KR20190118470A - Method for improving the resistance to the drought stress using CaSIBZ1 in plants - Google Patents

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KR20190118470A KR1020180041851A KR20180041851A KR20190118470A KR 20190118470 A KR20190118470 A KR 20190118470A KR 1020180041851 A KR1020180041851 A KR 1020180041851A KR 20180041851 A KR20180041851 A KR 20180041851A KR 20190118470 A KR20190118470 A KR 20190118470A
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Abstract

The present invention relates to a chili pepper-derived Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1 (CaSIBZ1) gene/protein and a plant drought stress resistance enhancing method using the same. According to the present invention, the CaSIBZ1 gene encoding a negative regulator protein against drought stress is identified and it is confirmed that the CaSIBZ1 protein functions as a negative regulator for ABA signal transfer and a drought stress resistance-enhancing effect is exhibited in a transgenic in which the protein is over-expressed, thereby being utilized for improvement of crops and the like available to human beings through expression regulation of CaSIBZ1 gene and especially being expected to be useful for improving productivity of plants.

Description

CaSIBZ1을 이용한 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법{Method for improving the resistance to the drought stress using CaSIBZ1 in plants}Method for improving the resistance to the drought stress using CaSIBZ1 in plants}

본 발명은 고추 유래 신규 CaSIBZ1(Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 유전자, 단백질, 및 이를 이용한 식물체의 건조 스트레스 저항성을 증진시키는 방법에 관한 것이다. The present invention is a novel CaSIBZ1 derived from capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) Genes, proteins, and methods for enhancing the dry stress resistance of plants using the same.

지구온난화는 극심한 기후 변화를 야기하여 식물들의 정상적인 생장 및 발달을 저해하는 환경적 스트레스를 유발하며, 이에 대하여 식물체는 추위, 고염, 및 가뭄과 같은 불리한 환경에서 생존하기 위한 정교한 방어기작을 진화시켜왔다. 예컨대, 가뭄(drought)은 수분 부족 환경에 의해 일어나며 식물의 정상적인 성장에 심각한 영향을 미쳐 결국 곡물의 수확량 감소를 초래하는데, 식물은 이러한 건조 스트레스에 적응하기 위해 기공폐쇄, 앱시스산(abscisic acid; 이하 ABA)의 합성 및 축적과 같은 다양한 방어 기작을 활성화시킨다. Global warming causes extreme climate change, causing environmental stress that hinders the normal growth and development of plants, against which plants have evolved sophisticated defense mechanisms to survive in adverse environments such as cold, high salt and drought. Drought, for example, is caused by a poor water environment and severely affects the normal growth of plants, resulting in reduced yields of grains, which can be used to control pore closure, abscisic acid, Activate various defense mechanisms such as synthesis and accumulation of ABA).

ABA는 비생물적 스트레스 특히, 건조 스트레스에 대하여 식물을 보호하기 위한 조절인자이며, 식물 생장 및 발달에 매우 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. ABA 신호는 삼투 적응 및 뿌리 수리 전도도(hydraulic conductivity)의 조절에 관여하는 전사인자와 E3 리가아제(E3 ligase)와 같은 다양한 스트레스 관련 유전자들의 발현을 조절다고 알려져 있으나, 완전한 ABA 신호전달 경로는 아직 규명되지 않았다. 식물세포에서 ABA 신호전달 개시를 위해서는 ABA 수용체가 존재해야 하고 신호를 하위 단백질로 전달해야한다. 현재까지 ABA 수용체로써 PYR/PYL/RCARs가 ABA를 인식하는 역할을 한다고 알려져 있다. 수용체가 ABA를 인식하면 SnRK2(non-fermenting 1-related subfamily 2) 단백질 인산화효소(kinase) 및 PP2Cs(type 2C protein phosphatases) 각각에 의해 하위 단백질이 인산화 및 탈인산화 된다. SnRK2.2, SnRK2.3, 및 SnRK2.6(OST1)와 같은 SnRK2 인산화효소는 ABA 신호전달의 양성 조절자로써 기능하고, 이와 반대로 group A PP2Cs 인산가수분해효소는 ABA의 음성 조절자 기능을 하며, ABA 수용체인 PYR/PYL/RCAR 단백질들은 group A PP2Cs과 상호작용하여 이들의 활성을 억제한다고 보고되어 있다. PYR/PYL/RCAR에 의해 ABA 발현 증가가 인식되면 단백질 인산가수분해효소-인산화효소 상호작용이 억제되고, SnRK2 type 인산화효소 분비가 유도된다. SnRK2 인산화효소는 전사인자 및 SLAC1 음이온 채널을 포함하는 표적 단백질의 인산화를 통해 특정 유전자들의 발현 및 이온 채널 활성화를 촉진시키며, 이는 식물체가 불리한 환경에 적응할 수 있도록 한다.ABA is a regulator for protecting plants against abiotic stress, especially dry stress, and is known to play a very important role in plant growth and development. ABA signaling is known to regulate the expression of various stress-related genes such as transcription factors and E3 ligase involved in osmotic adaptation and regulation of root hydraulic conductivity, but the complete ABA signaling pathway is still unknown. It wasn't. Initiation of ABA signaling in plant cells requires the presence of ABA receptors and signaling to downstream proteins. To date, it is known that PYR / PYL / RCARs play a role in recognizing ABA as an ABA receptor. When the receptor recognizes ABA, the subproteins are phosphorylated and dephosphorylated by SnRK2 (non-fermenting 1-related subfamily 2) protein kinase and PP2Cs (type 2C protein phosphatases), respectively. SnRK2 kinases such as SnRK2.2, SnRK2.3, and SnRK2.6 (OST1) function as positive regulators of ABA signaling, whereas group A PP2Cs phosphatase functions as a negative regulator of ABA. It is reported that PYR / PYL / RCAR proteins, ABA receptors, interact with group A PP2Cs and inhibit their activity. Recognition of increased ABA expression by PYR / PYL / RCAR inhibits protein phosphatase-kinase interactions and induces SnRK2 type kinase secretion. SnRK2 kinase promotes expression of specific genes and ion channel activation through phosphorylation of target proteins, including transcription factors and SLAC1 anion channels, which allow plants to adapt to adverse environments.

한편, 유비퀴틴화(ubiquitination) 경로를 통한 단백질 분해는 식물체가 비생물적 스트레스에 대한 적응 및 방어 반응을 조절하기 위한 중요한 기작 중 하나이다. 유비퀴틴화는 E1(ubiquitin activating enzyme), E2(ubiquitin-conjugating enzyme) 및 E3(ubiquitin ligase)로 구성되는 3가지 효소의 연속적인 작용에 의해 일어나는 중요한 번역 후 조절과정이다. 유비퀴틴이 E1에 의해 활성화되면, 활성화된 유비퀴틴은 E2로 전달되고 E3 리가아제가 유비퀴틴과 표적 단백질을 결합시킨다. 이러한 과정에서 E3 리가아제가 표적 단백질을 결정하고 이에 결합한다. On the other hand, proteolysis through the ubiquitination pathway is one of the important mechanisms for the plant to regulate the adaptation and defense response to abiotic stress. Ubiquitinylation is an important post-translational regulatory process caused by the sequential action of three enzymes consisting of ubiquitin activating enzyme (E1), ubiquitin-conjugating enzyme (E2) and ubiquitin ligase (E3). When ubiquitin is activated by E1, the activated ubiquitin is delivered to E2 and E3 ligase binds ubiquitin with the target protein. In this process, E3 ligase determines and binds to the target protein.

