KR20180039211A - Method for improving the resistance to the drought stress using pepper E3 ligase CaDSR1 in plants - Google Patents

Method for improving the resistance to the drought stress using pepper E3 ligase CaDSR1 in plants Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for improving resistance to drought stress of a plant using a pepper-derived new capsicum annum drought sensitive ring finger protein 1 (CaDSR1) gene/protein. The present invention identifies the CaDSR1 gene which is a negative regulatory factor for the drought stress and identifies an effect of improving the resistance to the drought stress in a transgenic plant in which the protein is silenced by functioning the CaDSR1 protein as a negative regulator of ABA signal transmission, thereby being used for the improvement of crops which mankind uses through the regulation of gene expression and, especially being expected to be useful for improving the productivity of the plant.

Description

고추 E3 ligase CaDSR1을 이용한 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법{Method for improving the resistance to the drought stress using pepper E3 ligase CaDSR1 in plants}[0001] The present invention relates to a method for enhancing dry stress resistance of plants using pepper E3 ligase CaDSR1,

본 발명은 고추 유래 신규 CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 유전자/단백질, 및 이를 이용한 식물체의 건조 스트레스 저항성을 증진시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a novel CaDSR1 ( Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) gene / protein derived from pepper, and a method for enhancing dry stress resistance of the plant using the same.

식물에서의 수분 부족은 해로운 환경적 스트레스 요인 중 하나로, 건조, 고염 및 추위에 의해 유발되며, 현저한 곡물 수확량 감소를 가져온다. 상기 수분 부족 환경에서 생존하기 위해서, 식물체는 기공에서의 증산 작용에 의한 수분 손실을 최소화하고, 뿌리 끝으로부터 수분 흡수를 최대화하기 위한 여러 가지 방어 기작을 진화시켜왔다. 수분 부족 환경에서 식물의 생리적 및 분자적 메커니즘은 널리 연구되어졌으나, 식물의 수분 부족 환경에서의 방어 메커니즘은 복잡하고 정밀한 공정에 의해 일어나는 것으로, 여전히 명확하게 규명되지는 못하였지만, 식물호르몬 앱시스산(ABA)이 건조 조건에서 유발되는 것은 알려져 있다.Water shortage in plants is one of the harmful environmental stressors, caused by drying, high salinity and cold, resulting in significant grain yield reduction. In order to survive in this water-poor environment, plants have evolved several defense mechanisms to minimize water loss due to vaporization in pores and maximize water uptake from root tips. Although the physiological and molecular mechanisms of plants in water-poor environments have been extensively studied, defense mechanisms in plant water-deficient environments are caused by complex and precise processes, and although they have not yet been clearly elucidated, the plant hormone abscisic acid ABA) is known to occur under drying conditions.

ABA는 비생물적 스트레스 특히, 건조 스트레스에 대하여 식물을 보호하기 위한 주요 식물 호르몬이며, 식물 생장 및 발달에 매우 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. ABA는 기공 폐쇄 촉진, 방어 관련 유전자의 유도 및 여러 가지 방어 대사 산물의 축적과 같은 다양한 전략에 의해 식물체의 건조 조건에서의 적응을 돕는 기능을 하며, 동시에 ABA 생합성 및 생합성에 의한 유전자를 조절상승시킨다. 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenases (NCED)은 ABA 합성과 연관있는 주요 효소로, 상기 NCED 유전자의 발현은 건조, 고염, 및 저온을 포함하는 삼투적 스트레스에 의해 발현된다. NCED 유전자는 ABA 생합성 및 생물적 스트레스 내성의 양성 조절자로, NCED 유전자가 과발현된 돌연변이는 ABA 양의 증가를 보였고, 여러 고등 식물에서 건조 및 고염에 대한 내성을 증가시킨다. 반면, NCED3 무표지 돌연변이는 낮은 ABA 수준 감소와 함께, 건조 스트레스에 대한 내성 감소 표현형을 보여주었다. 그러나, ABA 생합성 증가에 의한 정확한 분자적 작용은 충분히 규명되지 못했다.ABA is a major plant hormone for protecting plants against abiotic stress, especially dry stress, and is known to play a very important role in plant growth and development. ABA functions to help plants adapt to dry conditions by promoting pore closure, inducing defensive genes, and accumulating various defensive metabolites, while at the same time elevating genes by ABA biosynthesis and biosynthesis . 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenases (NCED) are the major enzymes involved in ABA synthesis, and the expression of the NCED gene is expressed by osmotic stresses including dryness, high salt, and low temperature. The NCED gene is a positive regulator of ABA biosynthesis and biological stress tolerance. Mutations overexpressing the NCED gene showed an increase in ABA levels and increased tolerance to dry and high salt in several higher plants. On the other hand, the NCED3 non-marker mutation showed a phenotypic decrease in tolerance to dry stress, with a lower ABA level. However, the precise molecular action due to increased ABA biosynthesis has not been fully elucidated.

신호전달 경로에서, 특이적인 유전자들은 cis-acting 요소와 전사 인자 사이의 상호작용에 의해 조절된다. 전사인자는 타겟 유전자의 발현에 필수적인 핵전이, 전사 활성화 또는 억제, 및 타겟 유전자의 촉진 영역에 대한 DNA-결합과 같은 다양한 특성을 가지고 있다. 이러한 전사 인자들은 건조, 고염, 온도 변화와 같은 스트레시 환경에 대한 적응과 연관된다. ERF, MYB, RAV 또는 bZIP을 포함하는 cis-acting 요소들의 종류를 포함하는 여러 전사 인자들은 식물의 적응 반응에 영향을 받으며, 결실 또는 과발현 돌연변이들은 다른 스트레스 요인에 대하여 내성 또는 예민한 표현형을 보인다. 식물에서 bZIP 인자에 대한 연구는 bZIP 인자가 종자 성숙, 노화, 환경적 스트레스에 대한 적응 반응과 같은 다양한 생물학적 프로세스를 조절한다는 것을 제시한 바 있으며, 비생물적 스트레스에 대한 식물의 적응 반응에서 bZIP 인자의 개입은 잘 알려져 있다(Blanco & Judelson 2005, Lee et al. 2006, Pitzschke et al. 2009).In the signaling pathway, specific genes are regulated by interactions between cis-acting elements and transcription factors. Transcription factors have various properties such as nuclear transfer, transcriptional activation or inhibition essential for the expression of the target gene, and DNA-binding to the targeted region of the target gene. These transcription factors are associated with adaptation to the stress environment, such as drying, high salt and temperature changes. Several transcription factors, including the type of cis-acting elements, including ERF, MYB, RAV or bZIP, are affected by the adaptive response of the plant and deletion or overexpression mutations show resistance or susceptibility to other stressors. Studies on bZIP factors in plants have suggested that bZIP factors regulate a variety of biological processes such as seed maturation, aging, adaptive responses to environmental stress, and the bZIP factor in plant adaptation responses to abiotic stress (Blanco & Judelson 2005, Lee et al. 2006, Pitzschke et al. 2009).

식물에서 비생물적 스트레스에 적응하는 대체적인 방안은 충격을 감소시키는 빠르고 효과적인 기작인 번역후변형(post-translational modification)이다. 상기 번역후변형의 하나의 유형인 유비퀴틴화는 식물발생의 여러 가지 세포과정 및 스트레스 반응과 연관되는 것으로, 유비퀴틴 부가에서 기질 단백질은 26S 프로테아좀에 의한 단백질 가수분해를 거치고, 세가지의 효소-ubiquitin-activating enzyme(E1), ubiquitin-conjugating enzyme(E2) 및 ubiquitin ligase(E3)의 연속적인 작용에 의해 조절된다. 상기 효소들 중, E3 연결효소는 특이성을 결정하고, 타겟 단백질을 구성하는 것으로, 애기장대에의 게놈시퀀싱을 거치면서 1400개 이상의 E3 연결효소가 밝혀졌다.An alternative approach to adaptation to abiotic stress in plants is post-translational modification, a fast and effective mechanism to reduce impact. One type of post-translational modification, ubiquitination, is associated with various cellular processes and stress responses in plant development. In ubiquitin adducts, the substrate protein undergoes protein hydrolysis by 26S proteasome and the three enzymes -ubiquitin (E1), ubiquitin-conjugating enzyme (E2) and ubiquitin ligase (E3). Among these enzymes, the E3 ligase determines the specificity and constitutes the target protein. More than 1400 E3 ligands have been found through genomic sequencing in Arabidopsis.

본 발명자들은 ABA 신호전달 경로 조절을 통한 건조 스트레스 반응간의 관련성을 알아보기 위해 연구하던 중, 고추에서 건조 민감성 RING finger 단백질인 CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 유전자를 동정하였으며, 상기 유전자가 침묵되면, 식물의 건조 스트레스 저항성을 증진시킨다는 것을 확인하여, 본 발명을 완성하였다. The present inventors investigated the relationship between the dry stress response through the regulation of the ABA signaling pathway and found that CaSR1 ( Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) gene was identified. When the gene was silenced, it was confirmed that the dry stress resistance of the plant was enhanced, thereby completing the present invention.

이에, 본 발명의 목적은 CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1)의 유전자 또는 단백질과, 상기 단백질을 억제하여 식물체의 건조 스트레스 저항성을 증진시키는 조성물 및 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a cosmetic composition containing CaDSR1 ( Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) gene and protein, and a composition and a method for inhibiting the protein to improve the dry stress resistance of the plant.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 건조 스트레스에 대한 음성적 조절인자(negative regulator) 단백질을 코딩하는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 유전자를 제공한다. In order to accomplish the object of the present invention as described above, the present invention provides a method for producing a negative regulator protein (CaSR1) comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding a negative regulator protein against dry stress, Lt; / RTI >

또한, 본 발명은 CaDSR1 단백질의 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for enhancing dry stress resistance of a plant, comprising an expression or activity inhibitor of CaDSR1 protein as an active ingredient.

본 발명의 일 구현예로, 상기 CaDSR1 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the CaDSRl protein is characterized in that it is composed of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2.

또한, 본 발명은 CaDSR1 단백질을 코딩하는 유전자의 ORF(open reading frame)를 포함하는 재조합 VIGS(Virus Induced Gene Silencing) 벡터를 제공한다. The present invention also provides a recombinant VIGS (Virus Induced Gene Silencing) vector comprising an ORF (open reading frame) of a gene encoding a CaDSR1 protein.

아울러, 본 발명은 상기 벡터로 식물체를 형질전환시켜 CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 유전자를 침묵시키는 단계를 포함하는 식물체의 건조 저항성을 증진시키는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for promoting dryness resistance of a plant, comprising the step of silencing a CaSR1 (Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) gene by transforming a plant with the vector.

본 발명은 건조 스트레스에 대한 음성적 조절인자 단백질을 암호화 하는 신규 CaDSR1 유전자를 동정하였으며, CaDSR1 단백질은 ABA 신호전달의 음성 조절자로 기능하며 상기 단백질이 침묵된 형질전환 식물체에서 건조 스트레스 저항성 증진 효과를 확인하였는바, CaDSR1 유전자의 발현 조절을 통해 인류가 이용할 수 있는 작물 등의 개량에 활용할 수 있으며, 특히 식물의 생산성을 향상시키는데 유용하게 이용할 수 있을 것으로 기대된다.The present invention identified a novel CaDSR1 gene encoding a negative regulatory factor protein for dry stress and CaDSR1 protein functioned as a negative regulator of ABA signal transduction and confirmed the effect of enhancing dry stress resistance in the transgenic plant in which the protein was silenced Bar, the CaDSR1 gene It can be used for the improvement of crops available to mankind through the regulation of expression, and it is expected to be useful for improving the productivity of plants.

