addition, large outbreaks of certain pests due to meteorological changes or special environmental changes may cause great social problems. For example, in 1979 and 1980, the outbreak of rice blight in Korea caused serious problems in terms of food security, resulting in the introduction of large quantities of rice in foreign countries and social problems for a while. Meanwhile, mass rainfall in central Chungcheong province in 1995 caused a great loss due to diseases of pepper and other crops. It is estimated that pepper has lost at least 50% of water loss due to damage of anthrax and plague.

이와 같은 병해충 방제를 위한 노력의 일환으로 인공 합성된 농약을 개발하여 방제에 이용하는 방법이 농업에 주로 이용되어 왔으나, 인구의 끊임없는 증가로 인해 더 많은 양의 식량 확보가 필요하게 되면서, 이를 위한 양질의 동일품종의 대량재배는 병해충의 대량발생으로 이어지고 이들의 방제를 위한 합성 농약의 남용으로 인해 자연 생태계의 파괴는 물론 잔류독성, 인축에 대한 독성, 약제 내성인 새로운 병해충의 출현 등의 문제가 최근 들어 크게 야기되어 있고 이를 대체하기 위하여 신농약(저독성농약, 천연물농약 또는 생물농약)의 개발을 위한 연구가 진행되고 있으나 그 개발속도가 수요를 충족시키지 못하고 있다.As part of efforts to control such pests, artificial synthetic pesticides have been used in agriculture for their development. However, due to the ever-increasing population, it is necessary to secure more food. Of the same variety leads to the mass production of pests and the abuse of synthetic pesticides for their control prevents the destruction of natural ecosystems as well as toxicity to residual toxicity, Research has been carried out on the development of new pesticides (low toxic pesticides, natural pesticides or biological pesticides) in order to replace them, but the speed of development has not satisfied the demand.

또한 근래에 크게 일고 있는 환경보호운동과 오염되지 않은 청정농산물을 취하려는 인류의 성향은 인축에 해가 없고 잔류독성이나 자연생태계 파괴의 우려가 없는 새로운 방법을 절실히 요구하고 있다. 최근에 들어 유전공학기술이 발달되면서 병 저항성 형질전환 식물이 농약을 적게 사용하면서도 안정적인 식량작물을 생산할 수 있는 대안으로 제시되고 있으며, 식물의 병 저항성 기작을 연구하여 인축 및 환경에 독성이 없는 새로운 개념의 식물보호제를 개발하려는 시도를 선진국을 중심으로 이루어지고 있다.In addition, the recent proliferation of environmental protection campaigns and the tendency of mankind to take clean, uncontaminated agricultural products are urgently demanding new methods that are harmless to mankind and free from residual toxicity and destruction of natural ecosystems. Recently, as genetic engineering technology has been developed, disease-resistant transgenic plants have been proposed as an alternative to produce stable food crops while using less pesticides. In addition, research on the disease resistance mechanism of plants has been carried out and a new concept And to develop a plant protection product for the developed countries.

한국등록특허 제0803393호에서는 벼에서 OsLRP 유전자를 이용한 병 저항성을 증진시키는 방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제0607701호에서는 야생벼로부터 분리한 식물병 저항성 유전자 오지피알 10, 그 아미노산 서열 및 이를 이용한 형질전환체 식물이 개시되어 있으나, 본 발명에서와 같이 항균펩타이드 이용 복합 내병성 형질전환체 육성 및 그의 용도에 대해서는 밝혀진 바가 없다.Korean Patent No. 0803393 discloses a method for enhancing disease resistance using OsLRP gene in rice and Korean Patent No. 0607701 discloses a plant disease resistance gene oopjial 10 isolated from wild rice, Although a transformant plant has been disclosed, the cultivation of an antimicrobial peptide-use complex tolerant transformant and its use have not been disclosed as in the present invention.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 인간 유래의 CAP 단백질 코딩 유전자 과다발현 형질전환 벼 식물체에 벼 흰잎마름병균 및 도열병균을 각각 처리한 결과, 벼 흰잎마름병원균 균주와 도열병원균 균주에 저항성 품종인 진백벼와 운광벼에서 보다 월등한 병 저항성을 보이는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present inventors have found that the inventors of the present invention have found that when a transgenic rice plant that overexpresses a CAP protein coding gene derived from a human is treated with rice blast fungus and blast fungus, The present inventors have completed the present invention by confirming that they exhibit superior disease resistance to the genus Bacillus strains as compared with the resistant strains of the genus Bacillus,

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터로 식물 세포를 형질전환시켜 CAP 단백질 코딩 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention relates to a method for regulating expression of a CAP protein coding gene by transforming a plant cell with a recombinant plant expression vector containing a CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene derived from a human, Thereby providing a method for controlling complex tolerance.

또한, 본 발명은 In addition,

인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및Transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a human-derived CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene; And

상기 형질전환된 식물세포로부터 식물체를 재분화하는 단계를 포함하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.And regenerating the plant from the transformed plant cell. The present invention also provides a method for producing a transformed plant having a controlled complex tolerance.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant having a controlled complex tolerance prepared by the above method and seeds thereof.

또한, 본 발명은 인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 유효성분으로 함유하는, 식물체의 복합 내병성 조절용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for controlling the complex tolerance of a plant, which contains, as an active ingredient, a recombinant vector comprising a human-derived CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene.

본 발명에서는 인간 유래의 CAP 단백질 코딩 유전자 과다발현 형질전환 벼 식물체에 벼 흰잎마름병균 및 도열병균을 각각 처리한 결과, 벼 흰잎마름병원균 균주와 도열병원균 균주에 저항성 품종인 진백벼와 운광벼에서 보다 월등한 병 저항성을 보이는 것을 확인하였다. 이를 통해, 본 발명은 벼와 다른 작물에서의 병저항성 작물개발을 위한 분자육종에 이용 가능하며, 병 저항성 품종육성으로 농약사용절감을 가능하게 하고 그로 인해 생산성 향상 및 안전한 농산물공급을 위하여 유용하게 사용될 수 있다.In the present invention, when the CAP protein coding gene derived from human and overexpressing transgenic rice plants were treated with the rice blast fungus and the blast fungus, respectively, the resistance to the rice blast fungus and the blast fungus strains was higher than that of the resistant varieties, And it was confirmed that they were resistant to one disease. Accordingly, the present invention can be applied to molecular breeding for development of disease-resistant crops in rice and other crops, and it is possible to reduce the use of pesticides by cultivating disease resistant cultivars, thereby improving productivity and being useful for safe agricultural products supply .