유비퀴틴화는 세포 내 고유 기작이며, 진핵세포에서 다양한 표적 단백질에 따라 수백 또는 수천 개의 E3 리가아제가 존재한다고 알려져 있다. E3 리가아제는 서브유닛 구성에 따라 두 가지 타입으로 분류되는데, RING(really interesting new gene), HECT(homology to E6-AP C-terminus), 및 PUB(plant U-box) E3 리가아제는 단일 서브유닛으로 구성되는 반면, SCF(Skp(S-phase kinase-associated protein)/cullin/F-box) 및 CUL4-DDB1(CULLIN4-damaged-specific DNA binding protein1)는 다중 서브유닛으로 구성된다. 최근, 애기장대(Arabidopsis) 식물에 1,400 종 이상의 E3 리가아제가 존재한다고 보고되었으며, 애기장대 게놈은 242개의 RING E3 리가아제를 암호화하고, RING E3 리가아제가 생물 및 비생물적 스트레스에 대한 적응에 관여한다고 보고되었다. RING E3 리가아제는 벼(Oryza sativa), 옥수수(Zea mays), 고추(Capsicum annum) 및 애기장대(Arabidopsis thaliana)와 같은 다양한 외떡잎 및 쌍떡잎 식물에서 ABA 신호전달 및 비생물적 스트레스에 반응하여 양성 또는 음성 조절자로써 역할을 한다고 알려져 있으며, 이는 식물체에서 널리 보존되어 있음을 의미한다(Plant Biotechnol J 11, 432-445). 최근에는, RING type E3 리가아제인 RSL1이 세포막에서 PYR1 및 PYL4과 같은 ABA 수용체의 유비퀴틴화를 통한 분해에 관여하고, CRL4-type E3 리가아제 복합체는 PYL8 ABA 수용체를 분해한다고 보고되었다. Ubiquitination is a unique mechanism in cells and it is known that hundreds or thousands of E3 ligase are present in eukaryotic cells depending on various target proteins. E3 ligase is classified into two types according to the subunit composition, RING (really interesting new gene), HECT (homology to E6-AP C-terminus), and PUB (plant U-box) E3 ligase. SCF (S-phase kinase-associated protein / cullin / F-box) and CUL4-DDB1 (CULLIN4-damaged-specific DNA binding protein1) are composed of multiple subunits. Recently, more than 1,400 species of E3 ligase have been reported in Arabidopsis plants, the Arabidopsis genome encodes 242 RING E3 ligase, and the RING E3 ligase is responsible for adaptation to biological and abiotic stresses. It is reported to be involved. RING E3 ligase is available for rice ( Oryza sativa ), maize ( Zea mays ), capsicum ( Capsicum annum ) and Arabidopsis ( Arabidopsis). Various monocotyledonous and dicotyledonous plants, such as thaliana ), are known to act as positive or negative regulators in response to ABA signaling and abiotic stress, which means they are widely conserved in plants (Plant Biotechnol J 11, 432). -445). Recently, it has been reported that RSL1, a RING type E3 ligase, is involved in the degradation through ubiquitination of ABA receptors such as PYR1 and PYL4 in cell membranes, and the CRL4-type E3 ligase complex degrades the PYL8 ABA receptor.

한편, 식물에 가장 많이 존재하는 전사인자 중 하나는 bZIP 단백질이다. bZIP 유전자는 모든 진핵생물에 존재하고, DNA 결합에 필요한 basic region과 이량화(dimerization)를 담당하는 leucine zipper motif를 가지며, 프로모터에 결합하기 전에 bZIP 단백질의 동종 또는 이종 이량화(homo- or hetero-dimerization)를 필요로 한다. 이러한 bZIP 전사인자에는 OsABF3, CAbZIP1 등이 포함된다.On the other hand, one of the most transcription factors present in plants is the bZIP protein. The bZIP gene is present in all eukaryotes, has a basic region for DNA binding and a leucine zipper motif responsible for dimerization, and homo or hetero- dimerization of bZIP proteins prior to binding to the promoter. dimerization). Such bZIP transcription factors include OsABF3, CAbZIP1 and the like.

이에, 이러한 bZIP 전사인자를 이용하여 가뭄, 염, 추위, 더위, 병원균과 같은 다양한 환경적 스트레스에 대한 저항성을 증진시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있는 실정이다. 환경적 스트레스에 저항성을 가진 작물의 개발은 농업 생산량 증대에 크게 기여할 것으로 기대되는 바, 보다 활발한 연구 필요성이 대두 되고 있다. Thus, studies on how to improve the resistance to various environmental stresses such as drought, salt, cold, heat, pathogens using the bZIP transcription factor is being studied. The development of crops resistant to environmental stress is expected to contribute greatly to the increase in agricultural production, and the need for more active research is on the rise.

대한민국 등록특허 10-1775788Republic of Korea Patent Registration 10-1775788 대한민국 등록특허 10-1608175Republic of Korea Patent Registration 10-1608175

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명자 들은 고추에서 건조 민감성 bZIP 전사인자 유전자인 CaSIBZ1(Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 유전자를 동정하였으며, 상기 유전자를 침묵시킬 경우, 식물의 건조 스트레스 저항성을 증진시킨다는 것을 확인하여, 이에 기초하여 본 발명을 완성하게 되었다.The present invention has been made to solve the above problems, the present inventors CaSIBZ1 (Capsicum annuum) which is a dry sensitive bZIP transcription factor gene in red pepper SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) gene was identified, and when the gene was silenced, it was confirmed that it enhances the dry stress resistance of plants, and based on this, the present invention was completed.

본 발명의 목적은 건조 스트레스에 대한 음성적 조절인자(negative regulator) 단백질을 암호화하는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 CaSIBZ1(Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 유전자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is CaSIBZ1 (Capsicum annuum) consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding a negative regulator protein for dry stress SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) gene is provided.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 CaSIBZ1 유전자에 의해 암호화되는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 CaSIBZ1 단백질을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a CaSIBZ1 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoded by the CaSIBZ1 gene.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 CaSIBZ1 유전자를 함유하는 재조합 발현벡터를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a recombinant expression vector containing the CaSIBZ1 gene.

본 발명의 또 다른 목적은 CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 단백질의 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 건조 저항성 증진용 조성물을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a composition for enhancing dry resistance of plants, including an inhibitor of CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) protein expression or activity.

본 발명의 또 다른 목적은 CaSIBZ1 단백질의 발현 또는 활성을 억제하는 단계를 포함하는 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법으로서, 상기 CaSIBZ1 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a method of enhancing the dry stress resistance of a plant, comprising the step of inhibiting the expression or activity of CaSIBZ1 protein, wherein the CaSIBZ1 protein is characterized by consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, dry stress of the plant It is to provide a method of increasing resistance.

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 achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will 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 암호화하는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 CaSIBZ1(Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 유전자를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention is CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1 -Interacting bZIP transcription factor 1) consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding the negative regulator protein (negative regulator) for dry stress Provide the gene.

본 발명은 상기 CaSIBZ1 유전자에 의해 암호화되는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 CaSIBZ1 단백질을 제공한다.The present invention provides a CaSIBZ1 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoded by the CaSIBZ1 gene.

본 발명은 상기 CaSIBZ1 유전자를 함유하는 재조합 발현벡터를 제공한다.The present invention provides a recombinant expression vector containing the CaSIBZ1 gene.

본 발명은 CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 단백질의 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 건조 저항성 증진용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for enhancing the dry resistance of plants comprising an inhibitor of CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) protein expression or activity.

본 발명은 CaSIBZ1 단백질의 발현 또는 활성을 억제하는 단계를 포함하는 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법으로서, 상기 CaSIBZ1 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법을 제공한다.The present invention provides a method for enhancing dry stress resistance of a plant comprising inhibiting the expression or activity of CaSIBZ1 protein, wherein the CaSIBZ1 protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, wherein the method for enhancing dry stress resistance of a plant is provided. to provide.

본 발명은 CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 단백질을 코딩하는 유전자의 ORF (open reading frame)를 포함하는 재조합 VIGS (Virus Induced Gene Silencing) 벡터를 제공한다.The present invention provides a recombinant VIGS (Virus Induced Gene Silencing) vector comprising an open reading frame (ORF) of a gene encoding CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) protein.

본 발명은 상기 벡터로 식물체를 형질전환시켜 CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 유전자를 침묵시키는 단계를 포함하는 식물체의 건조 저항성을 증진시키는 방법을 제공한다.The present invention transforms a plant with the vector CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) Provides a method for enhancing the drying resistance of a plant comprising the step of silencing the gene.