도 1은 CaDILZ1의 상호작용 단백질인 CaDSR1 단백질의 확인 결과를 나타낸 것으로, 도 1a는 CaDILZ1에 대한 cell-free 분해 분석 결과를 나타낸 것으로 GST-CaADIP1 (500 ng) 단백질은 고추잎으로부터 제조된 추출물과 배양된 것이다. Immunoblot analysis는 anti-GST antibody (위)를 이용하여 수행된 것이고, CBB staining (아래)는 추출물 M, MG132의 동일한 로딩을 보여준다.
도 1b는 RING domain의 다중 서열 정렬 결과를 나타낸 도면으로, CaDSR1과 다른 종 식물의 CaDSR1 상동성 단백질과의 RING 도메인의 아미노산 서열은 ClustalW2 프로그램을 이용하여 동일성에 따라 어둡게 표시되었다. *는 보존된 시스테인(C) 및 히스티딘(H)을 의미하는 것이며, 도 1c는 CaDSR1 단백질의 소수성 부분을 도식화한 결과를 나타낸 도면이다.
도 1d는 CaDILZ1 및 CaDSR1의 상호작용을 확인하기 위한 Yeast two-hybrid assay 결과를 나타낸 것이고, 도 1e는 Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) 분석 결과를 나타낸 것으로, 담배 잎에서 VYNE::CaDILZ1는 CYCE::CaDSR1와 공발현한다.
도 1f는 CaDSR1 및 담배 식물에서 C-말단 GFP 단백질이 표지된 절형 CaDSR1 단백질의 세포 내 위치를 나타낸 것이고(백색 막대=20μm), 도 1g는 CaDSR1이 조직에서 전체적으로 발현되는지 확인한 결과를 나타낸 것이며, 도 1h는 ABA, 건조 및 고염 처리된 경우의 CaDSR1의 발현 수준을 확인한 결과를 나타낸 도면이다. pepper Actin1 (CaACT1) gene이 대조 유전자로 사용되었다.
도 2는 CaDSR1의 Multiple alignments 결과를 나타낸 것으로, CaDSR1의 상동 단백질과 CaDSR1의 추정 아미노산 서열의 multiple alignment는 ClustalW2를 사용하여 수행되었다. 동일 및 유사한 아미노산 잔기는 동일성에 따라 어둡게 표시되었고, 상동 영역의 정렬을 최대화하기 위해 도입된 갭은 대시기호로 표시되었다(사용된 서열은 다음과 같다:CaDILZ1 (accession no. NP_001311996), Solanum lycopersicum TGA2 (accession no. XP_010322435), Solanum tuberosum TGA2 (accession no. XP_006347245), Glycine max TGA2-like (accession no. XP_003539469), Citrus sinensis TGA2-like (accession no. XP_006487950), Sesamum indicum TGA2 X1 (accession no. XP_011088884), Populus euphratica TGA2-like (accession no. XP_011000921), Vitis vinifera TGA6 (XP_002276067), Beta vulgaris TGA2 (accession no. XP_010686013), Arabidopsis thaliana TGA9 (accession no. NP_563810; AT1G08320), 및 Brassica napus TGA2-like (accession no. XP_002874883), 적색 표시: BRLZ (BASIC REGION LEUCINE ZIPPER) 도메인; 초록색 표시: DOG1 (DELAYED IN GERMINATION1) 도메인, 핵신호는 검은색 막대로 표시되었다.
도 3은 핵 내 CaDILZ1 및 CaDSR1의 상호작용을 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 CaDSR1 단백질의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 확인한 결과를 나타낸 도면으로, 도 4a는 CaDSR1 단백질의 세포 내 자가 유비퀴틴화를 확인한 결과를 나타낸 것으로 MBP-표지된 재조합 CaDSR1 및 아미노산 결실 돌연변이 CaDSR1C112S 단백질은 Arabidopsis E1, E2, Ub, 및 ATP 등과 배양해주었다. 유비퀴틴화된 CaDSR1 단백질은 anti-MBP (위) 및 anti-Ub (아래) 항체를 사용하여 확인되었다. 도 4b는 CaDSR1에 의한 CaDILZ1의 세포 내 유비퀴틴화를 확인한 결과로, 기질로 GST-표지된 CaDILZ1 단백질을 혼합물에 첨가하고, 2시간 동안 배양해주었고, Immunoblot 분석은 anti-GST (위) 및 anti-Ub (아래) 항체를 사용하여 수행된 것이다.
도 5는 CaDSR1이 침묵된 고추식물의 탈수 스트레스에 대한 내성 증가 확인 결과를 나타낸 도면으로, 도 5a는 ABA 처리된 CaDSR1이 침묵된 고추 식물의 잎 온도를 나타낸 것이며, CaDSR1이 침묵된 고추 식물(TRV2:CaDSR1) 및 대조군 식물 (TRV2:00)은 50μM ABA를 처리하고 6시간 후의 잎의 온도를 촬영한 대표 이미지를 나타낸 것이며, 도 5b는 각 식물의 첫 번째 및 두 번째 잎의 온도의 평균을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5c는 CaDSR1이 침묵된 고추 식물(TRV2:CaDSR1) 및 대조군 식물 (TRV2:00)의 ABA에 의해 유도된 기공의 모습을 촬영하여 나타낸 것이며, 도 5d는 기공의 직경 및 길이를 비교한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5e는 CaDSR1이 침묵된 고추 식물(TRV2:CaDSR1) 및 대조군 식물 (TRV2:00) 잎의 증산 수분 손실 변화를 1시간마다 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5f는 CaDSR1이 침묵된 고추 식물(TRV2:CaDSR1) 및 대조군 식물 (TRV2:00)의 탈수 스트레스 처리후 ABA 양의 변화를 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5g는 CaDSR1이 침묵된 고추 식물(TRV2:CaDSR1) 및 대조군 식물 (TRV2:00)의 탈수 민감성을 측정한 결과로, *는 유의한 차이를 의미하는 것이다(Student’s t-test; P < 0.05).
도 6은 애기장대에서 CaDSR1의 발현을 확인한 것으로, 도 6a는 CaDSR1이 침묵된 고추식물에서 CaDSR1의 유전자 발현의 RT-PCR 분석 결과를 나타낸 것이고, 도 6b는 CaDSR1이 과발현된 형질전환 애기장대에서 CaDSR1의 유전자 발현의 RT-PCR 분석 결과를 나타낸 것이다. 각 유전자의 발현 수준은 35S::CaDSR1의 4주된 애기장대의 잎으로 분석되었고, 고추 식물에서는 뿌리를 제거하여 탈수 효과를 가한 6잎 단계의 식물로부터 세 번째 및 네 번째 잎을 떼어내어 사용한 것이다. CaACT1 및 애기장대 Actin8 유전자는 대조군으로 사용되었다.
도 7은 탈수 스트레스가 처리된 35S::CaDSR1 형질전환 애기장대 식물의 탈수 내성을 확인한 결과를 나타낸 도면으로, 도 7a는 애기장대 야생형 식물 및 2개의 독립적인 35S:CaDSR1 식물로부터 떼어낸 잎의 온도를 나타낸 도면이고, 도 7b는 3개의 가장 큰 로제트잎으로부터 측정된 평균 온도를 나타낸 것이며, 도 7c는 야생형 식물 및 35S::CaDSR1의 잎에서 증산 수분 손실의 양을 확인한 결과를 나타낸 도면이고, 도 7d는 10 μM ABA에 의해 유도된 기공 폐쇄 확인 결과를 나타낸 도면이며, 도 7e는 야생형 및 35S::CaDSR1 식물에서의 탈수 민감성을 확인한 결과를 나타낸 도면이며, 도 7f는 야생형 및 35S::CaDSR1 식물의 탈수된 잎에서 탈수-반응 유전자의 발현 수준 분석 결과를 나타낸 것으로 각 유전자의 상대 발현 수준(ΔΔCT)은 Actin8을 대조 유전자로 이용하여 정규화 되었다.
FIG. 1 shows the results of cell-free digestion analysis of CaDILZ1. Fig. 1 (a) shows the results of the cell-free digestion analysis of CaDILZ1, and the GST-CaADIP1 (500 ng) . Immunoblot analysis was performed using anti-GST antibody (top), and CBB staining (bottom) shows the same loading of extract M, MG132.
FIG. 1B shows the result of multiple sequence alignment of the RING domain. The amino acid sequence of the RING domain of CaDSR1 and the CaDSR1 homologous protein of the other species was darkened according to the identity using the ClustalW2 program. * Indicates conserved cysteine (C) and histidine (H), and FIG. 1C is a diagram showing the result of visualizing the hydrophobic part of the CaDSR1 protein.
FIG. 1D shows the result of a yeast two-hybrid assay for confirming the interaction between CaDILZ1 and CaDSR1. FIG. 1E shows the results of Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) analysis. In the tobacco leaf, VYNE :: CaDILZ1 is CYCE :: CaDSR1 Lt; / RTI &gt;
FIG. 1F shows the intracellular location of CaDSR1 and the flanking CaDSR1 protein labeled with C-terminal GFP protein in tobacco plants (white bar = 20 .mu.m), FIG. 1g shows the result of confirming that CaDSR1 is expressed entirely in the tissue, 1h shows the result of confirming the expression level of CaDSR1 in the case of ABA, dry and high salt treatment. pepper Actin1 (CaACT1) gene was used as a control gene.
Fig. 2 shows the result of multiple alignments of CaDSRl. Multiple alignment of the deduced amino acid sequence of CaDSRl with the homologous protein of CaDSRl was performed using ClustalW2. The same and similar amino acid residues were darkened according to identity, and the gaps introduced to maximize alignment in the homology region were indicated by dashes (the sequences used are: CaDILZ1 (accession no. NP_001311996), Solanum lycopersicum TGA2 (Accession No. XP_010322435), Solanum tuberosum TGA2 (accession No. XP_006347245), Glycine max TGA2-like (accession No. XP_003539469), Citrus sinensis TGA2-like (accession No. XP_006487950), Sesamum indicum TGA2 X1 (accession No. XP_011088884 ), Populus euphratica TGA2-like (Accession No. XP_011000921), Vitis vinifera TGA6 (XP_002276067), Beta vulgaris TGA2 (accession No. XP_010686013), Arabidopsis thaliana TGA9 (Accession No. NP_563810; AT1G08320), and Brassica napus TGA2- accession No. XP_002874883), red mark: BRLZ (green mark): DOG1 (DELAYED IN GERMINATION1) domain, nuclear signal is indicated by a black bar.
Fig. 3 is a view showing the results of confirming the interaction of CaDILZl and CaDSRl in the nucleus.
FIG. 4 shows the result of confirming the E3 ubiquitin ligase activity of the CaDSR1 protein. FIG. 4a shows the result of confirming the intracellular autoustinization of the CaDSR1 protein. The MBP-labeled recombinant CaDSR1 and the amino acid deletion mutant CaDSR1 C112S Proteins were incubated with Arabidopsis E1, E2, Ub, and ATP. Ubiquitinated CaDSRl protein was identified using anti-MBP (top) and anti-Ub (bottom) antibodies. FIG. 4B shows the results of confirming intracellular ubiquitination of CaDILZ1 by CaDSR1. As a result, GST-labeled CaDILZ1 protein was added to the mixture and incubated for 2 hours. Immunoblot analysis was performed using anti-GST and anti- Ub (bottom) antibody.
FIG. 5 shows the result of confirming the tolerance increase of CaDSR1-depressed pepper plants against dehydration stress. FIG. 5A shows the leaf temperature of ABF-treated CaDSR1-silenced pepper plants and CaDSR1 is a silenced pepper plant (TRV2 : CaDSR1) and a control plant (TRV2: 00) were representative images of leaf temperature after treatment with 50 μM ABA and after 6 hours, and FIG. 5b shows the average temperature of the first and second leaves of each plant Fig.
FIG. 5c is a photograph showing the appearance of pores induced by ABA of CaDSR1-silenced pepper plants (TRV2: CaDSR1) and control plants (TRV2: 00), and FIG. 5d shows the results of comparing the diameters and lengths of pores Fig.
FIG. 5E is a graph showing the change in the water loss of the citrus plants (TRV2: CaDSR1) and the control plant (TRV2: 00) in which CaDSR1 was silenced every 1 hour.
FIG. 5f shows the results of confirming the change in the amount of ABA after dehydration stress treatment of CaDSR1-silenced pepper plants (TRV2: CaDSR1) and control plants (TRV2: 00).
FIG. 5g shows a significant difference (*) between the CaDSR1-silenced pepper plants (TRV2: CaDSR1) and the control plant (TRV2: 00) .
FIG. 6 shows the results of RT-PCR analysis of CaDSR1 gene expression in CaDSR1-silenced pepper plants. FIG. 6B shows the results of RT-PCR analysis of CaDSR1 gene expression in CaDSR1-overexpressing transgenic Arabidopsis thaliana. The results are shown in Fig. The level of expression of each gene was analyzed by using the leaves of the 4 weeks old Arabidopsis thaliana of 35S :: CaDSR1. In the pepper plants, the third and fourth leaves were removed from the 6 leaf stage plants which removed the root and dehydrated. CaACT1 and the Arabidopsis Actin8 gene were used as controls.
FIG. 7 shows the results of confirming dehydration resistance of the 35S :: CaDSR1 transgenic Arabidopsis plants treated with dehydration stress, wherein FIG. 7a shows the temperature of the leaves taken from the Arabidopsis wild type plants and two independent 35S: CaDSR1 plants FIG. 7B shows the average temperature measured from the three largest rosette leaves, FIG. 7C shows the results of checking the amount of water loss in the leaves of the wild-type plants and 35S :: CaDSR1, 7d shows the results of pore-closure verification induced by 10 μM ABA, FIG. 7e shows the results of dehydration-sensitivity confirmation in the wild-type and 35S :: CaDSR1 plants, FIG. 7f shows the wild type and 35S :: CaDSR1 plants The relative expression level (ΔΔCT) of each gene was normalized using Actin8 as a control gene.