도 1은 농도별(2 및 10 μM) hCAP18(본 발명의 CAP 단백질과 동일함) 항균펩타이드 물질 처리에 의한 푸사리움 컬모룸(Fusarium culmorum) 균주의 포자의 발아 저해 정도를 실험한 결과이다.
도 2는 진균 보트리티스 시네리아(Botrytis cinerea) 배양액에 대장균(E. coli)에서 발현 정제된 GST-CAP 단백질 처리를 통한 GST-CAP 융합 단백질의 항진균 활성 검정을 나타낸다. A, B, GST-tags 처리; C, D, GST-CAP 처리. D의 화살표는 파괴된 포자 주변에 세포질 물질이 유출된 것을 보여준다.
도 3은 형질전환 벼의 접종과정과 복합 내병성 실험 과정을 나타낸다. (A),(E), 포트에서 형질전환 식물체의 생육; (B), 벼 흰잎마름병균 접종; (C), 벼 흰잎마름병균의 감염 후 병반의 표현형(WT; 동진 벼); (D) 벼 흰잎마름병원균 접종 2주 후 CAP 형질전환체(TG)에서 병원균 증식(Cont 1, 동진벼; Cont 2, 진백벼); (F), 도열병균 접종; (G), 도열병균의 감염 후 병반의 표현형(WT; 동진 벼); (H) 도열병균 접종 2주 후 CAP 형질전환체(TG)에서 병원균 증식(Cont 1, 동진벼; Cont 3, 운광벼)
도 4는 CAP 유전자의 벼 발현용 벡터 구조 및 상기 벡터의 형질전환 벼 식물체의 제조과정을 나타낸다. A, CAP 아미노산 서열; B, 시그널 펩타이드(밑줄), 개시코돈 및 정지코돈을 포함한 CAP 염기서열; C, 벼 식물체로의 도입을 위한 CAP 형질전환용 벡터; D, 벼 형질전환 과정, (a) 배지에 종자 파종, (b) 및 (c) 파종 4주 후 벼 캘러스 증식, (d) 및 (e) 6주 후 신초 형성 및 성장, (f) 온실에서 순화
도 5는 CAP 유전자가 도입된 벡터의 아그로박테리움 매개의 형질전환을 통한 벼 형질전환체의 제조 과정을 나타낸다. (A), (B), N6D 배지에서 벼 종자 발아; (C), 아그로박테리움 접종; (D), 2N6-AS 배지에서 아그로박테리움 균주와 벼 캘러스의 공동 배양; (E), 2N6-C 배지에서 캘러스 증식; (F), (G) 및 (H), 신초 형성 및 신장; (I), (J), 뿌리형성 및 신장; (K), (L) 순화
도 6은 형질전환 당대에서 벼 흰잎마름병원균(Xanthomonas oryzae KACC10859) 균주를 접종 10일 후 병반 크기를 측정한 결과이다. Cont 1, 동진벼; Cont 2, 진백벼; 1~5, CAP T0 형질전환 식물체 라인
FIG. 1 shows the germination inhibition level of spores of Fusarium culmorum strain treated with antimicrobial peptide material of hCAP18 (same as CAP protein of the present invention) at different concentrations (2 and 10 μM).
FIG. 2 shows the antifungal activity assay of GST-CAP fusion protein by treatment with GST-CAP protein expressed and purified in E. coli to a culture of Botrytis cinerea. A, B, and GST-tags processing; C, D, and GST-CAP processing. D arrows show that cytoplasmic material was spilled around the destroyed spore.
Fig. 3 shows the inoculation process and the complex disease tolerance test procedure of transgenic rice. (A), (E), growth of transgenic plants in pots; (B), inoculation with rice blast fungus; (C), phenotype of the lesion after infection with rice blast fungus (WT; (D) Pathogen proliferation in CAP transformant (TG) after 2 weeks of inoculation with rice blast fungus (Cont 1, Dong 2; (F), inoculation with blast fungus; (G), the phenotype of the lesion after infection with blast fungus (WT; (H), two weeks after the inoculation of the rice blast fungus, the pathogen proliferation in the CAP transformant (Cont 1, Dong 3,
Fig. 4 shows the vector structure for the rice expression of the CAP gene and the production process of the transgenic rice plant of the vector. A, CAP amino acid sequence; B, a CAP base sequence including a signal peptide (underlined), an initiation codon and a stop codon; C, a CAP transformation vector for introduction into rice plants; (D) seedling growth and growth after 6 weeks, (f) seedling growth in the greenhouse, (d) seedling growth, sublimation
FIG. 5 shows a process for producing a rice plant transformant through transformation of an Agrobacterium-mediated vector of a CAP gene-introduced vector. (A), (B), rice seed germination in N6D medium; (C), Agrobacterium inoculation; (D) Co-culture of Agrobacterium strain and rice callus in 2N6-AS medium; (E) callus proliferation in 2N6-C medium; (F), (G) and (H), shoot formation and elongation; (I), (J), root formation and elongation; (K), (L) purification
FIG. 6 shows the result of measuring the size of the lesion 10 days after the inoculation with the strain of rice blast fungus (Xanthomonas oryzae KACC10859) at the time of transformation. Cont 1, Dong Jin - jin; Cont 2; 1 to 5, CAP T0 transgenic plant line

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터로 식물 세포를 형질전환시켜 CAP 단백질 코딩 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for regulating expression of a CAP protein coding gene by transforming a plant cell with a recombinant plant expression vector containing a CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene derived from a human, Thereby providing a method for controlling complex tolerance.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법에서, 상기 CAP 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method of controlling complex tolerance of a plant according to an embodiment of the present invention, the CAP protein may be composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 CAP 단백질의 범위는 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 식물체의 복합내병성을 조절하는 활성을 의미한다.The range of the CAP protein according to the present invention includes a protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and a functional equivalent of the protein. Is at least 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 90% or more, more preferably 90% or more, Quot; refers to a protein having a homology of at least 95% with a physiological activity substantially equivalent to that of the protein represented by SEQ ID NO: 2. "Substantially homogenous physiological activity" means an activity of regulating complex tolerance of a plant.