본 발명은 건조 스트레스에 대한 음성적 조절인자 (negative regulator) 단백질을 코딩하는 신규 유전자 CaSIBZ1에 관한 것으로서, 상기 CaSIBZ1이 식물체의 환경 스트레스와 관련하여 중요한 역할을 수행하는 앱시스산 (ABA) 신호 전달에서 음성 조절자 역할을 수행하는바, 이를 이용하여 식물체에서 건조에 대한 내성을 조절할 수 있는 효과를 확인하였으므로, 상기 CaSIBZ1 유전자의 발현 조절을 통해 인류가 이용할 수 있는 작물 등의 개량에 활용하고, 이로 인해 식물의 생산성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.The present invention relates to a novel gene, CaSIBZ1 , which encodes a negative regulator protein for dry stress, wherein the CaSIBZ1 plays a negative role in the transmission of abscic acid (ABA) signaling, which plays an important role in relation to the environmental stress of plants. As a result, it was confirmed that the effect of controlling the resistance to drying in the plant using this, it is utilized in the improvement of crops and the like that can be used by humans by controlling the expression of the CaSIBZ1 gene, thereby It is expected to improve productivity.

도 1a는, CaSIBZ1 단백질을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 1b는, CaSIBZ1 단백질 및 다른 식물종 단백질 간의 아미노산 서열을 비교한 결과이다.
도 2a는, ABA, 고염 및 건조 스트레스 조건에서, CaSIBZ1 발현량의 변화를 qRT-PCR을 통하여 분석한 결과이다.
도 2b는, CaSIBZ1 단백질의 식물 세포 내 위치를 확인하기 위하여 CaSIBZ1-GFP 융합단백질의 형광신호를 공초점 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 3a는, CaSIBZ1-silenced 고추 식물과 대조군간 CaSIBZ1의 전사축적량 차이를 나타낸 것이다.
도 3b는, CaSIBZ1-silenced 고추 식물과 대조군의 건조표현형 및 생존율을 비교한 것이다.
도 3c는, CaSIBZ1-silenced 고추 식물과 대조군 잎의 수분손실률을 나타낸 것이다.
도 3d는, CaSIBZ1-silenced 고추 식물과 대조군의 잎 온도를 나타낸 것이다.
도 3e는, CaSIBZ1-silenced 고추 식물과 대조군 잎의 기공개도를 나타낸 것이다.
도 4는, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX) 및 대조군 (야생형, WT) 식물의 RT-PCR 분석을 수행하여, CaSIBZ1 발현량을 확인한 결과이다.
도 5a는, ABA 처리 조건에서, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX) 및 대조군 (야생형, WT) 식물의 발아율을 비교한 것이다.
도 5b는, ABA 처리 조건에서, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX) 및 대조군 (야생형, WT) 식물의 입모율을 나타낸 것이다.
도 5c는, 도5b의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5d는, ABA 처리 조건에서, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX) 및 대조군 (야생형, WT) 식물의 뿌리성장을 비교한 것이다.
도 5e는, 도5d의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6a는, 건조 스트레스 또는 ABA 처리 조건에서, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX)과 대조군 (야생형, WT)의 건조표현형과 생존율을 나타낸 것이다.
도 6b는, 건조 스트레스 또는 ABA 처리 조건에서, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX)과 대조군 (야생형, WT) 잎의 수분손실율을 나타낸 것이다.
도 6c는, 건조 스트레스 또는 ABA 처리 조건에서, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX)과 대조군 (야생형, WT) 잎의 온도를 나타낸 것이다.
도 6d는, 건조 스트레스 또는 ABA 처리 조건에서, CaSIBZ1 과발현 식물 (CaSIBZ1-OX)과 대조군 (야생형, WT)에서 잎의 기공개도를 나타낸 것이다.
도 6e는, CaSIBZ1-OX 식물과 건조에 반응하는 마커 유전자 간의 상관관계를 확인하기 위하여 RD29B, RD26, RAB18, KIN2의 발현량을 qRT-PCR로 비교한 결과이다.
1A schematically illustrates a CaSIBZ1 protein.
1B is a result of comparing amino acid sequences between CaSIBZ1 protein and other plant species proteins.
FIG. 2A shows the results of analyzing the change in CaSIBZ1 expression level through qRT-PCR under ABA, high salt and dry stress conditions.
Figure 2b is a result of observing the fluorescent signal of the CaSIBZ1-GFP fusion protein under confocal microscopy to confirm the position of the CaSIBZ1 protein in the plant cell.
Figure 3a shows the difference in the amount of transcription accumulation CaSiBZ1 between CaSIBZ1- silenced pepper plants and the control.
Figure 3b is a comparison of the dry phenotype and survival rate of CaSIBZ1 -silenced pepper plants and the control group.
Figure 3c shows the water loss rate of CaSIBZ1- silenced pepper plants and control leaves.
3D shows the leaf temperatures of CaSIBZ1 -silenced pepper plants and controls.
Figure 3e shows the pore opening of CaSIBZl -silenced pepper plants and control leaves.
4 shows the results of confirming CaSIBZ1 expression by performing RT-PCR analysis of CaSIBZ1 overexpressing plants ( CaSIBZ1- OX) and control (wild type, WT) plants.
5A compares germination rates of CaSIBZl overexpressing plants ( CaSIBZl- OX) and control (wild type, WT) plants under ABA treatment conditions.
5B shows the recruitment rates of CaSIBZl overexpressing plants ( CaSIBZl- OX) and control (wild type, WT) plants under ABA treatment conditions.
FIG. 5C graphically shows the results of FIG. 5B.
5D compares root growth of CaSIBZl overexpressing plants ( CaSIBZl- OX) and control (wild type, WT) plants under ABA treatment conditions.
FIG. 5E graphically shows the results of FIG. 5D.
FIG. 6A shows the dry phenotype and survival of CaSIBZ1 overexpressing plants ( CaSIBZ1- OX) and control (wild type, WT) under dry stress or ABA treatment conditions.
FIG. 6B shows the water loss rate of CaSIBZl overexpressing plants ( CaSIBZl- OX) and control (wild type, WT) leaves under dry stress or ABA treatment conditions.
FIG. 6C shows the temperatures of CaSIBZl overexpressing plants ( CaSIBZ1- OX) and control (wild type, WT) leaves under dry stress or ABA treatment conditions.
6D shows the pore opening of leaves in CaSIBZl overexpressing plants ( CaSIBZl- OX) and control (wild type, WT), under dry stress or ABA treatment conditions.
6E is a result of comparing qD-PCR expression levels of RD29B, RD26, RAB18, and KIN2 in order to confirm the correlation between CaSIBZ1- OX plants and marker genes in response to drying.

본 발명자들은, ABA 신호전달의 음성 조절자로 기능하는 bZIP 유전자인 CaSIBZ1 유전자를 동정하였고, 상기 유전자가 과발현된 형질전환 애기장대 식물체에서 ABA 민감도 감소 건조 스트레스에 대한 저항성 감소를 확인함으로써 본 발명은 완성하였다.The inventors have identified the CaSIBZ1 gene, a bZIP gene that functions as a negative regulator of ABA signaling, and the present invention was completed by identifying a decrease in ABA sensitivity and reduced resistance to dry stress in transgenic Arabidopsis plants overexpressed. .

이에, 본 발명은 본 발명은 건조 스트레스에 대한 음성 조절인자 단백질을 암호화하는, 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 CaSIBZ1(Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 유전자 및 이에 의해 암호화되는 서열번호2의 아미노산 서열의 펩타이드를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1 -Interacting bZIP transcription factor 1) gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, which encodes a negative regulator protein for dry stress, and the sequence number 2 encoded by the present invention. It provides a peptide of amino acid sequence.