본 발명자들은, 식물의 건조 스트레스에 있어 음성 조절자로 기능하는 CaDSR1 유전자를 동정하였고, 상기 유전자가 침묵된 형질전환 애기장대 식물체에서 건조 스트레스에 대한 저항성 증가를 확인함으로써 본 발명은 완성하였다.The present inventors have identified the CaDSR1 gene functioning as a negative regulator in the dry stress of the plant and completed the present invention by confirming the increase in resistance to the dry stress in the transgenic Arabidopsis thaliana plant in which the gene is silenced.

이에, 본 발명은 건조 스트레스에 음성 조절인자(negative regulator) 단백질을 암호화하는, 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 유전자를 제공한다.Accordingly, the present invention relates to a method for producing CaDSR1 ( Capsicum annuum (SEQ ID NO: 1)) comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, which encodes a negative regulator protein to a dry stress Drought Sensitive RING finger protein 1) gene.

본 발명의 유전자인 CaDSR1은 바람직하게는 서열번호 1의 염기서열로 이루어져 있으며, 상기 CaDSR1 유전자에 의해 암호화되는 펩타이드는 바람직하게는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The gene of the present invention, CaDSR1 , preferably consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the peptide encoded by the CaDSR1 gene preferably comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 명세서에서 “음성 조절인자(negative regulator) 단백질”이란 생명현상 조절에서 억제방향으로 작용하는 단백질을 의미한다. 즉, 본 발명의 유전자인 CaDSR1은 건조 스트레스에 대한 조절에서 억제하는 기능을 갖는 단백질을 코딩하고, 이로 인해, CaDSR1 유전자가 과발현되는 경우, ABA 민감도 감소 및 건조 스트레스에 대한 저항성이 감소될 수 있다.As used herein, a &quot; negative regulator protein &quot; refers to a protein that acts in the direction of inhibition in the regulation of life events. That is, the gene of the present invention, CaDSR1, encodes a protein having a function of inhibiting the regulation of the dry stress, and thus, when the CaDSR1 gene is overexpressed, the resistance to ABA sensitivity reduction and drying stress can be reduced.

본 발명자들은 E3 리가아제 단백질인 CaDILZ1과 상호 작용하는 단백질을 관찰하였고, 그 결과 건조 스트레스에 대한 양성적 조절인자인 CaDILZ1과 상호 작용하는 단백질을 동정하였고, 상기 CaDSR1이 ABA, 건조, 및 고염 조건에서 증가하는 것을 확인하였으므로, 상기 단백질이 ABA 건조 스트레스 반응과 관련이 있는지 그 연관성을 규명하고자 하였다(실시예 2 참조).The present inventors observed a protein interacting with the E3 ligase protein CaDILZ1. As a result, a protein interacting with CaDILZ1, which is a positive regulator of dry stress, was identified. The CaDSR1 was expressed in ABA, (Fig. 2). Therefore, the present inventors sought to determine whether the protein is related to the ABA drying stress response (see Example 2).

우선, 본 발명의 일실시예에서는, ABA, 건조, 또는 고염 처리한 고추 식물 잎에서 CaDSR1 유전자의 발현이 증가하는 것을 확인하였다(실시예 3 참조).First, in one embodiment of the present invention, the expression of the CaDSR1 gene was increased in the leaves of pepper plants treated with ABA, dry, or high salt (see Example 3).

본 발명의 일 실시예에서는, VIGS (Virus Induced Gene Silencing) 기법으로 CaDSR1 유전자를 침묵시킨 고추 식물의 경우, ABA에 대한 과민성에 의하여 기공이 폐쇄되어 증산률이 억제되고, 결과적으로 건조 스트레스에 대한 내성 (저항성)을 상당히 증가시킴을 확인하였다 (실시예 4 참조). 또한, 애기장대에서 CaDSR1 유전자를 과발현시킨 결과, 건조, 삼투, 고염 스트레스에 대한 저항성을 현저하게 감소된다는 것을 확인함으로써, CaDSR1 단백질이 ABA 신호전달의 음성 조절자 역할을 수행한다는 사실을 규명하였다 (실시예 5 참조).In one embodiment of the present invention, in the case of a pepper plant in which the CaDSR1 gene is silenced by VIGS (Virus Induced Gene Silencing) technique, the pore is closed due to the hypersensitivity to ABA, and the rate of transpiration is suppressed, (Resistance) significantly (see Example 4). In addition, overexpression of the CaDSR1 gene in Arabidopsis has shown that the CaDSR1 protein acts as a negative regulator of ABA signal transduction by confirming that the resistance to dry, osmotic, and high salt stress is significantly reduced (see See Example 5).

따라서, CaDSR1 단백질의 발현 또는 활성을 억제함으로써 식물체의 건조 스트레스에 대한 내성(저항성)을 증진시킬 수 있으며, 이에, 본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은 CaDSR1 단백질 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 식물체의 건조 저항성 증진용 조성물을 제공한다. Therefore, by suppressing the expression or activity of the CaDSR1 protein, resistance to the dry stress (resistance) of the plant can be enhanced. Accordingly, in another aspect of the present invention, And a composition for promoting dryness resistance of a plant.

본 발명에서 상기 식물(체)는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 콩, 감자, 팥, 귀리, 수수를 포함하는 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파, 당근을 포함하는 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩, 유채를 포함하는 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구, 바나나를 포함하는 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합, 튤립을 포함하는 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐, 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료작물류 등일 수 있으며, 가장 바람직하게는 애기장대 또는 고추이나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the plant (sieve) is a food crop including rice, wheat, barley, corn, soybean, potato, red bean, oats, sorghum; Vegetable crops including Arabidopsis, cabbage, radish, red pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, squash, onions, onions and carrots; Special crops including ginseng, tobacco, cotton, sesame seed, sugar cane, beet, perilla, peanut, and rapeseed; Fruit trees including apple trees, pears, jujube trees, peaches, sheep grapes, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots, and bananas; Roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies, tulips; And feed crops including rice, red clover, orchardgrass, alpha-alpha, tall fescue, perennialla grass, and the like, most preferably, but not limited to, Arabidopsis thaliana or red pepper.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1. 실험준비 및 실험방법 1. Experimental Preparation and Experimental Methods

1-1. 식물 재료 및 성장 조건1-1. Plant materials and growth conditions

고추(Capsicum annuum L., cv. Nockwang) 및 담배(Nicotiana benthamiana) 종자는 증기 소독된 배합토(피트모스(peat moss):펄라이트(perlite):질석(vermiculite)=5:3:2, v/v/v), 사토(sand), 및 양토(loam soil)를 1:1:1(v/v/v)로 섞고 파종하였다. 이후 고추 식물은 하루에 16시간 동안 백색 형광등 세기 130 μmol photons m-2S-1로 빛을 비춘 24±1℃ 방에서 성장시켰다. 애기장대(Arabidopsis thaliana: ecotype Col-0) 종자는 발아와 동시에 4℃에서 2일 동안 춘화시켰고, 1% 수크로오스 및 Microagar(Duchefa Biochemie)가 보충된 MS(Murashige and Skoog) salt에서 발아시켰다. 애기장대 묘목은 증기 소독된 배합토(피트모스(peat moss):펄라이트(perlite):질석(vermiculite)=9:1:1, v/v/v)에서 고추와 동일한 조건으로 성장시켰다. Capsicum annuum L., cv. Nockwang) and tobacco ( Nicotiana benthamiana seeds were grown in steam sterilized blended soil (peat moss: perlite: vermiculite = 5: 3: 2, v / v / v), sand, and loam soil 1: 1: 1 (v / v / v). Then the pepper plants were grown in a 24 ± 1 ° C room with a white fluorescence intensity of 130 μmol photons m -2 S -1 for 16 hours per day. Arabidopsis thaliana : ecotype Col-0) seeds were germinated in MS (Murashige and Skoog) salt supplemented with 1% sucrose and Microagar (Duchefa Biochemie). The Arabidopsis seedlings were grown under the same conditions as pepper in steam sterilized blended soil (peat moss: perlite: vermiculite = 9: 1: 1, v / v / v)

1-2. Virus-induced gene silencing (1-2. Virus-induced gene silencing ( VIGSVIGS ))

고추에서 CaDSR1 유전자를 침묵(knockdown) 시키기 위해 담배얼룩바이러스(tobacco rattle virus: TRV) 기반 VIGS(virus-induced gene silencing) 시스템을 이용하였다.Tobacco rattle virus (TRV) -based virus-induced gene silencing (VIGS) system was used to knockdown the CaDSR1 gene in pepper.