또한, 본 발명은 상기 CAP 단백질을 암호화하는 유전자를 제공한다. 본 발명의 유전자는 CAP 단백질을 암호화하는 게놈 DNA 또는 cDN를 모두 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 포함할 수 있다. 또한, 상기 염기 서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 구체적으로, 상기 유전자는 서열번호 1의 염기 서열과 각각 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제(즉, 갭)를 포함할 수 있다.The present invention also provides a gene encoding the CAP protein. The gene of the present invention includes both genomic DNA encoding cPP protein and cDN. Preferably, the gene of the present invention may include the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. In addition, homologues of the nucleotide sequences are included within the scope of the present invention. Specifically, the gene has a nucleotide sequence having a sequence homology of 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more, with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 . "% 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 >

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법에서, 상기 CAP 유전자를 과다발현시켜 식물체의 복합 내병성을 증가시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In a method for controlling complex tolerance of a plant according to an embodiment of the present invention, the CAP The gene may be overexpressed to increase the complex tolerance of the plant, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법에서, 상기 식물병은 식물병원성 박테리아 또는 식물병원성 진균에 의해 발병된 병일 수 있으며, 바람직하게는 마름병, 점무늬병, 무름병, 시들음병, 혹병, 궤양병, 벼 흰잎마름병 또는 도열병일 수 있으며, 가장 바람직하게는 벼 흰잎마름병 또는 도열병일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method of controlling complex tolerance of a plant according to an embodiment of the present invention, the plant disease may be a disease caused by a phytopathogenic bacterium or a phytopathogenic fungus, and preferably a disease caused by a disease such as a blister, a spot blight, A rice blast, a blight of blight of rice blast, or blast disease, and most preferably, it may be blight of blight of blight of white blight or blast disease, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 In addition,

인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및Transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a human-derived CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene; And

상기 형질전환된 식물세포로부터 식물체를 재분화하는 단계를 포함하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법을 제공한다.And regenerating the plant from the transformed plant cell. The present invention also provides a method for producing a transformed plant having a controlled complex tolerance.

본 발명의 일 구현 예에 따른 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법에서, 상기 CAP 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method of the present invention, the CAP protein may be composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법에서, 상기 CAP 유전자를 과다발현시켜 식물체의 복합 내병성을 증가시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method for producing a transgenic plant having controlled complex tolerance according to an embodiment of the present invention, the CAP The gene may be overexpressed to increase the complex tolerance of the plant, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법에서, 상기 식물병은 식물병원성 박테리아 또는 식물병원성 진균에 의해 발병된 병일 수 있으며, 바람직하게는 마름병, 점무늬병, 무름병, 시들음병, 혹병, 궤양병, 벼 흰잎마름병 또는 도열병일 수 있으며, 가장 바람직하게는 벼 흰잎마름병 또는 도열병일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method for producing a transgenic plant having controlled complex tolerance according to an embodiment of the present invention, the plant disease may be a disease caused by a phytopathogenic bacterium or a phytopathogenic fungus, and preferably a disease caused by a disease such as blight, , Pest disease, ulcer disease, blight of blight of white blight of rice blast or blast disease, and most preferably blight of blight of white blight of blight or blast disease.

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

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

식물 발현 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)와 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 식물바이러스(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 a plant expression vector is a Ti-plasmid vector which is capable of transferring a so-called T-region into 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 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 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, antibiotics such as Kanamycin, G418, Bleomycin, hygromycin, chloramphenicol, Resistant genes, but are not limited thereto.

본 발명의 식물 발현 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 plant expression vector of the present invention, the promoter may be CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS or histone promoter, but is not limited thereto. 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 vector of the present invention, conventional terminators can be used. Examples thereof include nopaline 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 the present invention 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 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.When the vector of the present invention is transformed into eukaryotic cells, yeast ( Saccharomyce cerevisiae), and the like insect cells, human cells (e.g., CHO cells (Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, 293, HepG2, 3T3, RIN and MDCK cell lines) and plant cell may be used. The host cell is preferably a plant cell.

상기 "식물 세포"는 어떤 식물 세포도 된다. 식물 세포는 배양 세포, 배양 조직, 배양기관 또는 전체 식물이다.The "plant cell" is any plant cell. Plant cells are cultured cells, cultured tissues, cultivated or whole plants.

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 delivering the vector of the present invention into a host cell can be carried out by injecting a vector into a host cell by microinjection, calcium phosphate precipitation, electroporation, liposome-mediated transfection, DEAE-dextran treatment, can do.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체 및 이의 종자를 제공한다.In addition, the present invention provides a transgenic plant having a controlled complex tolerance prepared by the above method and seeds thereof.

상기 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있는 식물체로는 단자엽 식물 또는 쌍자엽 식물이 포함된다. 상기 단자엽 식물의 예로는 이에 한정되지는 않으나, 벼, 밀, 보리, 죽순, 옥수수, 토란, 아스파라거스, 양파, 마늘, 파, 부추, 달래, 마 및 생강이 있다. 쌍자엽 식물의 예로는 이에 한정되지는 않으나, 애기장대, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 상추, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 샐러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 카멜리나 및 완두가 있다. 상기 식물체는 바람직하게는 벼이다. Plants to which the method according to the present invention can be applied include monocotyledonous plants or dicotyledonous plants. Examples of the monocotyledonous plants include rice, wheat, barley, bamboo shoots, corn, taro, asparagus, onion, garlic, leek, leek, soya bean, and ginger. Examples of dicotyledonous plants include, but are not limited to, Arabidopsis thaliana, eggplant, cigarette, red pepper, tomato, burdock, ciliaceae, lettuce, bellflower, spinach, modern sweet potato, celery, carrot, parsley, parsley, cabbage, cabbage, Watermelon, melon, cucumber, pumpkin, strawberry, soybean, mung bean, kidney bean, camelina and pea. The plant is preferably rice.