본 발명의 유전자인 CaSIBZ1은 바람직하게는 서열번호 1의 염기서열로 이루어져 있으며, 상기 CaSIBZ1 유전자에 의해 암호화되는 펩타이드는 바람직하게는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. CaSIBZ1 , a gene of the present invention, preferably consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the CaSIBZ1 The peptide encoded by the gene may preferably consist of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 명세서에서 "음성 조절인자(negaitive regulator) 단백질"이란 생명현상 조절에서 억제하는 방향으로 작용하는 단백질을 의미한다. 즉, 본 발명의 유전자인 CaSIBZ1이 과발현되는 경우, ABA 민감도 감소, 및 건조 스트레스에 대한 저항성이 감소될 수 있다.As used herein, the term "negaitive regulator protein" refers to a protein that acts in an inhibitory direction in the regulation of life phenomena. That is, when CaSIBZ1, which is a gene of the present invention, is overexpressed, ABA sensitivity may be reduced, and resistance to dry stress may be reduced.

본 발명자들은 건조 스트레스 반응에 관여하는 유전자에 대해 연구하던 중, bZIP 전사인자 단백질인 CaSIBZ1을 동정하였고(실시예 2 참조), 앱시스산 (ABA)의 민감도가 증가할수록 기공폐쇄를 촉진하여, 건조 저항성을 증진시킬 수 있다는 사실에 기반하여, 앱시스산 또는 건조 스트레스와 CaSIBZ1 유전자간의 연관성을 규명하고자 하였다.While studying the genes involved in the dry stress response, the inventors identified CaSIBZ1, a bZIP transcription factor protein (see Example 2), and promoted pore closure as the sensitivity of abscic acid (ABA) increased, resulting in dry resistance. Based on the fact that it can increase the amount of absic acid or dry stress and CaSIBZ1 The relationship between genes was attempted.

우선, 본 발명의 일실시예에서는, CaSIBZ1 단백질이 핵에서 발현되는 것을 GFP 형광을 통해 확인하였다(실시예 2 참조).First, in one embodiment of the present invention, it was confirmed by GFP fluorescence that CaSIBZ1 protein is expressed in the nucleus (see Example 2).

본 발명의 다른 실시예에서는, 비생물적 스트레스 (ABA, 건조 또는 염) 처리된 CaSIBZ1 유전자의 발현 양상을 확인하였으며, 그 결과, CaSIBZ1 유전자는 ABA-신호 및 건조 스트레스에 대한 반응에 관여한다는 것을 확인하였다(실시예 3 참조). In another embodiment of the present invention, the expression pattern of abiotic stress (ABA, dry or salt) treated CaSIBZ1 gene was confirmed, and as a result, the CaSIBZ1 gene was involved in the response to ABA-signal and dry stress. (See Example 3).

본 발명의 또 다른 실시예에서는, ABA를 처리한 조건에서 CaSIBZ1의 발현이 저해된 고추 및 정상대조군 고추 식물의 잎에서 잎 온도, 기공개도, 수분손실률 등을 측정함으로써 CaSIBZ1 유전자 침묵에 의한 ABA 감수성 증가 효과를 확인하였고, 실제로 CaSIBZ1 발현이 저해된 식물에서 대조군에 비해 건조 스트레스 저항성이 증가되는 것을 확인하였다(실시예 4 참조).In another embodiment of the present invention, ABA susceptibility by CaSIBZ1 gene silencing by measuring the leaf temperature, pore opening, moisture loss rate, etc. in the leaves of pepper and normal control pepper plants inhibited CaSIBZ1 expression under ABA treatment conditions Increasing effect was confirmed, and in fact, it was confirmed that dry stress resistance was increased in the plants inhibited by CaSIBZ1 expression compared to the control group (see Example 4).

본 발명의 또 다른 실시예에서는, CaSIBZ1을 과발현하는 형질전환 애기장대 식물체를 제작하여 ABA를 처리한 조건에서 야생형 식물체와 CaSIBZ1 과발현 식물체의 잎 온도, 증산률, 형태 및 생존률, 관련 유전자들의 발현변화 측정을 통해 CaSIBZ1이 식물체의 건조 스트레스 저항성을 증진시키는 음성 조절자로 작용함을 확인하였으며(실시예 5 참조), 실제로 애기장대 식물에서 CaSIBZ1 유전자 과발현시 건조 저항성 감소를 확인하였다(실시예 6 참조).In another embodiment of the present invention, a transgenic Arabidopsis plant overexpressing CaSIBZ1 was prepared to measure leaf temperature, transpiration rate, morphology and survival rate, and expression changes of related genes in wild-type and CaSIBZ1 overexpressing plants under ABA treatment. It was confirmed that CaSIBZ1 acts as a negative regulator to enhance the dry stress resistance of the plant (see Example 5), and actually reduced the dry resistance upon overexpression of CaSIBZ1 gene in Arabidopsis plants (see Example 6).

본 발명의 다른 양태로서, CaSIBZ1 유전자를 함유하는 재조합 발현벡터를 제공한다. 또한, 본 발명은 CaSIBZ1 단백질을 코딩하는 유전자의 ORF(open reading frame)를 포함하는 재조합 VIGS (Virus Induced Gene Silencing) 벡터를 제공한다.In another aspect of the present invention, a recombinant expression vector containing a CaSIBZ1 gene is provided. The present invention also provides a recombinant virus induced gene silencing (VIGS) vector comprising an open reading frame (ORF) of a gene encoding a CaSIBZ1 protein.

바이러스에 의해 유도되는 유전자 침묵 현상인 VIGS (virus-induced gene silencing)는 바이러스 유도 RNA 침묵 (virus-induced RNA silencing)이라고도 불린다. 다양한 식물과 진균, 곤충류, 선충류, 어류, 쥐 등에서 잘 알려진 전사 후 유전자 침묵현상의 일종으로 바이러스가 식물체에 침입하여 복제하는 과정에서 감염 식물체에 바이러스 유전체와 상동성이 있는 내성유전자가 발현될 때 내성유전자와 바이러스 유전체의 발현과 복제가 함께 억제되는 현상이라고 할 수 있다. 즉, 바이러스 게놈의 cDNA에 기주에서 유래된 특정 유전자의 일부 혹은 전체를 삽입하고 감염성 RNA로 제작하여 식물체에 감염시키면, 상응하는 기주의 RNA가 목표가 되어, 감염된 기주 식물체에서는 목적 유전자의 발현이 억제되거나 소실된다. 그 결과 목적 유전자의 기능을 간접적으로 추정할 수 있다. 바이러스 유도 유전자 침묵 (VIGS) 기작은 바이러스에 대항하여 RNA가 매개하는 식물 방어 기작의 일종이라고 알려져 있으며, 1) 전사 후 유전자 침묵 2) RNA 전환 3) 뉴클레오티드 서열 특이성이라는 특징을 가진다.Virus-induced gene silencing (VIGS), a gene-induced gene silencing phenomenon, is also called virus-induced RNA silencing. It is a kind of post-transcriptional gene silencing that is well known in various plants, fungi, insects, nematodes, fish, and rats. It is resistant to the expression of resistance genes homologous to the viral genome in infected plants during virus invasion and replication. Expression and replication of genes and viral genomes are suppressed together. That is, when a part or all of a specific gene derived from the host is inserted into the cDNA of the viral genome, and the infective RNA is made to infect the plant, the RNA of the corresponding host is targeted, and the expression of the target gene is suppressed in the infected host plant. Lost. As a result, the function of the target gene can be estimated indirectly. Virus-induced gene silencing (VIGS) mechanism is known to be a type of RNA-mediated plant defense mechanism against viruses, characterized by 1) gene silencing after transcription 2) RNA conversion 3) nucleotide sequence specificity.

본 발명에서는, CaSIBZ1의 ORF 영역을 삽입한 VIGS용 형질전환 벡터 TRV (Tobacco Rattle Virus)를 아그로박테리움 (Agrobacterium)에 삽입하고, 상기 아그로박테리움을 식물체에 침투시킴으로써 CaSIBZ1 유전자의 발현을 성공적으로 억제한 바 있다.In the present invention, by inserting the transforming vector TRV (Tobacco Rattle Virus) for VIGS into which the ORF region of CaSIBZ1 is inserted into Agrobacterium, the expression of CaSIBZ1 gene is successfully inhibited by infiltrating the Agrobacterium into a plant. I've done it.