음성 조절로서 pTRV1 및 pTRV2:CaDSR1 또는 pTRV2:00을 운반하는 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens) 균주 GV3101를 고추식물의 완전히 자란 자엽에 침투시켰다(OD600 = 0.2). 식물체들은 생장 및 바이러스가 증식할 수 있도록 16시간 낮/8시간 밤으로 광주기를 설정한 24℃의 생육실에 두었다. Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 carrying pTRV1 and pTRV2: CaDSR1 or pTRV2: 00 as negative control was infiltrated into fully grown cotyledons of pepper plants (OD 600 = 0.2). The plants were placed in a growth chamber set at 24 ° C for 16 hours / 8 hours at night to allow growth and virus propagation.

1-3. 1-3. CaDSR1CaDSR1 유전자가 과발현된 형질전환 애기장대 제조 Production of transgenic Arabidopsis overexpressed genes

CaDSR1 cDNA(accession no. KT693386)를 pENTR/D-TOPO vector(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)에 삽입하였다. LR 반응을 거쳐, CaMV(cauliflower mosaic virus) 35S 프로모터의 조절 하에 복제된 유전자는 본질적으로 각 유전자를 발현하기 위해서 pK2GW7에 도입되었다. 각각의 정확한 구성체는 전기천공법에 의해 아그로박테리움 균주 GV3101에 도입되었다. 본 발명에서 이용된 모든 돌연변이는 Col-0을 기반으로 한 것으로, floral dip method는 CaDSR1 유전자로 애기장대를 형질전환하는 것에 이용되었다(Clough & Bent, Plant Journal 16, 735-743, 1998). 형질전환 식물의 계통은 추정 변이 종자를 kanamycin 50 μg·mL-1 이 첨가된 MS 배지에서 발아시킴으로써 선택되었다. T3 식물의 종자들은 같은 항생물질을 포함하는 MS 배지에서 3:1의 분리비를 보이는 2대째 형질전환 식물로부터 수확되었다. CaDSR1 cDNA (accession no. KT693386) was inserted into a pENTR / D-TOPO vector (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA). After the LR reaction, the gene cloned under the control of CaMV (cauliflower mosaic virus) 35S promoter was introduced into pK2GW7 to essentially express each gene. Each precise construct was introduced into Agrobacterium strain GV3101 by electroporation. All mutations used in the present invention are based on Col-0, and the floral dip method is CaDSRl (Clough & Bent, Plant Journal 16, 735-743, 1998). Transgenic lines were selected by germination of the estimated mutant seeds on MS medium supplemented with kanamycin 50 μg · mL -1 . T3 plant seeds were harvested from a second generation transgenic plant with a 3: 1 dissociation ratio in MS medium containing the same antibiotic.

1-4. ABA, 탈수, 및 1-4. ABA, dehydration, and 고염High salt 처리 process

ABA, NaCl, 및 탈수 환경이 처리된 고추 식물에서 CaDSR1 유전자의 표현형을 분석하기 위해서, 잎 샘플은 six-leaf-stage의 고추식물에 100 μM의 ABA를 뿌렸고, 염용액(200mM)을 관개하였으며, 조심스럽게 토양으로부터 분리해준 후, 3MM paper(Whatman, Clifton, UK)에서 건조시켜주거나, 고추식물의 지상부만을 건조해주었다. 처리 후, 3번째 및 4번째 잎을 정해진 시간에 수확해주었다. To analyze the phenotype of CaDSR1 gene in pepper plants treated with ABA, NaCl, and dehydrated environment, leaf samples were sprayed with 100 μM ABA on six-leaf-stage red pepper plants, irrigated with salt solution (200 mM) Carefully removed from the soil, then dried in 3MM paper (Whatman, Clifton, UK), or only the top part of the pepper plant was dried. After treatment, the third and fourth leaves were harvested at the specified time.

탈수 내성 분석을 위해서, 4주된 유전자 침묵 또는 대조군 식물, 및 3주된 형질전환 애기장대 및 야생형 식물을 무작위로 놓고, 10일 및 12일간 물주기를 중단하여 건조 스트레스를 주었다. 5일 동안 다시 물을 준 후, 생존율은 재수화된 잎을 가진 식물체의 숫자를 카운팅하여 계산되었다. 양적으로 건조 내성을 측정하기 위해서, 유전자 침묵된 고추 식물 및 형질전환 애기장대 식물로부터 떼어낸 잎을 건조함으로써 수분 손실율을 측정하였다. 잎은 40% 습도를 가진 생장 챔버에 두었고, 생중량의 손실은 지시된 시간에 측정되었으며, 모든 실험은 3회 반복되었다.For dehydration tolerance analysis, 4 weeks of gene silencing or control plants, and 3 weeks of transgenic Arabidopsis and wild type plants were randomly assigned and dry stress was given by stopping the water cycle for 10 and 12 days. After 5 days of rehydration, the survival rate was calculated by counting the number of plants with rehydrated leaves. To quantitatively measure dry tolerance, water loss rates were measured by drying leaves removed from the genetically silenced pepper plants and transgenic Arabidopsis plants. Leaves were placed in a growth chamber with 40% humidity, loss of fresh weight was measured at the indicated time, and all experiments were repeated three times.

qRT-PCR 분석을 위해, 탈수 스트레스를 처리하기 위해 4주된 35S::CaDSR1 돌연변이와 야생형 식물을 흙으로부터 분리하였고, 처리 후 주어진 시간대에 수확하였다.For qRT-PCR analysis, 4-week-old 35S :: CaDSRl mutants and wild-type plants were isolated from the soil to treat dehydration stress and harvested at the given time after treatment.

1-5. 1-5. 기공개도(Stomatal aperture)의Stomatal aperture 생물학적 검정 Biological assay

기공개도의 생물학적 검정을 위해, 4주된 애기장대 식물체의 로제트 잎에서 잎의 껍질을 분리하고, 1차 2차입을 수확하여 빛이 있는 조건으로 기공개구용액 위에 띄웠다(stomatal opening solution, SOS: 50 mM KCl, 10 mM MES-KOH, pH 6.15, 10 mM CaCl2). 기공패쇄는 다양한 농도의 ABA를 포함하는 SOS로 교체하여 유도되었다. 배양 2.5 시간 후에, 100개의 기공을 Nikon eclipse 80i microscope로 임의적으로 관찰되었고, 각 기공의 그 넓이와 길이는 Image J 1.46r을 이용해 기록되었다. 상기 실험은 각각 세 번 독립적으로 수행하였다.For biological assays of pore openings, leaf peel was removed from rosette leaves of 4 weeks old Arabidopsis thaliana plants, the first round of second harvest was harvested and stomatal opening solution (SOS: 50 mM KCl, 10 mM MES-KOH, pH 6.15, 10 mM CaCl 2). Pore confinement was induced by replacing SOS with various concentrations of ABA. After 2.5 hours of incubation, 100 pores were randomly observed with a Nikon eclipse 80i microscope, and the width and length of each pore was recorded using Image J 1.46r. The experiments were performed independently each three times.

1-6. 열 1-6. Ten 영상법Imaging method (Thermal imaging)(Thermal imaging)

완전히 자란 1차 및 2차 잎을 가진 4주 된 고추 식물에 50 μM ABA를 처리하고, 3주 된 애기장대 식물은 뿌리를 제거하여 건조 스트레스를 주었다. 열 영상은 infrared camera(FLIR systems; T420)을 이용하여 얻었으며, 식물의 잎 온도는 FLIR Tools+ ver 5.2 software를 이용해 측정하였다.Four-week-old pepper plants with fully grown primary and secondary leaves were treated with 50 μM ABA, and 3-week-old Arabidopsis plants were subjected to drying stress by removing their roots. Thermal images were obtained using an infrared camera (FLIR systems; T420), and plant leaf temperatures were measured using FLIR Tools + ver 5.2 software.

1-7. RNA 분리 및 1-7. RNA isolation and qRTqRT -- PCRPCR (quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction)(quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction)

건조 스트레스를 주거나 ABA를 처리한 애기장대 및 고추 식물의 잎으로부터 총 RNA를 분리하여 qRT-PCR을 실시하였다. Total RNA was isolated from leaves of Arabidopsis and pepper plants subjected to dry stress or ABA treatment and subjected to qRT-PCR.

총 RNA의 분리는 RNeasy Mini kit (Qiagen, Valencia, CA, USA)을 사용하여 수행되었고, ABA 또는 탈수 스트레스가 처리된 고추 및 애기장대의 잎을 수확하여 이용되었다. 모든 분리된 RNA 샘플은 유전체 DNA를 제거하기 위해 RNA-free DNase를 이용해 용해해주었고, Transcript First Strand cDNA Synthesis kit (Roche, Indianapolis, IN, USA)를 이용하여 cDNA 합성을 위한 템플레이트로 사용되었다. qRT-PCR 분석을 위해, 상기 방법으로 합성한 cDNA를 iQ™SYBR Green Supermix 및 하기 표 1에 나타낸 특이적 프라이머와 함께 CFX96 Touch™ Real-Time PCR detection system(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)을 이용하여 증폭시켰다. 모든 반응은 세 번 반복하여 수행하였고, PCR은 95℃에서 5분간, 95℃에서 20초, 60℃에서 20초, 72℃에서 20초 45싸이클의 프로그램으로 수행되었다. 각 유전자의 상대적인 발현량은 ΔΔCt 방법으로 계산하였으며, 애기장대 액틴8(Arabidopsis actin8; AtACT8) 유전자 및 고추 액틴 1(CaACT1 ) 유전자를 정규화를 위해 사용하였다.Total RNA isolation was performed using RNeasy Mini kit (Qiagen, Valencia, CA, USA) and harvested from ABA or dehydrated stressed red pepper and Arabidopsis leaves. All isolated RNA samples were lysed with RNA-free DNase to remove genomic DNA and used as templates for cDNA synthesis using Transcript First Strand cDNA synthesis kit (Roche, Indianapolis, IN, USA). For qRT-PCR analysis, the cDNA synthesized by the above method was amplified using a CFX96 ™ Touch ™ Real-Time PCR detection system (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) with iQ ™ SYBR Green Supermix and the specific primers shown in Table 1 below. . All reactions were performed in triplicate and PCR was performed with a 45-cycle program at 95 ° C for 5 minutes, 95 ° C for 20 seconds, 60 ° C for 20 seconds, 72 ° C for 20 seconds. The relative expression level of each gene was calculated by the ΔΔCt method, and the Arabidopsis actin8 ( AtACT8 ) gene and the pepper actin 1 (Ca ACT1 ) gene were used for normalization.