또한, 본 발명은 인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 유효성분으로 함유하는, 식물체의 복합 내병성 조절용 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 유효성분으로 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 CAP 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 함유하며, 상기 유전자를 식물체에 형질전환시킴으로써 복합 내병성을 조절할 수 있는 것이다.
In addition, the present invention provides a composition for controlling the complex tolerance of a plant, which contains, as an active ingredient, a recombinant vector comprising a human-derived CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene. The composition comprises, as an active ingredient, a CAP protein coding consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 Gene, and the complex tolerance can be controlled by transforming the gene into a plant.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Test Examples. However, these are for the purpose of illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1.  One. hCAP18hCAP18 의 시험관 내에서의 항진균 활성 분석Analysis of Antifungal Activity in vitro

37개의 펩티드(NH2'-LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFLRNLVPRTES-COOH' : 서열번호 2)를 영인 프론티아(frontia) 회사에 의뢰하여 합성한 후, 저농도 및 고농도로 희석하여 푸사리움 컬모룸(Fusarium culmorum) 균주의 포자 발아 저해 정도를 살펴본 결과 펩티드의 저농도 5μM에서는 균주의 포자의 발아가 일어났으나, 고농도 10μM에서는 균의 포자가 전혀 일어나지 않아 항진균(antifungal) 활성이 매우 높게 나타나는 것을 확인했다(도 1).37 peptides (NH2'-LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFLRNLVPRTES-COOH ': SEQ ID NO: 2) were synthesized with a consulting company of Youngin, Frontia and diluted to low and high concentrations to inhibit spore germination of Fusarium culmorum As a result, spore germination of the strain occurred at a low concentration of 5 μM of the peptide. However, it was confirmed that the spore of the bacteria did not occur at a high concentration of 10 μM and the antifungal activity was very high (FIG. 1).

또한, GST-CAP 융합 단백질의 항진균 활성(antifungal activity)을 측정하기 위하여 진균 보트리티스 시네리아(Botrytis cinerea)를 대장균(E. coli)에서 정제된 GST-CAP 단백질과 배양한 결과, 농도 2 μM의 GST-CAP 융합 단백질을 첨가한 처리구에서 포자가 전혀 발아되지 않았다(도 2D). 따라서 대장균에서 CAP 펩티드가 발현되어, 항균력을 지니고 있음을 시사한다(도 2).
In order to measure the antifungal activity of the GST-CAP fusion protein, the fungus Botrytis cinerea was cultured with the purified GST-CAP protein in E. coli, The spores did not germinate at all in the treatment with the GST-CAP fusion protein (Fig. 2D). Therefore, it is suggested that CAP peptides are expressed in Escherichia coli and have antibacterial activity (Fig. 2).

실시예Example 2.  2. VB2VB2 :::: hCAP18hCAP18 벡터로 형질전환된 형질전환 계통의 세균병원균 및 진균병원균에 대한 항균활성 분석 Antibacterial activity analysis of bacterial pathogens and fungal pathogens of transgenic lines transformed with vectors

VB2::hCAP18이 도입된 형질전환체에서 항균성의(antimicrobial) 펩티드 CAP 유전자의 항균성을 검증하기 위하여 형질전환체 T3 세대로부터 벼 흰잎마름병원균(Xanthomonas oryzae KACC10859) 균주와 도열병원균(blast) 균주를 분양받아 배양 후 106 CFU 농도로 접종하였다. 이때 형질전환체 제작 품종인 동진벼와 벼 흰잎마름병원균 균주와 도열병원균 균주에 저항성 품종인 운광벼와 변이균에도 저항성을 나타낸다고 보고된 진백벼를 대조구(control)로 사용하였다. 형질전환체와 야생형(WT)에 병원균을 각각 접종 후 14일째, CAP이 도입된 형질전환체는 동진벼 WT에 비해 흰잎마름병균의 감염이 발생하지 않았다(도 3C). 또한 흰잎마름병균외에 변이 균주에도 저항성이 있다고 보고된 품종인 진백벼 보다도 저항성이 크게 나타났음을 확인하였다(도 3D). 도열병균을 접종한 형질전환체 또한 동진벼 WT에 비해 병반의 크기가 도 3G에서와 같이 월등하게 작게 나타났으며, 기존 보고된 저항성 품종인 운광벼 보다도 병원균의 전이가 적게 나타났다(도 3H).
In order to verify the antimicrobial activity of the antimicrobial peptide CAP gene in the transformant into which VB2 :: hCAP18 was introduced, the strains of Xanthomonas oryzae KACC10859 and blast were isolated from the transformant T3 generation After culturing, the cells were inoculated at a concentration of 10 6 CFU. In this study, we used Jinbagi rice, which is resistant to resistant cultivars such as Yongkwangbyeo and mutant strains, to Dongjinbyeong, rice blastomycetes and rice blast fungus strains. On the 14th day after inoculation of the pathogens into the transformant and wild type (WT), the CAP-introduced transformants were not infected with the blight-susceptible bacteria (Fig. 3C). In addition, it was confirmed that resistance to the mutant strains was greater than that of the cultivar Jinbagi (Fig. 3D). Transgenic plants inoculated with blast fungus were also significantly smaller than those of Dongjinbya WT in terms of the size of the lesion as in 3G, and pathogen transitions were smaller than those of the previously reported resistant cultivar (Figure 3H).