본 발명에서 상기 용어 "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호화된 단백질을 발현하는 세포를 지칭하는 것이다. 재조합 세포는 상기 세포의 천연 형태에서는 발견되지 않는 유전자 또는 유전자 절편을 센스 또는 안티센스 형태 중 하나로 발현할 수 있다. 또한, 재조합 세포는 천연 상태의 세포에서 발견되는 유전자를 발현할 수 있으며, 그러나 상기 유전자는 변형된 것으로서 인위적인 수단에 의해 세포 내 재도입된 것이다.As used herein, the term "recombinant" refers to a cell in which a cell replicates a heterologous nucleic acid, expresses the nucleic acid, or expresses a protein encoded by a peptide, a heterologous peptide, or a heterologous nucleic acid. Recombinant cells can express genes or gene fragments that are not found in their natural form in either the sense or antisense form. In addition, recombinant cells can express genes found in cells in their natural state, but the genes are modified and reintroduced into cells by artificial means.

상기에서 용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 본 발명에서 재조합 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens)와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부를 식물 세포로 전이시킬 수 있는 플라스미드 벡터, pTRV1 또는 pTRV2일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 DNA를 식물 숙주에 도입시키는데 이용될 수 있는 다른 적합한 벡터는 이중 가닥 식물 바이러스 (예를 들면, CaMV) 및 단일 가닥 바이러스, 게미니 바이러스 등으로부터 유래될 수 있는 것과 같은 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 상기 벡터는 식물 숙주를 적당하게 형질전환하는 것이 어려울 때 유리하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 재조합 벡터에서, 프로모터는 CaMV 35S, 액틴, 유비퀴틴, pEMU, MAS 또는 히스톤 프로모터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. "프로모터"란 용어는 구조 유전자로부터의 DNA 업스트림 영역을 의미하며 전사를 개시하기 위하여 RNA 폴리머라아제가 결합하는 DNA 분자를 말한다.The term “vector” is used herein to refer to DNA fragment (s), nucleic acid molecules that are delivered into a cell. Vectors can replicate DNA and be reproduced independently in host cells. Preferred examples of recombinant vectors in the present invention may be, but are not limited to, plasmid vectors, pTRV1 or pTRV2, which are capable of transferring part of themselves to plant cells when present in a suitable host such as Agrobacterium tumefaciens. Other suitable vectors that can be used to introduce the DNA according to the invention into a plant host are viruses such as those that can be derived from double stranded plant viruses (eg CaMV) and single stranded viruses, gemini viruses and the like. Vector, for example an incomplete plant virus vector. The vector can be advantageously used when it is difficult to properly transform the plant host. In addition, in the recombinant vector of the present invention, the promoter may be, but is not limited to, CaMV 35S, actin, ubiquitin, pEMU, MAS or histone promoter. The term "promoter" refers to a DNA upstream region from a structural gene and refers to a DNA molecule to which an RNA polymerase binds to initiate transcription.

본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은 CaSIBZ1 단백질의 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 식물체의 건조 저항성 증진용 조성물을 제공한다.As another aspect of the present invention, the present invention provides a composition for enhancing the dry resistance of plants comprising an inhibitor of CaSIBZ1 protein expression or activity as an active ingredient.

상기 억제제는 CaSIBZ1 유전자의 서열, 상기 서열에 상보적인 서열 또는 상기 유전자 서열의 단편에 대한 mRNA에 상보적으로 결합하여 발현을 억제하는 siRNA (small interference RNA), shRNA (short hairpin RNA), miRNA (microRNA), 리보자임 (ribozyme), DNAzyme, PNA (peptide nucleic acids), 안티센스 뉴클레오티드 중 어느 하나인 것이 바람직하고, CaSIBZ1 단백질에 상보적으로 결합하여 활성을 억제하는 화합물, 펩티드 (Peptide), 펩티드 미메틱스 (Peptide Minetics), 항체, 또는 압타머 (aptamer) 중 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The inhibitor may be siRNA (small interference RNA), shRNA (short hairpin RNA), miRNA (microRNA), which complementarily binds to the sequence of the CaSIBZ1 gene, the complementary sequence to the sequence, or the mRNA for the fragment of the gene sequence. ), Ribozyme, DNAzyme, peptide nucleic acids (PNA), antisense nucleotides, and compounds that bind to and inhibit the activity of the CaSIBZ1 protein, peptides, peptide mimetics (Peptide Minetics), an antibody, or an aptamer (preferably any one), but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은 CaSIBZ1 단백질의 발현 또는 활성을 억제하는 단계를 포함하는 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법을 제공한다.As another aspect of the present invention, the present invention provides a method for enhancing dry stress resistance of a plant comprising the step of inhibiting the expression or activity of CaSIBZ1 protein.

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, 알파파, 톨페스큐, 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료 물류 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, soybeans, potatoes, red beans, oats, millet; Vegetable crops including Arabidopsis, Chinese cabbage, radish, peppers, strawberries, tomatoes, watermelons, cucumbers, cabbages, melons, pumpkins, green onions, onions, carrots; Special crops including ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, sugar beet, perilla, peanut, rapeseed; Fruit trees including apple trees, pears, jujube trees, peaches, leeks, grapes, citrus fruits, persimmons, plums, apricots, bananas; Flowers, including roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies and tulips; And feed logistics including lygragrass, red clover, orchardgrass, alfalfa, tolsque cue, perennial lygragrass, and the like, and most preferably, Arabidopsis or capsicum, but not limited thereto.

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 examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

[[ 실시예EXAMPLE ]]

실시예EXAMPLE 1. 실험준비 및 실험방법 1. Preparation and Experiment Method

1-1. 식물 재료 및 성장 조건1-1. Plant material and growing 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 27±1℃ 조건의 생육실에서 16시간 빛/ 8시간 암주기로 백색 형광등(80 ㎛ol photons m-2·S-1) 빛 아래 성장시켰다. 담배 식물은 16 시간 빛 / 8 시간 암주기로 25±1℃ 조건의 성장 챔버에서 유지시켰다. 애기 장대(Arabidopsis thaliana, 생태형 Col-0) 식물 종자를 1 % sucrose와 Microagar (Duchefa 생화학)가 포함된 Murashige and Skoog (MS) 소금에서 발아시켰다. 모든 종자는 성장실에 넣기 전에, 4℃에서 2일간 개화결실을 맺게 하였고, 그 플레이트를 성장 챔버에서 16 시간 빛 / 8 시간 암주기로 24℃에서 배양하였다. 애기 장대 모종은 증기 소독된 배합토(피트모스(peat moss):펄라이트(perlite):질석(vermiculite)=9:1:1, v/v/v)에 24℃에서 16 시간 빛 / 8 시간 암주기로 백색 형광등(130 ㎛ol photons m-2·S-1) 빛 아래 60% 상대습도로 유지시켰다 Pepper (Capsicum annuum L., cv. Nockwang), and Tobacco ( Nicotiana benthamiana ) seeds were steam sterilized (Peat moss: perlite: vermiculite = 5: 3: 2, v / v) / v), sand, and loam soil were mixed at 1: 1: 1 (v / v / v) and sown. Since the pepper plants were grown under a white fluorescent lamp (80 μm photons m −2 · S −1 ) with 16 hours light / 8 hours dark cycle in a growth room at 27 ± 1 ° C. Tobacco plants were maintained in growth chambers at 25 ± 1 ° C. with a 16 hour light / 8 hour dark cycle. Arabidopsis thaliana (Eco-type Col-0) plant seeds were germinated in Murashige and Skoog (MS) salt containing 1% sucrose and Microagar (Duchefa biochemistry). All seeds were allowed to bloom for 2 days at 4 ° C. before being placed in the growth chamber, and the plates were incubated at 24 ° C. in a 16 hour light / 8 hour dark cycle in the growth chamber. Baby pole seedlings are white with steam for 8 hours at 8 ° C for 16 hours at 24 ° C on steam sterilized compound soil (peat moss: perlite: vermiculite = 9: 1: 1, v / v / v). Fluorescent lamps (130 μm photons m −2 · S −1 ) were maintained at 60% relative humidity under light.