Primer namePrimer name Primer sequence (5'-3')Primer sequence (5'-3 ') cloning용 서열sequence for cloning CaDILZ1CaDILZ1 Forward: ATGGCTAGTCAAGGAATAGGAGAGAForward: ATGGCTAGTCAAGGAATAGGAGAGA (CA06g22960)(CA06g22960) Reverse: TCAGAAATTTGAGAAGTGGTTCTGAGReverse: TCAGAAATTTGAGAAGTGGTTCTGAG CaDSR1CaDSR1 Forward: ATGACTCGTCCACTTAGGTTTCTACForward: ATGACTCGTCCACTTAGGTTTCTAC (ALF95051)(ALF95051) Reverse: CTACGCCGGCGGTGTAACReverse: CTACGCCGGCGGTGTAAC CaDSR1CaDSR1 1-56 1-56 Reverse: TACAACGATGAGACCTGAGACGCReverse: TACAACGATGAGACCTGAGACGC CaDSR1CaDSR1 57-184 57-184 Forward: ATGGCTCGGTGTACTTGGCTCForward: ATGGCTCGGTGTACTTGGCTC RT-PCR용 서열Sequence for RT-PCR CaDILZ1CaDILZ1   Forward: ATGGCTAGTCAAGGAATAGGAGAGAForward: ATGGCTAGTCAAGGAATAGGAGAGA Reverse: CTGCTGCTGCTGCATATAAAGATGReverse: CTGCTGCTGCTGCATATAAAGATG CaDSR1CaDSR1   Forward: AACCACTAATTCCTCCACTACTTCGForward: AACCACTAATTCCTCCACTACTTCG Reverse: GGTAAAGTCTTCAAAGCCTTCTTCTReverse: GGTAAAGTCTTCAAAGCCTTCTTCT CaACT1CaACT1 Forward: GACGTGACCTAACTGATAACCTGATForward: GACGTGACCTAACTGATAACCTGAT (CA12g08730)(CA12g08730) Reverse: CTCTCAGCACCAATGGTAATAACTTReverse: CTCTCAGCACCAATGGTAATAACTT CaNCED3CaNCED3 Forward: TTAAGGATCTTAAGCGTGGTTATGTForward: TTAAGGATCTTAAGCGTGGTTATGT (CA08g03620)(CA08g03620) Reverse: AGATTAGTTCAAGAACGTGAATTGGReverse: AGATTAGTTCAAGAACGTGAATTGG CaRD29BCaRD29B Forward: ATGGAGGCACAACTGCACCGTCForward: ATGGAGGCACAACTGCACCGTC (CA03g17780)(CA03g17780) Reverse: GGCCCACCATGAACTTCTGCACReverse: GGCCCACCATGAACTTCTGCAC AtActin8AtActin8 Forward: CAACTATGTTCTCAGGTATTGCAGAForward: CAACTATGTTCTCAGGTATTGCAGA (At1g49240)(At1g49240) Reverse: GTCATGGAAACGATGTCTCTTTAGTReverse: GTCATGGAAACGATGTCTCTTTAGT NCED3NCED3 Forward: ACATGGAAATCGGAGTTACAGATAGForward: ACATGGAAATCGGAGTTACAGATAG (At3g14440)(At3g14440) Reverse: AGAAACAACAAACAAGAAACAGAGCReverse: AGAAACAACAAACAAGAAACAGAGC RAB18RAB18 Forward: GGAAGAAGGGAATAACACAAAAGATForward: GGAAGAAGGGAATAACACAAAAGAT (At5g66400)(At5g66400) Reverse: GCGTTACAAACCCTCATTATTTTTAReverse: GCGTTACAAACCCTCATTATTTTTA RD29BRD29B Forward: GTTGAAGAGTCTCCACAATCACTTGForward: GTTGAAGAGTCTCCACAATCACTTG (At5g52300)(At5g52300) Reverse: ATACAAATCCCCAAACTGAATAACAReverse: ATACAAATCCCCAAACTGAATAACA VIGSVIGS XbaI-CaDILZ1XbaI-CaDILZ1 Forward: TCTAGAATGGCTAGTCAAGGAATAGGAForward: TCTAGAATGGCTAGTCAAGGAATAGGA XhoI-CaDILZ1XhoI-CaDILZ1 Reverse: CTCGAGCTGTTGGAATCTCATAGGCReverse: CTCGAGCTGTTGGAATCTCATAGGC XbaI-CaDSR1XbaI-CaDSR1 Forward: TCTAGAATGACTCGTCCACTTAGGTTTCForward: TCTAGAATGACTCGTCCACTTAGGTTTC XhoI-CaDSR1XhoI-CaDSR1 Reverse: CTCGAGGAGTAATTGAATTTTGGTAAAReverse: CTCGAGGAGTAATTGAATTTGGTAAA

1-8. ABA 양의 측정1-8. Measurement of ABA amount

ABA양은 고추 및 애기장대 식물의 잎을 탈수 처리 후 2시간 및 4시간 후에 수확하였고, 약 50mg의 기본 조직이 ABA 추출을 위해 사용되었다. 각 샘플의 ABA 양은 Phytodetek-ABA kit (Agdia Inc., Elkhart, IN, USA)을 이용하여 정량화되었으며, ABA 양은 조직의 생중량(pmol mg-1)으로 표현되었다.The amount of ABA was harvested 2 hours and 4 hours after dehydration of red pepper and Arabidopsis plants, and about 50 mg of basic tissue was used for ABA extraction. The amount of ABA in each sample was quantified using a Phytodetek-ABA kit (Agdia Inc., Elkhart, IN, USA), and the amount of ABA was expressed as tissue weight (pmol mg -1 ).

1-9. 세포 내 위치 분석(Subcellular localization analysis)1-9. Subcellular localization analysis

GFP 표시된 CaDILZ1, CaDSR1, 및 절형 CaDSR1는 N. benthamiana 식물체에서 아그로박테리움 균주의 투입을 통해서 일시적으로 발현되도록 하였다. 각각의 컨스트럭트를 운반하는 아그로박테리움 균주 GV3101을 p19 균주와 1:1 비율로 혼합한 후(OD600 = 0.5), 완전히 성장한 5주된 담배(N. benthamiana) 식물체에 침투시켰다. 침투 후 3일째에 GFP 신호는 LSM Image Browser software가 설치된 공초점 현미경(510 UV/Vis Meta; Zeiss, Oberkochen, Germany)으로 관찰되었다.The GFP-labeled CaDILZ1, CaDSR1, and truncated CaDSR1 were transiently expressed in the N. benthamiana plant through the introduction of the Agrobacterium strain. Agrobacterium strain GV3101 carrying each construct was mixed with the p19 strain at a ratio of 1: 1 (OD600 = 0.5), and a fully grown 5-week-old tobacco ( N. benthamiana ) The plant was infiltrated. On the third day after infiltration, the GFP signal was observed with a confocal microscope (510 UV / Vis Meta; Zeiss, Oberkochen, Germany) equipped with LSM Image Browser software.

1-10. 효모 단백질 잡종 분석(Yeast two-hybrid assay, 1-10. Yeast two-hybrid assay, Y2HY2H ))

Y2H 분석은 일반적으로 알려진 방법으로 수행되었다(Lim & Lee, Plant Cell Environ 39, 1559-1575, 2016). CaDILZ1 유전자(염기서열: 서열번호 3, 아미노산서열: 서열번호 4) 또는 CaDSR1 유전자의 코딩 시퀀스는 pGBKT7 또는 pGADT7 벡터로 서브클로닝 되었고, 리튬 아세테이트-조절 전이 방법(Ito et al. 1983)을 사용하여 효모 균주 AH109에 도입되었다. 먹이(bait) 및 사냥감(prey) 사이에서의 상호작용은 SC-leucine-tryptophan 및 SC-adenine-histidine-leucine-tryptophan 배지에서 형질전환 후보 선택을 통해 평가되었다.Y2H analysis was performed in a generally known manner (Lim & Lee, Plant Cell Environ 39, 1559-1575, 2016). The coding sequence of the CaDILZ1 gene (base sequence: SEQ ID NO: 3, amino acid sequence: SEQ ID NO: 4) or the CaDSR1 gene was subcloned into the pGBKT7 or pGADT7 vector and used as a yeast cell line using the lithium acetate-regulated transfer method (Ito et al. Was introduced into strain AH109. Interaction between bait and prey was assessed by selection of transgenic candidates in SC-leucine-tryptophan and SC-adenine-histidine-leucine-tryptophan medium.

1-11. 1-11. 4분자4 molecules 형광 상보성 분석(Bimolecular fluorescence complementation ( Bimolecular fluorescence complementation ( BiFCBiFC ) assay)) assay)

BiFC 분석은 이전에 설명된 방법으로 수행되었으며(Lim & Lee, Plant Cell Environ 39, 1559-1575, 2016), BiFC 컨스트럭트를 생성하기 위해서, CaDILZ1, CaDSR1의 전장 DNA와 종결코돈없는 절형 CaDSR1을 Pro35S::VYNE 및 Pro35S::CYCE 벡터로 서브클로닝하였고, 유전자 도입 및 현미경 분석은 상술한 방법으로 수행되었다.BiFC assays were performed as previously described (Lim & Lee, Plant Cell Environ 39, 1559-1575, 2016). To generate BiFC constructs, CaDILZ1, the full-length DNA of CaDSR1 and the truncated, Pro35S :: VYNE and Pro35S :: CYCE vectors, and gene introduction and microscopic analysis were performed as described above.

1-12. 재조합 단백질의 정제 및 1-12. Purification of recombinant proteins and in vitroin vitro ubiquitinationubiquitination assay assay

GST-표지된 CaDILZ1 및 MBP-표지된 재조합 CaDSR1 및 아미노산 치환 돌연변이 CaDSR1C112S 단백질 세균 세포에서 발현도록 하였다(Park et al., Plant Cell Physiol 56, 1808-1819, 2015). CaDILZ1 및 CaDSR1Δ1-56 단백질을 코딩하는 DNA 서열은 GEX4T-3 vector (GE Healthcare Bio-Sciences, Uppsala, Sweden) 및 the pMAL-c2X vector (New England Biolabs)에 각각 삽입되었고, 대장균주 c+cell에 형질전환되었다. 재조합 GST 및 MBP-표지된 단백질이 발현되었고, 이를 제조자의 매뉴얼에 따라 정제하였다.GST-labeled CaDILZl and MBP-labeled recombinant CaDSRl and amino acid replacement mutants were expressed in CaDSRl C112S protein bacterial cells (Park et al., Plant Cell Physiol 56, 1808-1819, 2015). The DNA sequences coding for the CaDILZl and CaDSR1Δ1-56 proteins were inserted into the GEX4T-3 vector (GE Healthcare Bio-Sciences, Uppsala, Sweden) and the pMAL-c2X vector (New England Biolabs) Respectively. Recombinant GST and MBP-labeled proteins were expressed and purified according to the manufacturer's instructions.