실시예Example 3.  3. pPZPpPZP ::CAP 벡터의 제조 및 :: Preparation of CAP vector and pPZPpPZP ::CAP 벡터로 형질전환된 형질전환 계통 육성:: Cultivation of transgenic lines transformed with CAP vector

기존 구축한 VB2::hCAP18 벡터 외에 형질전환체에서 유전자의 단일 카피 도입 여부를 쉽게 확인하고 품종화하기 위하여 명지대로부터 분양받은 PGD1 프로모터로 조절되는 pPZP 벡터에 항균펩타이드 CAP 유전자를 삽입하여 벡터를 재구축하였다. 도 4C와 같이 구축한 pPZP::CAP 벡터를 동진벼 품종에 도입하여 형질전환체를 작성하였다(도 4). In addition to the existing constructed VB2 :: hCAP18 vector, the vector was reconstructed by inserting the antimicrobial peptide CAP gene into the pPZP vector regulated by the PGD1 promoter distributed from Myongji University in order to easily identify and introduce the single copy of the gene in the transformant Respectively. The pPZP :: CAP vector constructed as shown in Fig. 4C was introduced into a Dongjin-jin rice variety to prepare a transformant (Fig. 4).

벼에 형질전환하기 위해 일반적으로 많이 이용되는 방법은 벼 종자에서 캘러스를 유기한 후 캘러스에 아그로박테리움균과 함께 접종하는 방법이 주로 이용되고 있는데 보통 형질전환체를 얻기까지 약 4개월이 소요된다. 본 실험에서는 벼 형질전환에 소모되는 시간을 단축시키고자 벼 성숙종자를 세척한 후 N6 액체배지에 24시간 침종한 후 배반 부분이 부풀어 오르기 시작한 종자를 이용하여 아그로박테리움 접종을 시도하였다. 표면 살균한 종자를 2 ㎎/L 2,4-D가 포함된 N6 액체배지에 침종하여 30℃ 암상태에서 24시간 동안 발아시켜(도 5A 및 도 5B), 배 부분이 부풀어 오르며 식물체가 분화가 되기 시작한 종자를 15 ㎖의 아그로박테리움 현탁액이 담겨있는 튜브에 담가 약 20분간 접종한 다음 멸균한 필터페이퍼 위에 종자를 올려놓아 여분의 아그로박테리움을 제거하였다. 아그로박테리움을 접종한 종자를 1 mM DTT(dithiothreitol), 3 ㎎/L 실버 나이트라이트(AgNO3), 0.5% 젤라이트가 포함된 2N6-AS 배지 위에 필터페이퍼를 깔고 그 위에 치상하여 25℃ 암조건에서 3일간 공동 배양하였고(도 5C), 그 후 배지 성분의 영향력을 높이기 위해 필터페이퍼를 제거한 배지에 치상하여 25℃ 암조건에서 4일간 공동 배양하였다(도 5D). A common method commonly used to transform rice plants is to inoculate the callus in rice seeds and then inoculate the callus with Agrobacterium spp. It usually takes about 4 months to obtain the transformant . In this experiment, agar bacterium was inoculated with seeds that had been swollen at the blastocyst stage after washing rice seed matured seeds to shorten the time consumed for transplanting the rice, and soaking them in N6 liquid medium for 24 hours. The surface-sterilized seeds were soaked in N6 liquid medium containing 2 mg / L 2,4-D and germinated for 24 hours at 30 캜 in a dark state (Fig. 5A and Fig. 5B), resulting in swelling of the abdomen, Was inoculated in a tube containing 15 ml of Agrobacterium suspension, and inoculated for about 20 minutes. Then, seeds were placed on the sterilized filter paper to remove excess Agrobacterium. The seeds inoculated with Agrobacterium were placed on filter paper on 2N6-AS medium containing 1 mM DTT (dithiothreitol), 3 mg / L silver nitrite (AgNO 3 ) and 0.5% gelite, (Fig. 5C). Then, in order to enhance the influence of the medium components, the filter paper was dentated to the medium from which the filter paper had been removed, and co-cultured for 4 days at 25 캜 in dark condition (Fig. 5D).

공동 배양 기간 동안 아그로박테리움의 과도한 성장을 막고 아그로박테리움 도입에 따른 식물세포의 방어기작으로 생성될 수 있는 물질을 줄이기 위해 1 mM DTT, 3 ㎎/L 실버 나이트라이트(AgNO3) 등을 배지에 포함하였다. 7일간의 공동 배양 후 호르몬에 따른 캘러스 형성률을 살펴본 결과는 박테리움에 감염 후 캘러스 형성 및 생육은 그렇지 않았을 경우보다 효율적이지 못하다. 공동배양시 아그로박테리움의 과도한 생육을 억제할 수 있는 항산화 물질의 첨가와 더불어 사용되는 호르몬의 적절한 조절은 공동배양 과정에서 효율적인 캘러스 형성 및 아그로박테리움에 의한 목표 유전자의 도입을 가능하게 할 수 있을 것으로 판단된다. 1 mM DTT, 3 mg / L silver nitrite (AgNO 3 ) and the like were added to the culture medium to prevent excessive growth of Agrobacterium during the co-cultivation period and to reduce the substances that could be produced by the defense mechanism of plant cells due to the introduction of Agrobacterium . After 7 days of coculture, the callus formation rate by hormone was less effective than the callus formation and growth after infection with bacterium. In addition to the addition of antioxidants that can inhibit excessive growth of Agrobacterium during co-culture, proper regulation of the hormones used may enable efficient callus formation and introduction of target genes by Agrobacterium in co-culture .