1-2. 1-2. CaSIBZ1CaSIBZ1 유전자가 과 발현된 형질전환  Gene overexpressed transformation 애기 장대의Baby pole 제조 Produce

전장 CaSIBZ1의 cDNA를 pENTR / D-TOPO 벡터 (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)에 결합하고, CaSIBZ1 유전자의 구성적 발현을 위해 LR 반응을 사용하여 pK2GW7 이원매개체( binary vector )를 애기 장대의 cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S 프로모터 제어 하에 삽입 하였다. 35S : CaSIBZ1 구조를 아그로박테리움( Agrobacterium tumefaciens )균주 GV3101 로 형질 전환시켰다. 아그로박테리움( Agrobacterium tumefaciens ) 매개한 형질전환은 꽃가루 딥 방법(floral dip method) (Clough and Bent, 1998)을 통해 수행되었다. 형질 전환된 계통을 선택하기 위해, 형질 전환된 식물체로부터 수확한 종자를 카나마이신(kanamycin) 50 ㎍·mL-1을 함유 한 MS 한천 평판에 뿌렸다.The full-length CaSIBZ1 cDNA is bound to the pENTR / D-TOPO vector (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), and the pK2GW7 binary vector is transformed into a baby pole cauliflower mosaic using the LR response for constitutive expression of the CaSIBZ1 gene. virus (CaMV) was inserted under 35S promoter control. 35S: CaSIBZ1 structure was transformed with Agrobacterium tumefaciens strain GV3101. Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation was carried out via the floral dip method (Clough and Bent, 1998). To select transformed lines, seeds harvested from the transformed plants were sown in MS agar plates containing 50 μg · mL −1 of kanamycin.

1-3. 효모 단백질 잡종 분석(Yeast two-hybrid assay, 1-3. Yeast two-hybrid assay Y2HY2H ))

CaSIBZ1 또는 CaSIR1의 전장 cDNA를 pGBKT7벡터에 서브 클로닝 하였다. 상기 방법으로 얻은 구조를 리튬 아세테이트 - 매개 형질 전환 방법(lithium acetate-mediated transformation method (Ito 등, 1983)에 따라 효모 AH109 균주에 도입 하였다. 합성이 완료된 (SC) - 류신 - 트립토판 배지에서 선별 한 후, 형질 전환체는 생장 평가를 위해 SC- 아데닌 - 히스티딘 - 류신 - 트립토판 배지로 옮겼다; 이 평가는 단백질 - 단백질 상호 작용의 지표를 제공했다. 다음으로 각 효모 세포 배양액(OD600 = 0.5) 에서 10 배 단계 희석액을 준비하고 각 시료 5 μL를 SC- 류신 - 트립토판 배지 또는 SC- 아데닌 - 히스티딘 - 류신 - 트립토판 배지에 스포팅(spotted) 시켰다.Full-length cDNA of CaSIBZ1 or CaSIR1 was subcloned into the pGBKT7 vector. The structure obtained by the above method was introduced into the yeast AH109 strain according to the lithium acetate-mediated transformation method (Ito et al., 1983.) After selection was carried out on the synthesized (SC) -leucine-tryptophan medium. The transformants were transferred to SC-adenine-histidine-leucine-tryptophan medium for growth evaluation; this assessment provided an indication of protein-protein interactions, followed by 10-fold in each yeast cell culture (OD600 = 0.5). Step dilutions were prepared and 5 μL of each sample was spotted in SC-Leucine-Tryptophan medium or SC-Adenine-Histidine-Leucine-Tryptophan medium.

1-4. 이분자 형광 상보성 분석 (Bimolecular fluorescence complementation assay , 1-4. Bimolecular fluorescence complementation assay, BiFCBiFC ))

종결 코돈이 없는 CaSIBZ1 또는 CaSIR1의 전장 cDNA는 bimolecular fluorescence complementation (BiFC) 구조체 (Waadt et al., 2008)의 생성을 위해 35S-VYNE 벡터에 서브 클로닝 되었다. 일과성 발현을 위해서, 상기 구조을 보유하고 있는 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens) 균주 GV3101를 유전자 침묵을 피하기 위해 p19 균주와 혼합 한 후, 1mL 바늘 없는 주사기를 사용하여 5 주된 담배(N. benthamiana) 식물 (OD600 = 0.5)의 잎의 배축면에 침투시켰다. 침윤 3 일 후, 잎 디스크를 절단하고 LSM Image Browser 소프트웨어가 장착 된 공 촛점 현미경 (510 UV / Vis Meta; Zeiss) 하에서 하측 표피 세포를 검사 하였다.Full-length cDNA of CaSIBZ1 or CaSIR1 without a stop codon was subcloned into a 35S-VYNE vector for generation of a bimolecular fluorescence complementation (BiFC) construct (Waadt et al., 2008). For transient expression, the Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 containing this structure was mixed with the p19 strain to avoid gene silencing, followed by a 5 mL N. benthamiana plant (OD600) using a 1 mL needleless syringe. Permeate into the axial plane of the leaf of = 0.5). After 3 days of infiltration, the leaf discs were cut and the lower epidermal cells examined under confocal microscopy (510 UV / Vis Meta; Zeiss) equipped with LSM Image Browser software.

1-5. 세포 내 위치 분석(Subcellular localization analysis)1-5. Subcellular localization analysis

정지 코돈이 없는 CaSIBZ1 코딩 영역을 GFP- 융합 이진 벡터 p326GFP에 삽입 하였다. 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens) 균주 GV3101를 p19 균주 (1 : 1 비율, OD600 = 0.5)와 혼합하고, 5 주된 완전히 팽창 된 담배 식물 잎에 공침시켰다. 침투 2 일 후, 현미경 분석을 전술 한 바와 같이 수행 하였다. A CaSIBZ1 coding region without a stop codon was inserted into the GFP-fused binary vector p326GFP. Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 was mixed with p19 strain (1: 1 ratio, OD600 = 0.5) and co-precipitated to 5 weeks fully expanded tobacco plant leaves. After 2 days of infiltration, microscopic analysis was performed as described above.

1-6. 시험관 내 1-6. In vitro 유비퀴틴Ubiquitin 분석 ( analysis ( in vitroin vitro ubiquitinationubiquitination assay) assay)

Park et al.(2016)에 말토오스 결합 단백질 (MBP) - CaSIBZ1 재조합 단백질의 발현 및 정제 과정이 나타나 있다. 시험관내 자가 유비퀴틴 분석(in vitro self-ubiquitination assay)을 위해, 정제된 MBP-CaSIBZ1(500 ng)을 재조합 인간 UBE1 (E1) (Boston Biochemicals, Cambridge, MA), 그 E1에 태그된 인간 h5b 효소 (E2) (Enzo Life Sciences, Farmingdale, NY) 및 10 ㎍의 소(bovine)의 유비퀴틴(Sigma-Aldrich)을 포함하는 유비퀴틴화 반응 완충액 (50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 2 mM ATP, 5 mM MgCl2, 2 mM DTT)과 30 ℃에서 3 시간 동안 배양시켰다. Park et al. (2016) show the process for the expression and purification of maltose binding protein (MBP) -CaSIBZ1 recombinant protein. For in vitro self-ubiquitination assays, purified MBP-CaSIBZ1 (500 ng) was added to recombinant human UBE1 (E1) (Boston Biochemicals, Cambridge, MA), a human h5b enzyme tagged with E1 ( E2) (Enzo Life Sciences, Farmingdale, NY) and ubiquitination reaction buffer (50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 2 mM ATP, 5 mM MgCl2) and 10 μg bovine ubiquitin (Sigma-Aldrich) , 2 mM DTT) and incubated at 30 ° C. for 3 hours.