In vitro ubiquitination assay를 위해, 정제된 MBP-표지된 CaDISR1(500ng)을 재조합 인간 UBE1(Boston Biochemiclas, Cambridge, MA, USA), his로 표지된 재조합 애기장대 E2s, 및 소 유비퀴틴(Sigma-Aldrich)을 포함하는 유비퀴틴화 반응(Ubiquitination reaction) 완충 용액[50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 10 mM MgCl2, 0.05 mM ZnCl2, 1 mM Mg-ATP, 0.2 mM DTT, 10 mM phosphocreatine, 및 0.1 unit of creatine kinase(Sigma- Aldrich)]과 혼합한 후, 30℃에서 3시간 동안 배양하였다. CaDSR1이 CaDILZ1의 유비퀴틴화를 조절하는지 확인하기 위하여, 기질로서 GST-표지된 CaDILZ1 융합 단백질 (50 ng)을 유비퀴틴 혼합물에 첨가하였고, 상기 혼합물을 2시간 동안 배양하였다. 반응된 단백질은 SDS-PAGE를 사용해 분리한 후, anti-Ub, anti-MBP, 및 anti-GST antibodies와의 immunoblotting을 통해 분석하였다. For the in vitro ubiquitination assay, purified MBP-labeled CaDISR1 (500 ng) was incubated with recombinant human UBE1 (Boston Biochemiclas, Cambridge, Mass., USA), his-tagged recombinant Arabidopsis E2s, and sowubiquitin (Sigma-Aldrich) (50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 10 mM MgCl 2 , 0.05 mM ZnCl 2 , 1 mM Mg-ATP, 0.2 mM DTT, 10 mM phosphocreatine, and 0.1 unit of creatine kinase (Sigma-Aldrich)] and incubated at 30 ° C for 3 hours. To confirm that CaDSR1 regulates ubiquitination of CaDILZl, GST-labeled CaDILZl fusion protein (50 ng) as a substrate was added to the ubiquitin mixture and the mixture was incubated for 2 hours. The reacted proteins were separated by SDS-PAGE and analyzed by immunoblotting with anti-Ub, anti-MBP, and anti-GST antibodies.

1-13. Cell-free degradation assay1-13. Cell-free degradation assay

원 단백질 추출물은 추출 버퍼 [25 mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl2, 5 mM dithiothreitol, 0.1% Triton X-100, 10 mM ATP, 및 10 mM NaCl]를 이용하여 4주된 고추 식물의 잎으로부터 준비되었다. GST-표지된 CaDILZ1 융합단백질(500ng)은 원 단백질 추출물(총 단백질 50 μg)과 함께 1시간 및 3시간 동안 배양되었고, 이와 동시에 50 μM의 MG132의 존재하에 3시간동안 배양해주었다. 단백질 분해를 측정하기 위하여, anti-GST 및 anti-Ub 항체를 사용하여 immunoblotting을 통해 분석하였다. The crude protein extract was extracted with 4-week-old pepper plants using extraction buffer [25 mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 , 5 mM dithiothreitol, 0.1% Triton X-100, 10 mM ATP, and 10 mM NaCl] It was prepared from leaves. The GST-labeled CaDILZ1 fusion protein (500 ng) was incubated with the original protein extract (50 μg total protein) for 1 hour and 3 hours, and at the same time incubated for 3 hours in the presence of 50 μM of MG132. Proteolysis was measured by immunoblotting using anti-GST and anti-Ub antibodies.

1-14. 통계적 분석1-14. Statistical analysis

통계적 분석은 유전형 사이의 유의한 차이를 결정하기 위해서 student’s t-test 또는 ANOVA(Fisher’s LSD test)를 이용하여 수행되었다. P value가 0.05 이하일 때 유의한 수준의 차이로 판단하였다.Statistical analysis was performed using student's t-test or ANOVA (Fisher's LSD test) to determine significant differences between genotypes. P value was less than 0.05.

실시예Example 2. 고추 Ring finger E3 리가아제  2. Pepper Ring finger E3 ligase CaDSR1과CaDSR1 and CaDIZL1의Of CaDIZL1 상호작용 확인 Confirm interaction

고추 bZIP 전사 인자 단백질인 CaDILZ1(Capsicum annuum Drought-Induced Leucine Zipper 1)은 식물체의 건조 스트레스에 대한 양성 조절자로서 기능하는 것이다. 이에 상기 양성 조절자인 CaDILZ1의 분해에 영향을 미치는 단백질을 탐색해보고자 하였다.Capsicum annuum Drought-Induced Leucine Zipper 1 (CaDILZ1), a red pepper bZIP transcription factor protein, functions as a positive regulator of plant dry stress. Therefore, we sought to investigate proteins that affect the degradation of the positive regulator CaDILZ1.

상술한 바와 같이 분해에 영향을 미치는 단백질과 상호작용하는 CaDILZ1을 확인하기 위해서, CaDILZ1 단백질을 bait로, 탈수 처리된 고추 잎으로부터 제작된 cDNA 라이브러리를 prey로 사용하는 Y2H 스크리닝을 수행하였다. CaDSR1을 포함하는 상호작용하는 파트너들을 분석한 결과(도 1a), Ring type E3 리가아제는 번역후 개질 및 단백질 분해와 관련이 있는 바, 이에 CaDSR1를 대상으로 하기 분석으로 분석해보았다.In order to identify CaDILZ1 interacting with degradation affecting proteins as described above, Y2H screening was performed using CaDILZ1 protein as a bait and prey as a cDNA library prepared from dehydrated pepper leaves. Analysis of the interacting partners including CaDSR1 (Fig. 1A) revealed that Ring type E3 ligase is involved in post-translational modification and proteolysis, and CaDSR1 was analyzed by the following analysis.

CaDSR1 단백질의 분석 결과, 추정 CaDSR1 cDNA는 185개의 아미노산 잔기를 코딩하는 558-bp open reading frame로 구성된다는 것을 확인하였다(도 2). CaDSR1을 코딩하는 추정 단백질은 C-말단 구간에서 C3H2C3 type Ring finger motif(residues 108-151)를, N-말단 구간에서 소수성 구역을 잘 보존하고 있었다(도 1c). Ring finger motif는 ubiquitin-26S 프로테아좀 시스템에서 E3 ligase 활성에 필수적이고, 소수성 구역은 CaDSR1의 세포내 위치와 관련된 것으로 추정된다. CaDSR1이 CaDILZ1과 상호작용하는 것인지 확인하기 위해서, one-by-one Y2H 분석을 수행하였고(도 1d), 2분자 형광 상보성 분석을 수행하였다(도 1e). CaDSR1-CYCE과 CaDILZ1-VYNE의 공발현은 핵 내에서 뚜렷한 노란색 형광을 야기하였다. Analysis of the CaDSRl protein confirmed that the putative CaDSRl cDNA consisted of a 558-bp open reading frame encoding 185 amino acid residues (Figure 2). The presumptive protein encoding CaDSR1 conserved the C3H2C3 type Ring finger motif (residues 108-151) in the C-terminal region and the hydrophobic region in the N-terminal region (Fig. 1C). Ring finger motif is essential for E3 ligase activity in the ubiquitin-26S proteasome system, and the hydrophobic region is presumed to be related to the intracellular location of CaDSR1. To confirm if CaDSRl interacts with CaDILZl, a one-by-one Y2H assay was performed (Fig. 1d) and a bimolecular fluorescence complementarity assay was performed (Fig. Coexpression of CaDSR1-CYCE and CaDILZ1-VYNE resulted in pronounced yellow fluorescence in the nucleus.

또한, 도 3에서 BiFC assay를 이용하여 핵 안에서 CaDILZ1과 CaDSR1의 상호작용을 확인하였다. VYNE::CaDILZ1는 agroinfiltration을 사용한 담배 식물의 잎에서 CYCE::CaDSR1C112S, CYCE::CaDSR1 1-56, 및 CYCE::CaDSR1 57-184과 함께 공발현하는 것이 확인되었고, CYCE::empty는 대조군으로 사용하였다. 핵 위치 확인을 위해서 세포는 4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)를 이용하여 염색하였고, 노란색 형광 신호는 파트너 프로테인 사이의 상호작용을 의미한다(백색 막대=20μm).3, the interaction of CaDILZ1 with CaDSR1 was confirmed in the nucleus using the BiFC assay. VYNE :: CaDILZ1 was coexpressed with CYCE :: CaDSR1C112S, CYCE :: CaDSR1 1-56, and CYCE :: CaDSR1 57-184 in leaves of tobacco plants using agroinfiltration, and CYCE :: empty as a control Respectively. For nuclear localization, the cells were stained with 4 ', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) and the yellow fluorescent signal indicates the interaction between the partner proteins (white bar = 20 μm).

식물 세포에서 CaDSR1의 세포내 위치를 결정하기 위해서, 35S 프로모터의 조작하에 CaDTR1 및 GFP 유전자의 융합 단백질을 제조하였다. 35S:CaDSR1-GFP 컨스트럭트의 일과성 발현은 CaDSR1 단백질이 핵 내에 위치한다는 것을 보여주었다(도 1f). CaDSR1의 세포내 위치에서 소수성 구역이 기능하는지 확인하기 위해서, 35S:CaDSR1ΔC-term (amino acids: 1-56)-GFP 및 35S:CaDSR1C ΔN-term (amino acids: 57-184)-GFP 컨스트럭트를 사용한 deletion 분석을 수행하였다. CaDTR1ΔC-term의 형광 신호는 핵 세포막에서 감지되고, CaDSR1C ΔN-term-GFP 융합단백질은 핵 및 세포질 내에 위치하는 것으로, 이는 소수성 구역이 핵에서 CaDSR1 단백질의 세포내 위치측정에 필수적이라는 것을 의미한다. 잎, 줄기, 뿌리 및 꽃 조직에서 CaDSR1의 발현 수준을 측정하기 위해서, RT-PCR 분석을 수행하였고(도 1g), CaDSR1은 상기 조직에서 구성적으로 발현된다는 것을 알 수 있었다. CaDILZ1의 발현은 비생물적 스트레스에 의해 상향조정되는 바, CaDSR1이 ABA 신호 및 비생물적 스트레스 반응에 관련되어 있는지를 확인하였다. 비생물적 스트레스 조건하의 CaDSR1의 발현수준을 확인하기 위해서 잎에 ABA, 건조 및 고열 처리를 하여 semi-quantitative RT-PCR 분석을 수행하였고(도 1h), 그 결과 CaDSR1의 전사는 ABA, 건조 및 고염 처리에 의해 축적된다는 것을 확인하였다.To determine the intracellular location of CaDSR1 in plant cells, fusion proteins of CaDTR1 and GFP genes were prepared under the control of the 35S promoter. Transient expression of the 35S: CaDSRl-GFP construct showed that the CaDSRl protein is located in the nucleus (Fig. 1f). (Amino acids: 1-56) -GFP and 35S: CaDSR1C ΔN-term (amino acids: 57-184) -GFP constructs in order to confirm that the hydrophobic region functions in the intracellular position of CaDSR1 Were used for the deletion analysis. The fluorescent signal of the CaDTR1? C-term is detected in the nuclear membrane and the CaDSR1C? N-term-GFP fusion protein is located in the nucleus and cytoplasm, meaning that the hydrophobic region is essential for intracellular localization of the CaDSR1 protein in the nucleus. In order to measure the expression level of CaDSR1 in leaves, stems, roots and flower tissues, RT-PCR analysis was performed (Fig. 1g) and CaDSR1 was found to be constitutively expressed in the tissues. The expression of CaDILZ1 was upregulated by abiotic stresses, confirming whether CaDSR1 is involved in ABA signaling and abiotic stress responses. To confirm the expression level of CaDSR1 under abiotic stress conditions, semi-quantitative RT-PCR analysis was performed (Fig. 1h) with ABA, dry and high heat treatment on the leaves and the results showed that transcription of CaDSR1 resulted in ABA, And accumulated by the treatment.