본 실험에 사용한 종자는 아직 캘러스 증식이 충분치 않은 상태이기 때문에, 건전한 상태의 캘러스를 증식시키고 아그로박테리움의 생장 억제를 위해 400 ㎎/L 카베니실린(carbenicillin) 만이 포함된 N6D 배지에 옮겨 32℃ 지속 광조건으로 1주 동안 배양하여 캘러스를 증식하였다(도 5E). 캘러스 증식 1주 후 건전한 상태의 캘러스를 이용하여 유전자가 삽입된 캘러스 선발을 위해 6 ㎎/L ppt(phosphinothricin)와 400 ㎎/L 카베니실린이 포함된 N6D 배지에 옮겨 32℃ 지속 광조건으로 2주 동안 배양하였다. 배양 후 배반으로부터 왕성하게 증식하는 캘러스를 SF(shoot formation) 배지로 옮겨 식물체의 재분화를 유도하였다. 항생제가 포함된 배지에서 2주가 지난 후부 터 캘러스에서 그린스팟(green spot)이 형성되기 시작하였고(도 5F), 약 3주의 배양기간 후에는 캘러스에서 신초가 형성되기 시작하였다(도 5G 및 5H). 항생제 배지에서 SF 배지로 옮긴 후 그린스팟 형성 및 재분화 효율은 접종하는 유전자에 따라 다른 양상을 보였다. 지상부가 재분화된 식물체를 RF(root formation) 배지(도 5I 및 5J)로 옮겨 뿌리 발생을 유도하였으며 순화된 벼 형질전환 식물체를 온실에서 포트에 이식하여 재배하였다(도 5K 및 5L). 본 실험에서 사용한 동진 벼는 형질전환 캘러스 1200개 중 총 400 개의 형질전환 식물체를 얻어 높은 형질전환 효율을 보였다.
Since the seeds used in this experiment are not yet sufficient for callus proliferation, healthy calli are proliferated and transferred to N6D medium containing only 400 mg / L carbenicillin to inhibit the growth of Agrobacterium. And cultured for 1 week in a continuous light condition to proliferate callus (FIG. 5E). After 1 week of callus proliferation, the callus was transferred to N6D medium containing 6 ㎎ / L ppt (phosphinothricin) and 400 ㎎ / L carbenicillin for 2 days Lt; / RTI > After cultivation, the calli propagating proliferately from the blastocyst were transferred to SF (shoot formation) medium to induce plant regeneration. Green spots began to form on the callus after 2 weeks in the medium containing antibiotics (Fig. 5F), and shoot formation began in the callus after approximately 3 weeks of culture (Figs. 5G and 5H) . After transferring from antibiotic medium to SF medium, the efficiency of green spot formation and regeneration was different depending on the gene inoculated. The subse- quently regenerated plant was transferred to root formation medium (Fig. 5I and 5J) to induce root development. The purified rice transgenic plants were transplanted into pots in the greenhouse and cultivated (Figs. 5K and 5L). A total of 400 transgenic plants were obtained from 1200 transgenic calli.

실시예Example 4.  4. pPZPpPZP ::CAP 형질전환체의 :: CAP transformants PCRPCR 분석을 통한 도입유전자 확인 Identification of transgenes through analysis

아그로박테리움 방법을 이용하여 작성한 pPZP::CAP 형질전환체 400점을 각각 포트에 이식하여 28℃ 온실에서 재배하였다. 각각의 표현형은 잎색, 잎맥, 신장 및 분얼 수 등 다양한 형태로 나타났으며, 이식 한달 후 건전한 식물체로 생장하였다. 육성된 pPZP::CAP 형질전환체 400점에 대하여 유전자 도입 여부를 위해 총 DNA를 추출하였다. 형질전환체 및 대조 식물체로부터 각각 1g씩 잎 끝을 채취하여 액체질소를 이용하여 미세하게 분쇄하였고, DNA 추출 버퍼 400㎕가 담긴 1.5㎖ 원심분리용 튜브에 갈아진 조직을 넣고 상하로 20회 혼합하였다. 그 후 2 x CTAB 버퍼 200㎕를 첨가하여 같은 방법으로 혼합하고 10 % SDS를 넣고 10회 정도 상하로 섞어준 후, 65℃ 항온 수조에 20분간 방치하였다. 5M 포타슘 아세테아트(pH 7.5) 200㎕를 첨가하고 50회 정도 상하 섞은 후 PCI(25:24:1)를 700㎕ 넣고 30회 정도 상하로 섞어 실온에서 12,000rpm으로 10분간 원심분리 하였다. 상층 400㎕ 정도를 새 1.5㎖ 튜브로 옮긴 후 동량의 이소프로판올을 첨가하여 20℃ 냉동고에 20분간 보관하였다가 4℃의 12,000rpm에서 15분간 원심분리하여 DNA를 침전시켰다. 침전된 DNA를 70 % 에탄올 1㎖을 넣고 세척한 다음 실온에서 완전히 건조시키고 RNase(1㎎/㎖) 2㎕가 첨가된 TE 버퍼 50㎕에 충분히 녹인 후 37℃에서 1시간 방치하여 사용하였다. 추출된 DNA를 이용하여 유전자 도입 여부를 확인하기 위해 PCR 분석을 수행하였다. 400 pPZP :: CAP transformants prepared using the Agrobacterium method were transplanted into the pots and cultivated in a greenhouse at 28 ° C. Each phenotype appeared in various forms such as leaf color, leaf vein, kidney and till number, and grew as a healthy plant after one month. Total DNA was extracted for 400 transfected pPZP :: CAP transformants. The leaves were weighed 1 g each from the transformants and control plants, finely pulverized using liquid nitrogen, and the ground tissue was placed in a 1.5 ml centrifuge tube containing 400 μl of the DNA extraction buffer, and the mixture was blended up and down 20 times . Then, 200 μl of 2 × CTAB buffer was added, mixed in the same manner, 10% SDS was added, and the mixture was mixed up and down about 10 times, and then left in a constant temperature water bath at 65 ° C. for 20 minutes. 200 μl of 5M potassium acetic acid (pH 7.5) was added and mixed up and down 50 times. 700 μl of PCI (25: 24: 1) was added and the mixture was centrifuged at 12,000 rpm for 10 minutes at room temperature. About 400 μL of the upper layer was transferred to a new 1.5 mL tube, and the same amount of isopropanol was added thereto. The mixture was stored in a freezer at 20 ° C. for 20 minutes and then centrifuged at 12,000 rpm at 4 ° C. for 15 minutes to precipitate the DNA. The precipitated DNA was washed with 1 ml of 70% ethanol, completely dried at room temperature, sufficiently dissolved in 50 μl of TE buffer to which 2 μl of RNase (1 mg / ml) had been added, and allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. PCR analysis was performed to confirm the gene introduction using the extracted DNA.