CaSIR1이 CaSIBZ1 유비퀴틴화를 매개하는지 여부를 결정하기 위해서, 50 ng의 GST-CaSIBZ1 융합 단백질을 유비퀴틴 혼합물에 첨가하고 혼합물을 3 시간 동안 배양 하였다. 반응된 단백질을 SDS-PAGE를 사용하여 분리하고 항-Ub (Santa Cruz Biotechnology, SantaCruz, CA) 및 항-GST 항체(Santa Cruz Biotechnology)와 함께 면역 블로팅 (immunoblotting)을 사용하여 분석 하였다.To determine whether CaSIR1 mediates CaSIBZ1 ubiquitination, 50 ng of GST-CaSIBZ1 fusion protein was added to the ubiquitin mixture and the mixture was incubated for 3 hours. Reacted proteins were isolated using SDS-PAGE and analyzed using immunoblotting with anti-Ub (Santa Cruz Biotechnology, SantaCruz, CA) and anti-GST antibodies (Santa Cruz Biotechnology).

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

RNeasy Mini kit (Qiagen, Valencia, CA)을 사용하여 총 RNA를 추출하였다. 각기 ABA를 처리하거나 건조 스트레스를 준 고추 및 애기 장대 식물의 잎을 수확하였다. 상기 식물체의 잎으로부터 추출한 모든 RNA 샘플에 대하여 RNA가 없는 DNase(RNA-free DNase)로 분해하여 genomic DNA를 제거하고, Transcript First Strand cDNA Synthesis kit(Roche, Indianapolis, IN, USA)를 사용해 cDNA를 합성하였다. qRT-PCR 분석을 위해, 상기 방법으로 합성한 cDNA를 iQ™SYBR Green Supermix 및 하기 표 1과 같은 특이적 프라이머와 함께 CFX96 Touch™ Real-Time PCR detection system(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)을 이용하여 증폭시켰다. 모든 반응은 세 번 반복하여 수행하였다. 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 was extracted using the RNeasy Mini kit (Qiagen, Valencia, CA). The leaves of the pepper and cedar pole plants, respectively, treated with ABA or subjected to dry stress, were harvested. All RNA samples extracted from the leaves of the plant were digested with RNA-free DNase (RNA-free DNase) to remove genomic DNA and synthesized cDNA using Transcript First Strand cDNA Synthesis kit (Roche, Indianapolis, IN, USA). It was. For qRT-PCR analysis, cDNA synthesized by the above method was combined with a CQ96 Touch ™ Real-Time PCR detection system (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) with iQ ™ SYBR Green Supermix and specific primers as shown in Table 1 below. Amplified using. All reactions were repeated three times. PCR was performed with a program of 45 cycles for 5 minutes at 95 ° C., 20 seconds at 95 ° C., 20 seconds at 60 ° C., 20 seconds at 72 ° C. Relative expression of each gene was calculated by the ΔΔCt method, Arabidopsis actin8 ( Atact8 ) gene and pepper actin 1 ( CaACT1 ) gene was used for normalization.

Primer namePrime name Primer sequence (5’-3’)Primer sequence (5’-3 ’) For cloningFor cloning CaSIR1CaSIR1 Forward: ATGGGCCTCTCACAGTATCCAACT
Reverse: TCACATAGGACAAGTATCTTCTTCGC
Forward: ATGGGCCTCTCACAGTATCCAACT
Reverse: TCACATAGGACAAGTATCTTCTTCGC
CaSIBZ1CaSIBZ1 Forward: ATGGGATCTTACCTGAACTTCAAG
Reverse: CTACCAAGGTCCAGTCACTGTCCT
Forward: ATGGGATCTTACCTGAACTTCAAG
Reverse: CTACCAAGGTCCAGTCACTGTCCT
For RT-PCRFor RT-PCR CaSIR1CaSIR1 Forward: TGGGCCTCTCACAGTATCCAACTCC
Reverse: TCTCAGGCAGACCGAGCACTCTTTC
Forward: TGGGCCTCTCACAGTATCCAACTCC
Reverse: TCTCAGGCAGACCGAGCACTCTTTC
CaSIBZ1CaSIBZ1 Forward: TGGGATCTTACCTGAACTTCAAGAAC
Reverse: ATCATTAGCATTAACACTCTCTTTCTGAA
Forward: TGGGATCTTACCTGAACTTCAAGAAC
Reverse: ATCATTAGCATTAACACTCTCTTTCTGAA
CaACT1CaACT1 Forward: GACGTGACCTAACTGATAACCTGAT
Reverse: CTCTCAGCACCAATGGTAATAACTT
Forward: GACGTGACCTAACTGATAACCTGAT
Reverse: CTCTCAGCACCAATGGTAATAACTT
Actin8Actin8 Forward: CAACTATGTTCTCAGGTATTGCAGA
Reverse: GTCATGGAAACGATGTCTCTTTAGT
Forward: CAACTATGTTCTCAGGTATTGCAGA
Reverse: GTCATGGAAACGATGTCTCTTTAGT
RD29BRD29B Forward: GTTGAAGAGTCTCCACAATCACTTG
Reverse: ATTAACCCAATCTCTTTTTCACACA
Forward: GTTGAAGAGTCTCCACAATCACTTG
Reverse: ATTAACCCAATCTCTTTTTCACACA
RD26RD26 Forward: AGGTCTTAATCCAATTCCAGAGCTA
Reverse: ACCCATCAGTAACTTCACATCTCTC
Forward: AGGTCTTAATCCAATTCCAGAGCTA
Reverse: ACCCATCAGTAACTTCACATCTCTC
RAB18RAB18 Forward: GGAAGAAGGGAATAACACAAAAGAT
Reverse: GCGTTACAAACCCTCATTATTTTTA
Forward: GGAAGAAGGGAATAACACAAAAGAT
Reverse: GCGTTACAAACCCTCATTATTTTTA
KIN2KIN2 Forward: TCTTAACTTCGTGAAGGACAAGAC
Reverse: ACAACAACAAGTACGATGAGTACGA
Forward: TCTTAACTTCGTGAAGGACAAGAC
Reverse: ACAACAACAAGTACGATGAGTACGA

1-8. ABA, 건조스트레스 , NaCl 처리 및 형태 분석ABA에 반응한 CaSIBZ1의 발현 양상을 조사하기 위해, 6 엽 단계(six-leaf stage) 고추 식물에 100 μM ABA 또는 대조액을 뿌렸다. NaCl 처리를 위해 고추 식물을 200 mM NaCl 용액으로 관개 하였다. 건조스트레스 처리를 위해서, 고추 식물을 손상을 피하기 위해 토양에서 조심스럽게 제거 한 다음 3mm 용지 (Whatman)에 두었다. 각 처리 후 0 시간, 2 시간, 6 시간, 12 시간 및 24 시간에 잎을 수확하고 RNA 분리 및 RT-PCR 분석을 수행 하였다. 1-8. ABA, Dry Stress , NaCl Treatment and Morphological Analysis In order to investigate the expression pattern of CaSIBZ1 in response to ABA, six-leaf stage pepper plants were sprayed with 100 μM ABA or control. Pepper plants were irrigated with 200 mM NaCl solution for NaCl treatment. For dry stress treatment, pepper plants were carefully removed from the soil to avoid damage and then placed on 3 mm paper (Whatman). Leaves were harvested at 0 h, 2 h, 6 h, 12 h and 24 h after each treatment and RNA isolation and RT-PCR analysis were performed.