실시예Example 3. E3  3. E3 ligaseligase 활성 및  Active and CaDILZ1의Of CaDILZ1 유비퀴틴화에On ubiquitinization 있어  there is CaDSR1의Of CaDSR1 기능 확인 Verify features

Ring finger 도메인을 포함하는 단백질들은 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 가지는 바, CaDSR1이 E3 리가아제로 기능하는지 확인하기 위해서, 정제 CaDSR1-MBP 융합 단백질을 사용하여 생체 내 유비퀴틴화 분석을 수행하였다. 이에 더하여 RING 도메인에서 주요 잔기 Cystein이 Serine으로 점돌연변이화된 돌연변이 융합 단백질(mCaDSR1-MBP)을 제조하였다. 이러한 융합 단백질은 각각 배양된 UBE1 (E1), UBCH5b (E2) 및 유비퀴틴이었다. anti-MBP 및 anti-ubiquitin antibodies을 이용한 immunoblot 분석에 의해서 상기 반응 혼합물을 분석하였다(도 4a). 고분자 스미어링 밴드의 형성은 CaDSR1-MBP의 레인에서 확인되었으나, mCaDSR1-MBP에서는 확인되지 않았으므로, CaDSR1은 E3 유비퀴틴 리가아제로 기능하는 것이 가능하고, RING 도메인은 리가아제 활성에 필수적이라는 것을 보여주는 결과이다.In vivo ubiquitination analysis was carried out using purified CaDSR1-MBP fusion protein to confirm that CaDSR1 functions as an E3 ligase, since the proteins including the ring finger domain have E3 ubiquitin ligase activity. In addition, a mutant fusion protein (mCaDSR1-MBP) with point mutation of the major residue Cystein to Serine in the RING domain was prepared. These fusion proteins were UBE1 (E1), UBCH5b (E2) and ubiquitin, respectively, cultured. The reaction mixture was analyzed by immunoblot analysis using anti-MBP and anti-ubiquitin antibodies (FIG. 4A). The formation of the polymer smearing band was confirmed in lanes of CaDSR1-MBP but not in mCaDSR1-MBP, so CaDSR1 is able to function as E3 ubiquitin ligase, and the RING domain is essential for ligase activity to be.

CaDILZ1과 CaDSR1의 상호작용은 CaDSR1이 CaDILZ1의 기질이라는 것을 보여주는 것으로, CaDSR1이 CaDILZ1을 기질로서 사용하여 E3 리가아제로서 역할을 수행할 수 있는지를 확인하였다. Glutathione S-transferase-tagged CaDILZ1 (GST-CaDILZ1)을 대장균에서 발현시키고, 유비퀴틴화 분석에 사용하였다(도 4b). 그 결과 UBE1 (E1), UBCH5b (E2)의 존재 하에서 CaDILZ1은 CaDSR1에 의해 폴리유비퀴틴화되는 것을 확인하였는 바, 이는 CaDSR1이 건조 스트레스의 양성인자인 CaDILZ1의 상위 신호임을 알 수 있다.The interaction between CaDILZ1 and CaDSR1 indicates that CaDSR1 is a substrate for CaDILZ1, and CaDSR1 is able to act as an E3 ligase using CaDILZ1 as a substrate. Glutathione S-transferase-tagged CaDILZl (GST-CaDILZl) was expressed in E. coli and used for ubiquitination assay (Fig. 4b). As a result, CaDILZ1 was found to be polyubiquitinated by CaDSR1 in the presence of UBE1 (E1) and UBCH5b (E2), indicating that CaDSR1 is an upper signal of CaDILZ1 which is a positive of dry stress.

실시예Example 4.  4. CaDSR1이CaDSR1 침묵된Silent 고추 식물에서의 건조  Drying from pepper plants 스트레스에 대한 내성 증가Increased tolerance to stress 확인 Confirm

상기 실시예들의 결론을 확인하기 위해서, 고추 식물의 VIGS 분석 및 형질전환 애기장대를 제조함으로써, CaDSR1의 생물학적 기능을 확인하였다(도 5).To confirm the conclusions of the above examples, the biological function of CaDSR1 was confirmed by preparing VIGS analysis of pepper plants and transgenic Arabidopsis thaliana (FIG. 5).

RT-PCR 분석 결과는 CaDSR1 발현이 CaDSR1이 침묵된 고추 식물에서 현저히 낮아지는 것으로 나타났고, CaDILZ1 및 CaDSR1 사이의 상호작용 및 CaDSR1에 의한 CaDILZ1의 유비퀴틴화는, CaDILZ1의 안정성은 유비퀴틴-26S 프로테아좀 경로에 의해 조절되는 것이라는 것을 암시하는 것이다. 상기 가능성을 확인하기 위해서 CaDSR1이 침묵된 고추 식물에서 세포내 cell-free 분해 분석을 수행하였다(도 5b).RT-PCR analysis showed that the expression of CaDSR1 was significantly lowered in CaDSR1-silenced pepper plants, and the interaction between CaDILZ1 and CaDSR1 and the CaSIL1-induced ubiquitination of CaDILZ1 indicated that the stability of CaDILZ1 was due to ubiquitin-26S proteasome It is implied that it is regulated by pathways. In order to confirm this possibility, intracellular cell-free degradation analysis was performed on CaDSR1 in silenced pepper plants (FIG. 5b).

증산작용은 기공에 의해 일어나는 것으로, CaDSR1이 기공개도의 조절에 역할을 하는지 확인하기 위해서 잎 온도 측정 및 기공 크기 측정을 수행한 결과를 도 5c 내지 도 5f에 나타내었다. ABA를 처리하지 않는 경우 잎 온도 및 기공 크기는 CaDSR1이 침묵된 고추 식물과 침묵되지 않은 고추 식물 사이에 차이가 없었으나, 20 μM ABA가 처리된 경우 CaDSR1이 침묵된 잎의 온도는 침묵되지 않은 식물과 비교하여 더 높았다(도 5c 및 도 5d). 이에 더하여 CaDSR1 침묵된 고추 식물은 침묵되지 않은 식물과 비교하여 넓은 기공 개도를 보였다(도 5e 및 도 5f). CaDSR1이 건조 스트레스에 대한 식물의 반응에 영향을 미치는지 확인하기 위해, 두 식물에 12일간 물주기를 중단하고 5일동안 재수화하는 방법으로 건조 스트레스를 가했다(도 5g). CaDSR1이 침묵된 고추 식물은 침묵되지 않은 식물 보다 건조 조건(도 5g 중간 패널) 및 재수화 조건(도 5g 우측 패널)에서 각각 높은 내성 표현형을 보였다. 생존율은 침묵되지 않은 식물의 생존율인 9.2%와 비교하여 CaDSR1 침묵된 고추식물에서 65.8%로 더 높게 나타났다. 이는 CaDSR1의 기능은 ABA에 의해 조절되는 건조 반응과 관련이 있다는 것을 알 수 있다. The transpiration is caused by the pore. The results of the leaf temperature measurement and the pore size measurement are shown in Figs. 5C to 5F to confirm whether CaDSR1 plays a role in regulating pore opening. Leaf temperature and pore size without ABA treatment were not different between CaDSR1-silenced pepper plants and non-silenced pepper plants. However, when 20 μM ABA was treated, the temperature of leaves silenced by CaDSR1 was not silenced (Fig. 5C and Fig. 5D). In addition, the CaDSR1 silenced pepper plants exhibited broad pore opening compared to the non-silenced plants (Fig. 5e and Fig. 5f). To determine if CaDSR1 affects plant response to dry stress, both plants were subjected to a dry stress (Figure 5g) by stopping the 12 day water cycle and rehydrating for 5 days. The CaDSR1-silenced pepper plants exhibited a high resistance phenotype, respectively, in dry conditions (middle panel of FIG. 5g) and rehydration conditions (right panel of FIG. 5g), respectively, than non-silenced plants. The survival rate was 65.8% higher in the CaDSR1 silenced pepper plants compared to 9.2% in the non-silenced plants. This indicates that the function of CaDSR1 is related to the drying reaction regulated by ABA.

실시예Example 5.  5. CaCa DSR1DSR1 유전자 과발현에 의한 건조 저항성 증가 확인Identification of increased resistance to dryness by gene overexpression

건조 스트레스에서 CaDSR1의 역할을 확인하기 위해서, CaDSR1 과발현(CDIR1-OX) 형질전환 애기장대 식물을 제조하였다. semi-quantitative RT-PCR 분석 결과는 CaDSR1의 발현은 독립적인 T3 동형접합성 형질전환 식물 라인(#1 및 #2)에서 감지되었으며(도 6a), 야생형 식물 및 CaDSR1 과발현 식물에 탈수 스트레스를 가하여 잎의 온도를 측정하였다(도 7a 및 도 7b). 탈수 처리 전, 두 식물의 잎 온도는 차이를 보이지 않았다(도 7b). 그러나 탈수 처리한 경우 형질전환 식물 라인 #1 및 #2는 각각 22.5℃ 및 22.6℃의 잎 온도를 보여 야생형 식물이 23.0℃의 잎 온도와 비교할 때 현저히 낮게 나타났다. 이에 로제트 잎을 떼어내어 증산 수분 손실을 측정하였고, 상기 잎 온도와 유사하게 CaDSR1 과발현 식물의 잎은 야생형보다 더 많은 수분 손실이 일어나는 것이 확인되었다(도 7c). 그 다음, ABA를 처리하거나 또는 처리하지 않은 경우의 기공개도를 확인하였다. 잎 온도 측정 결과와 유사하게, ABA를 처리하지 않은 경우 기공 개도에서는 차이점이 발견되지 않았으나, ABA를 처리한 경우 CaDSR1 과발현 잎의 기공은 야생형의 기공보다 더 크다는 것을 확인할 수 있다(도 7d).To confirm the role of CaDSR1 in dry stress, the CaDSR1-overexpressing (CDIR1-OX) transgenic Arabidopsis plants were prepared. Semi-quantitative RT-PCR analysis showed that the expression of CaDSR1 was detected in independent T3 homozygous transgenic lines (# 1 and # 2) (Figure 6a) and dehydrated stress was applied to wild type and CaDSRl- The temperature was measured (Figs. 7A and 7B). Before the dehydration treatment, the leaf temperature of the two plants did not differ (Fig. 7B). However, when dehydrated, transgenic plant lines # 1 and # 2 exhibited leaf temperatures of 22.5 ° C and 22.6 ° C, respectively, indicating that wild-type plants were significantly lower than those at 23.0 ° C. The rosette leaves were removed, and the water loss was measured. Similar to the leaf temperature, it was confirmed that the leaves of the plants overexpressing CaDSR1 had more water loss than the wild type (FIG. 7C). Then, pore openings were observed when ABA was treated or not treated. Similar to the leaf temperature measurement, no difference was found in the pore opening when the ABA was not treated, but it was confirmed that the pore of the CaDSR1 overexpressing leaf was larger than the wild type pore when the ABA was treated (Fig. 7d).