형질전환 실험에서 얻어진 재분화 식물체를 대상으로 벼 게놈 상에서 pPZP::CAP 유전자의 도입여부를 알아보기 위해, 재분화된 잎으로부터 게놈 DNA를 분리하여 도입유전자 PGDI-pinII Bar 벡터에서 Bar유전자 및 CAP 유전자 특이적 증폭용 프라이머 세트를 이용하여 PCR 분석을 수행하였다. 조사한 400개의 재분화 식물체에서 Bar 및 CAP 유전자가 검출되었다. 이는 pPZP::CAP 벡터가 벼 게놈에 잘 도입되어 있음을 의미하며, 이들 형질전환체는 T0 세대부터 계통번호를 부여하였다.
In order to investigate the introduction of pPZP :: CAP gene in the rice genome of the regenerated plant obtained from the transfection experiment, genomic DNA was isolated from the regenerated leaf to obtain Bar gene and CAP gene-specific PCR analysis was performed using the primer set for amplification. Bar and CAP genes were detected in 400 sown seedlings. This means that the pPZP :: CAP vector is well introduced into the rice genome, and these transformants are numbered from the T0 generation.

실시예Example 5.  5. TaqManTaqMan PCRPCR 에 의한 단일 카피(Single copy by SingleSingle copycopy ) 도입 형질전환체 ) Introduced transformant 선발Selection

본 연구에서는 TaqMan PCR에 의한 단일 카피 도입 형질전환체 선발하기 위하여 Takara사로부터 제공받은 프로토콜에 의해 명지대로부터 얻은 프로브 정보를 바탕으로 PGDI-pinII bar 벡터의 CAP 유전자 말단에 있는 nos 종결자 영역에 특이적 배열을 라벨링한 프로브 프라이머를 이용하였다. 이때 사용한 프로브로는 목적 유전자 프로브; 3'NOS, 참고 프로브; Tubulin 1을 각각 사용하였다. 형질전환체는 bar 및 CAP 유전자로 PCR 분석에 의해 확인된 400개 식물체 게놈을 대상으로 게놈내 CAP 유전자의 정량을 위한 절대표준농도(absolute standard concentration)을 계산할 수 있었다. 재분화 식물체로부터 유전자 도입 확인을 통해 선발된 총 400개의 형질전환체는 명지대로부터 분양받은 T2-homo 계통 DNA와 T2-hetero 계통 DNA를 대조구로 사용하여 TaqMan PCR 분석을 수행하였다.In this study, based on the probe information obtained from the myoji region by the protocol provided by Takara for the selection of single copy transfected cells by TaqMan PCR, the specificity of the nos terminator region at the terminal of CAP gene of PGDI-pinII bar vector A probe primer labeled with an array was used. The probe used herein includes a target gene probe; 3'NOS, reference probe; Respectively. Transformants were able to calculate the absolute standard concentration for the quantification of CAP genes in the genome from 400 plant genomes identified by PCR analysis with bar and CAP genes. A total of 400 transformants selected from the regeneration plant were confirmed by TaqMan PCR using T2-homo DNA and T2-heterogeneous DNA from Myongji University as a control.

pPZP::CAP 벡터가 도입된 재분화 식물체로부터 PCR 분석을 통하여 유전자 도입여부를 확인한 후, 총 400개의 형질전환 T0 개체 중에서 170개 식물체가 도입유전자가 단일 카피로 삽입되어 있었다.From the regenerated plants into which the pPZP :: CAP vector was introduced, it was confirmed by PCR analysis that 170 transgenic plants were inserted in a single copy among 400 transgenic T0 individuals.

pPZP::CAP 벡터가 도입된 재분화 식물체로부터 선발된 170개 단일 카피 식물체의 RNA를 추출한 후 합성한 cDNA로부터 CAP 유전자가 도입된 형질전환체의 발현량 분석을 위해 qRT-PCR법을 수행하였으며, 실시간 PCR법에 의한 CAP 유전자 정량 결과를 대조구와 비교했을 때, 대부분의 형질전환체에서 발현이 높게 나타났다(데이터 미제시).
qRT-PCR was performed to analyze the expression levels of the CAP gene-introduced transformants from the cDNAs obtained after extracting the 170 single-copy plants selected from the regenerated plants into which the pPZP :: CAP vector was introduced. Compared with the control, the expression of CAP gene by PCR method was higher in most transformants (data not shown).

실시예Example 6.  6. pPZPpPZP ::CAP 도입된 형질전환 계통에 벼 :: In the transgenic line introduced with CAP, rice 흰잎마름병균Blight of white blight 접종 및 선발  Inoculation and selection

pPZP::CAP 벡터가 재분화 식물체 TO 세대로부터 선발된 170개 단일카피 식물체의 항균성 검증을 위하여 벼 흰잎마름병균(Xanthomonas oryzae KACC10859 strain)을 106 CFU 농도로 접종하여 병원균의 전이 여부를 확인하였다. 그 결과 대조구로 사용된 동진벼 야생형과 벼 흰잎마름병균에 저항성을 보인다는 품종인 진백벼 품종에 비해 CAP 과발현 형질전환체 1번에서 5번은 항균펩타이드가 발현함에 따라 세포 내로 침입한 병원균에 내성을 보였음을 확인하였다(도 6). 대조구로 사용된 동진벼의 병반 크기는 11 cm, 진백벼는 7.5 cm로 나타났으나 형질전환체는 2cm 미만의 크기였으며, 병원균의 전염 또한 더 발생되지 않았다. 이러한 결과는 CAP 유전자가 도입됨으로써 식물세포조직 내에서 항균펩타이드로서의 작용을 통해 얻어진 것으로 분석된다.
In order to verify the antimicrobial activity of 170 single-copy plants selected from the TO generation of the pPZP :: CAP vector, the plants were inoculated with 10 6 CFU of Xanthomonas oryzae KACC10859 strain. As a result, CAP overexpressing transformants 1 to 5 showed resistance to the pathogenic bacteria infecting the cells as the antimicrobial peptides were expressed, compared with the Jinbongbyeo variety, which is resistant to the wild-type and rice blight-resistant bacteria used in the control. (Fig. 6). The size of the lesion was 11 cm and the size of the transgenic plants was less than 2 cm and the transmission of pathogens was not occurred. These results are analyzed to be obtained through the action of the CAP gene as an antimicrobial peptide in the plant cell tissue.

실시예Example 7.  7. T2T2 세대로부터 유전자 발현 분석 및  Gene expression analysis from generation 농업형질Agricultural trait 분석, 세대 육성 Analysis, generation upbringing

T1 호모 라인으로부터 세대 진전된 T2 라인에서 유전자의 발현을 살펴보고 필드에서 세대 육성되고 있는 개체들의 표현형과 농업적 형질을 분석한 결과, 모든 개체들에서 CAP이 안정적으로 발현하고 있음을 확인하였고, 농업형질을 분석한 결과, 표 1과 같이 동진벼 야생형에 비해 형질전환체임을 반영한다면 표현형이 모든 면에서 다소 부족할 수 있으나, 전반적인 농업 형질은 크게 차이는 없었다.The expression of genes in the T2 line developed from the homozygous T1 line was examined and the phenotypic and agricultural traits of the individuals raised in the field were analyzed. As a result, it was confirmed that CAP was stably expressed in all individuals, As a result of analyzing the traits, the phenotype may be somewhat lacking in all aspects if it is considered to be a transgenic animal compared to the wild type of Dongjinbang, as shown in Table 1, but the overall agronomic traits were not significantly different.

Figure pat00001
Figure pat00001

<110> Hankyong Industry Academic Cooperation Center <120> Multiple plant pathogen-resistant transgenic plant using anti-microbial peptide and uses thereof <130> PN13366 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 162 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 atgttgttgg caattgcttt cctagcctca gtttgtgtct cttctatgct gctgggtgat 60 ttcttccgga aatctaaaga gaagattggc aaagagttta aaagaattgt ccagagaatc 120 aaggattttt tgcggaatct tgtacccagg acagagtcct ag 162 <210> 2 <211> 37 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 2 Leu Leu Gly Asp Phe Phe Arg Lys Ser Lys Glu Lys Ile Gly Lys Glu 1 5 10 15 Phe Lys Arg Ile Val Gln Arg Ile Lys Asp Phe Leu Arg Asn Leu Val 20 25 30 Pro Arg Thr Glu Ser 35 <110> Hankyong Industry Academic Cooperation Center <120> Multiple plant pathogen-resistant transgenic plant using          anti-microbial peptides and uses thereof <130> PN13366 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 162 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 atgttgttgg caattgcttt cctagcctca gtttgtgtct cttctatgct gctgggtgat 60 ttcttccgga aatctaaaga gaagattggc aaagagttta aaagaattgt ccagagaatc 120 aaggattttt tgcggaatct tgtacccagg acagagtcct ag 162 <210> 2 <211> 37 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 2 Leu Leu Gly Asp Phe Phe Arg Lys Ser Lys Glu Lys Ile Gly Lys Glu   1 5 10 15 Phe Lys Arg Ile Val Gln Arg Ile Lys Asp Phe Leu Arg Asn Leu Val              20 25 30 Pro Arg Thr Glu Ser          35

Claims (14)

인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터로 식물 세포를 형질전환시켜 CAP 단백질 코딩 유전자의 발현을 조절하는 단계를 포함하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법. A method for regulating the complex tolerance of a plant, comprising the step of transforming a plant cell with a recombinant plant expression vector containing a human-derived CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene to regulate expression of a CAP protein coding gene. 제1항에 있어서, 상기 CAP 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법. 2. The method according to claim 1, wherein the CAP protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. 제1항에 있어서, 상기 CAP 유전자를 과다발현시켜 식물체의 복합 내병성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법. The method of claim 1, wherein the CAP A method for regulating the complex tolerance of a plant, comprising overexpressing a gene to increase the complex tolerance of the plant. 제1항에 있어서, 상기 식물병은 식물병원성 박테리아 또는 식물병원성 진균에 의해 발병된 병인 것을 특징으로 하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법. The method according to claim 1, wherein the plant disease is a disease caused by a phytopathogenic bacterium or a phytopathogenic fungus. 제1항에 있어서, 상기 식물병은 벼 흰잎마름병 또는 도열병인 것을 특징으로 하는 식물체의 복합 내병성을 조절하는 방법. [Claim 3] The method according to claim 1, wherein the plant disease is rice blight blight disease or blast disease. 인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 식물세포를 형질전환하는 단계; 및
상기 형질전환된 식물세포로부터 식물체를 재분화하는 단계를 포함하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법.
Transforming a plant cell with a recombinant vector comprising a human-derived CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene; And
And regenerating the plant from the transformed plant cell. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
제6항에 있어서, 상기 CAP 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법.[Claim 6] The method according to claim 6, wherein the CAP protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. 제6항에 있어서, 상기 CAP 유전자를 과다발현시켜 식물체의 복합 내병성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the CAP Wherein the plant is overexpressed to increase the complex tolerance of the plant. 제6항에 있어서, 상기 식물병은 식물병원성 박테리아 또는 식물병원성 진균에 의해 발병된 병인 것을 특징으로 하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법.[Claim 7] The method according to claim 6, wherein the plant disease is a disease caused by a phytopathogenic bacterium or a phytopathogenic fungus. 제6항에 있어서, 상기 식물병은 벼 흰잎마름병 또는 도열병인 것을 특징으로 하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체의 제조 방법.[Claim 7] The method according to claim 6, wherein the plant disease is rice blight blight disease or blast disease. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체.10. A transgenic plant having a controlled complex tolerance prepared by the method according to any one of claims 6 to 10. 제11항에 있어서, 상기 식물체는 단자엽 식물인 것을 특징으로 하는 복합 내병성이 조절된 형질전환 식물체.12. The plant according to claim 11, wherein the plant is a monocotyledon. 제11항에 따른 식물체의 종자.12. A plant seed according to claim 11. 인간 유래의 CAP(cathelicidin peptide) 단백질 코딩 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 유효성분으로 함유하는, 식물체의 복합 내병성 조절용 조성물.

A composition for controlling the complex tolerance of a plant, which contains, as an active ingredient, a recombinant vector comprising a human-derived CAP (cathelicidin peptide) protein coding gene.

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