상술한 바와 같이 여러 환경적 스트레스에서 ABA는 기공개도의 조절에 중요한 역할을 수행한다. CaDSR1 과발현 식물은 ABA에 대하여 낮은 민감성을 가지고, 잎 조직에서 높은 수분 손실을 보였으므로, 이는 건조 스트레스와 연관성이 있다는 것을 의미하는 것이다. 상기 이론을 점검하기 위해서 CaDSR1 과발현 식물의 토양 건조 스트레스에 대한 표현형 분석을 수행하였다(도 7e). 3주된 식물(도 7e, 좌측 패널)을 대상으로 10일간 물주기를 중단하여 건조 스트레스에 노출시켰고(도 7e, 중간 패널), 5일간 다시 재수화하였다(도 7e, 우측 패널). CaDSR1 과발현 식물은 야생형 식물과 비교하여 시든 표현형을 보였고, CaDSR1 과발현 식물의 생존율은 야생형 식물의 88%와 비교할 때 약 12~16%로 나타났다. 건조 민감성 표현형은 건조 반응 유전자 발현 수준의 변화에 의해 발현되는 것인지 확인하기 위해서, RAB18, RD29B 및 NCED3 유전자와 qRT-PCR 분석을 수행하였다(도 7f). CaDSR1 과발현 식물에서 상기 유전자들의 발현 수준은 야생형 식물들에 비하여 더 낮게 나타났다. 이로부터 떼어진 로제트 잎과 ABA 양을 측정하였고(도 7g), NCED3 유전자의 발현 수준과 비슷하게 CaDSR1 잎에서 ABA는 야생형 잎에 비하여 더 적게 축적되는 결과를 보였다. 이로부터 CaDSR1 과발현 식물의 건조 민감성 표현형은 ABA를 더 적게 축적하기 때문으로 판단되었다.As described above, ABA plays an important role in controlling pore opening in various environmental stresses. CaDSRl overexpressing plants have low sensitivity to ABA and show high water loss in leaf tissues, which implies that they are associated with dry stress. A phenotypic analysis of the soil drying stress of CaDSRl-overexpressing plants was performed to check the theory (Fig. 7e). The 3-week-old plant (Fig. 7e, left panel) was exposed to drying stress for 10 days (Fig. 7e, middle panel) and rehydrated for 5 days (Fig. 7e, right panel). The CaDSR1 overexpressed plants showed a wilted phenotype compared to the wild type plants, and the survival rate of the CaDSR1 overexpressing plants was about 12 to 16% as compared with 88% of the wild type plants. QRT-PCR analysis was performed with the RAB18, RD29B, and NCED3 genes (Fig. 7f) to determine whether the dry-sensitive phenotype was expressed by changes in the level of dry response gene expression. Expression levels of these genes in CaDSRl-overexpressing plants were lower than in wild-type plants. The amount of lozenge and ABA was measured (Fig. 7g). Similar to the expression level of NCED3 gene, ABA in CaDSR1 leaf was less accumulated than wild type leaf. These results suggest that the dry sensitive phenotype of CaDSR1 overexpressing plants accumulates less ABA.

본 발명에서, 새로운 C3H2C3 type RING E3 리가아제 CaDSR1이 건조 스트레스 반응에서 음성 조절자로 작용한다는 것을 확인하였다. 이에 더하여 CaDSR1은 CaDILZ1을 직접적으로 유비퀴틴화하며, 이후 CaDILZ1의 단백질 분해를 가져온다. 우선, CaDSR1이 침묵된 고추 식물은 더 높은 ABA 양과 함께 건조 내성 표현형을 보이며, 반면에 과발현 식물은 건조 민감성 표현형과 연관된 더 낮은 ABA양을 축적할 수 있다. 이에 더하여 in vitro 유비퀴틴화 분석을 사용할 때, CaDSR1은 CaDILZ1을 유비퀴틴화할 수 있다.In the present invention, it was confirmed that the new C3H2C3 type RING E3 ligase CaDSR1 acts as a negative regulator in the dry stress response. In addition, CaDSR1 directly ubiquitinates CaDILZ1 and subsequently leads to protein degradation of CaDILZ1. First, CaDSR1-silenced pepper plants display a dry tolerance phenotype with higher ABA levels, while overexpressed plants can accumulate lower ABA levels associated with the dry-sensitive phenotype. In addition, CaDSR1 can ubiquitinate CaDILZ1 when using in vitro ubiquitination assays.

또한, 스트레스 연관 유전자와 연관있는 ABA에 종속적인 스트레스의 발현 수준은 건조 스트레스 내성에 관련되어 있다는 점이 알려져 있고, 본 발명은 NCED3 유전자를 포함하는 스트레스 연관 유전자의 변화를 확인할 수 있었다. 수분 부족 조건하에서 NCED3는 ABA 생합성에서 주로 기능하며, 이는 식물의 건조 스트레스에 대한 적응에 중요한 역할을 한다. 건조 및 고염과 같은 비생물적 스트레스 조건은 NCED를 포함하는 ABA 생합성 유전자의 유도를 통해 ABA 양의 세포적 수준을 증가시킨다. CaDILZ1 과발현 식물에서 NCED3 유전자 발현 및 ABA 수준의 상향조절은 ABA를 유도하는 것으로 건조 내성에 기여한다.In addition, it is known that the expression level of ABA-dependent stress related to the stress-related gene is related to the dry stress tolerance, and the present invention can confirm the change of the stress-related gene including the NCED3 gene. Under water-poor conditions, NCED3 functions predominantly in ABA biosynthesis, which plays an important role in adapting to plant dry stress. Abiotic stress conditions, such as drying and high salinity, increase the cellular level of ABA levels through the induction of ABA biosynthetic genes, including NCEDs. Upregulation of NCED3 gene expression and ABA levels in CaDILZl overexpressing plants induces ABA and contributes to dry tolerance.

즉, CaDSR1의 기능은, ABA의 유도 및 ABA 신호의 증폭에 의한 2개의 기작에 의해 발현되는 것과 연관이 있는 것으로, RING-type E3 ligase CaDSR1은 건조 스트레스에 대한 반응에서 음성 조절자로 역할하고, 기능적으로 CaDILZ1의 상위에 위치한다. 본 발명의 결과는 건조 스트레스 신호 동안에 작용하는 방어 반응에 있어 가치 있는 식견을 제공하는 것이고, 건조 스트레스에 있어 선택적 적응을 가능하게 할 수 있다. 즉 본 발명은 식물에서 CaDSR1에 의해 건조 스트레스 반응을 조절할 수 있는 새로운 방법을 제시할 수 있다.In other words, the function of CaDSR1 is related to that expressed by two mechanisms by the induction of ABA and the amplification of ABA signal. RING-type E3 ligase CaDSR1 serves as a negative regulator in the response to dry stress, And is located at the top of CaDILZ1. The results of the present invention provide a valuable insight into the defensive response acting during the dry stress signal and may enable selective adaptation to the drying stress. That is, the present invention can suggest a new method of regulating the dry stress response by CaDSR1 in plants.

상기 진술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. There will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

<110> Chung-Ang University Industry-Academy Cooperation Foundation <120> Method for improving the resistance to the drought stress using pepper E3 ligase CaDSR1 in plants <130> MP16-451 <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 555 <212> DNA <213> Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1_CaDSR1 <400> 1 atgactcgtc cacttaggtt tctactaacc actaattcct ccactacctc gccgccgtcg 60 atggcaacgg cggagccacc gtcagtcgcg gcagcagaat ccgacttcgt cgtcattctc 120 gcggcgttac tctgtgcagt aatctgcgtc tcaggtctca tcgttgtagc tcggtgtact 180 tggctccggc gagactcgcc ggaaaatgca cagccgccgg taaaaatcaa aggcttaaag 240 aagaaggctt tgaagacttt accaaaattc aattactctc ccggcaccgg tggtaccgac 300 ggcgacggtg acggtgacgg cgagtgtgca atttgtcttg tggaatatgt tgaaggagat 360 gaaattcgag tgttgccaaa ttgtggccat cggttccacg tattgtgtgt cgacacgtgg 420 cttttatcga actcgtcatg tccgtcgtgt cgacggacac tcgtcgttgc tcgtgctcgg 480 tgccggaagt gcggcgaagt tccggcaatc tccggcgagt cttctgacgg atgtccggtt 540 acaccgccgg cgtag 555 <210> 2 <211> 184 <212> PRT <213> Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1_CaDSR1 <400> 2 Met Thr Arg Pro Leu Arg Phe Leu Leu Thr Thr Asn Ser Ser Thr Thr 1 5 10 15 Ser Pro Pro Ser Met Ala Thr Ala Glu Pro Pro Ser Val Ala Ala Ala 20 25 30 Glu Ser Asp Phe Val Val Ile Leu Ala Ala Leu Leu Cys Ala Val Ile 35 40 45 Cys Val Ser Gly Leu Ile Val Val Ala Arg Cys Thr Trp Leu Arg Arg 50 55 60 Asp Ser Pro Glu Asn Ala Gln Pro Pro Val Lys Ile Lys Gly Leu Lys 65 70 75 80 Lys Lys Ala Leu Lys Thr Leu Pro Lys Phe Asn Tyr Ser Pro Gly Thr 85 90 95 Gly Gly Thr Asp Gly Asp Gly Asp Gly Asp Gly Glu Cys Ala Ile Cys 100 105 110 Leu Val Glu Tyr Val Glu Gly Asp Glu Ile Arg Val Leu Pro Asn Cys 115 120 125 Gly His Arg Phe His Val Leu Cys Val Asp Thr Trp Leu Leu Ser Asn 130 135 140 Ser Ser Cys Pro Ser Cys Arg Arg Thr Leu Val Val Ala Arg Ala Arg 145 150 155 160 Cys Arg Lys Cys Gly Glu Val Pro Ala Ile Ser Gly Glu Ser Ser Asp 165 170 175 Gly Cys Pro Val Thr Pro Pro Ala 180 <210> 3 <211> 1509 <212> DNA <213> Capsicum annuum 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Claims (4)

CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 단백질의 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진용 조성물.A composition for enhancing the dry stress resistance of a plant, comprising as an active ingredient an expression or activity inhibitor of CaDSR1 ( Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) protein. 제1항에 있어서,
상기 CaDSR1 단백질은 서열번호 1로 표시되는 염기서열 또는 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the CaDSRl protein comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 단백질을 코딩하는 유전자의 ORF(open reading frame)를 포함하는 재조합 VIGS(Virus Induced Gene Silencing) 벡터.A recombinant VIGS (Virus Induced Gene Silencing) vector comprising an ORF (open reading frame) of a gene encoding CaDSR1 (Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) protein. 제3항의 벡터로 식물체를 형질전환시켜 CaDSR1(Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) 유전자를 침묵시키는 단계를 포함하는 식물체의 건조 저항성을 증진시키는 방법.A method for promoting dryness resistance of a plant comprising transforming a plant with the vector of claim 3 and silencing CaDSRl (Capsicum annuum Drought Sensitive RING finger protein 1) gene.
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