1-9. 표현형 분석 (Phenotypic analyses)1-9. Phenotypic analyses

묘목 성장을 시험하기 위해, 다양한 ABA 농도를 가진 MS 한천 배지를 함유하는 플레이트 상에 유전자형 당 36 개의 씨앗을 뿌렸다. 야생형 애기 장대와 CaSIBZ1 과 발현(CaSIBZ1-OX) 형질 전환 애기 장대에서 얻은 1 주일 된 묘목을 토양 혼합물을 담고 있는 그릇에 무작위로 심어 물기가 있는 조건에서 2 주 동안 재배했다. 가뭄 스트레스를 주기 위해 급수를 9-10 일 동안 보류하고 다시 물을 준 후 1-2 일 후에 재수화 된 잎을 가진 식물의 생존율을 계산했다. 고추의 경우, 10-11 일 동안 급수를 보류하여 4 엽 단계(four-leaf stage) 식물에 가뭄 스트레스가 가해졌으며 다시 물을 준 날로 부터 1 일 후에 재수화 된 잎을 가진 식물의 생존율이 계산되었다. 가뭄 저항성은 증발 수분 손실을 측정하여 정량적으로 결정되었다. 네 엽 단계(four-leaf stage)고추와 3 주 된 애기 장대 식물에서 잎을 분리하여 페트리 접시에 넣었다. 접시를 성장 챔버에서 40 %의 상대 습도로 유지하고, 지시된 시점에서 생중량의 손실을 측정 하였다. 모든 실험은 생물학적 시료에서 독립적으로 최소 3회 반복되었다.To test seedling growth, 36 seeds per genotype were sown on plates containing MS agar medium with varying ABA concentrations. One week old seedlings from wild type baby poles and CaSIBZ1 and expression (CaSIBZ1-OX) transgenic baby poles were randomly planted in bowls containing soil mixture and grown for 2 weeks in wet conditions. To give drought stress, the watering was withheld for 9-10 days, and after re-watering, after 1-2 days, the survival rate of plants with rehydrated leaves was calculated. In the case of red pepper, drought stress was applied to four-leaf stage plants with water holding for 10-11 days, and survival rates of plants with rehydrated leaves were calculated 1 day after the watering again. . Drought resistance was determined quantitatively by measuring evaporative moisture loss. The leaves were separated from the four-leaf stage pepper and three week old baby pole plants and placed in a Petri dish. The dish was kept at 40% relative humidity in the growth chamber and the loss of raw weight was measured at the indicated time points. All experiments were repeated at least three times independently in biological samples.

1-10. 열 1-10. Heat 영상법Imaging (Thermal imaging)(Thermal imaging)

열 화상 분석(thermal imaging analysis)을 위해, 첫 번째와 두 번째 잎이 모두 자라는 4 주된 고추 식물과 3 주 또는 4 주된 애기 장대 식물을 50μM ABA로 처리했다. 열 화상 이미지는 적외선 카메라 (FLIR systems; T420)를 사용하여 얻었으며 잎 온도는 FLIR Tools + ver 5.2 소프트웨어로 측정했다. For thermal imaging analysis, the 4 week pepper plants, where both the first and second leaves grew, and the 3 or 4 week baby pole plants were treated with 50 μM ABA. Thermal images were obtained using infrared cameras (FLIR systems; T420) and leaf temperatures were measured with FLIR Tools + ver 5.2 software.

1-11. Virus-induced gene silencing (1-11. Virus-induced gene silencing ( VIGSVIGS ))

CaSIBZ1의 기능 상실 분석(loss-of function analysis)을 위해, 고추 식물에서 바이러스 유도 유전자 침묵 (virus-induced gene silencing: VIGS)이 수행되었다. 간략하게 음성대조군으로서 pTRV1 및 pTRV2:CaSIBZ1 또는 pTRV2:00을 운반하는 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens) 균주 GV3101을 고추의 완전히 자란 자엽(fully expanded cotyledons)에 침투시켰다(각 균주별 OD600=0.2). 식물체들은 생장 및 바이러스가 증식할 수 있도록 16시간 낮/8시간 밤으로 광주기를 설정한 24℃의 생육실에 두었다.For loss-of function analysis of CaSIBZ1, virus-induced gene silencing (VIGS) was performed in pepper plants. Briefly, Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 carrying pTRV1 and pTRV2: CaSIBZ1 or pTRV2: 00 as negative controls was infiltrated into fully expanded cotyledons of pepper (OD 600 = 0.2 for each strain). Plants were placed in a growth room at 24 ° C. with a photoperiod of 16 hours day and 8 hours night for growth and virus propagation.

1-12. 1-12. 기공개도(Stomatal aperture)의Of the stomatal aperture 생물학적 검정 Biological assay

기공개도(stomatal aperture)의 생물학적 정량은 이전에 설명한대로 수행되었다(Lim and Lee, 2016). 간단하게는, 3 주된 장미 잎에서 잎 껍질을 채취하고 기공 개방 용액 (SOS; 50 mM KCl, 10 mM MES-KOH, 10 μM CaCl2, pH 6.15)에 부유시켰다. 껍질을 애기 장대 식물 및 고추 식물에서 80 %초과 하는 기공 개구를 얻기 위해 3 시간 동안 배양 하였다. 완충액을 다양한 ABA 농도를 함유한 신선한 SOS로 대체하였다. 잎 껍질은 그 후 2 시간 더 배양되었다. 각각의 개별 샘플에서, 100 기공을 Nikon Eclipse 80i 현미경하에 무작위로 관찰 하였다. 각 실험은 3 배로 수행되었다.Biological quantification of stomatal aperture was performed as previously described (Lim and Lee, 2016). Briefly, leaf husks were taken from three main rose leaves and suspended in pore open solution (SOS; 50 mM KCl, 10 mM MES-KOH, 10 μM CaCl 2, pH 6.15). The shells were incubated for 3 hours to obtain pore openings greater than 80% in the baby pole plants and the pepper plants. The buffer was replaced with fresh SOS containing various ABA concentrations. The leaf husks were then incubated for 2 more hours. In each individual sample, 100 pores were randomly observed under a Nikon Eclipse 80i microscope. Each experiment was performed three times.

실시예EXAMPLE 2.  2. CaSIBZ1CaSIBZ1 of 유전자 분리, 서열분석 및  Gene isolation, sequencing and CaSIBZ1CaSIBZ1 단백질의  Protein 세포내Intracellular 위치 location

새로운 건조-유도 고추 전사 인자를 분리하기 위해서, 앱시스산 (ascisic acid; ABA)으로 처리된 고추 잎을 이용하여 RNA-seq 분석을 수행하였고, 건조 스트레스에 의해 유발되는 후보 인자를 분리하여, CaSIBZ1 유전자를 분리하였다. 아미노산 서열 정렬 (Sequence alignment)을 실시한 결과, 도 1b에 나타낸 바와 같이, CaSIBZ1 단백질은 다른 Basic-leucine zipper domain과 높은 상동성을 가지는 것을 확인하였다. To isolate new dry-induced pepper transcription factors, RNA-seq analysis was carried out using pepper leaves treated with ascisic acid (ABA), and candidate factors caused by dry stress were isolated and the CaSIBZ1 gene was isolated. Was separated. As a result of amino acid sequence alignment, as shown in FIG. 1B, the CaSIBZ1 protein was confirmed to have high homology with other Basic-leucine zipper domains.

또한, 상기 실시예 1-5 기재된 방법에 따라, CaSIBZ1 단백질의 식물 세포 내 위치를 확인하기 위하여, CaSIBZ1 coding region을 형광단백질인 Green Fluorescent protein (GFP)을 결합시켜 35S promoter 하에서 발현되도록 벡터를 구축하였다. 보다 구체적으로 녹색 형광단백질 (GFP) (35S:CaSIBZ1-GFP)의 융합단백질을 담배 (N. benthamiana) 표피 세포에서 일시적으로 발현시켰다.In addition, according to the method described in Example 1-5, in order to confirm the position of the CaSIBZ1 protein in the plant cell, a vector was constructed to express the CaSIBZ1 coding region under the 35S promoter by binding to a fluorescent protein, Green Fluorescent protein (GFP). . More specifically, the fusion protein of green fluorescent protein (GFP) (35S: CaSIBZ1-GFP) was transiently expressed in tobacco (N. benthamiana) epidermal cells.

그 결과, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 담배 (N. benthamiana)의 표피 세포 (epidermal cell)에 있는 35S:CaSIBZ1-GFP 융합단백질이 핵내에서 GFP 신호를 만들었으며, 따라서 35S:CaSIBZ1-GFP 단백질의 발현 분석 결과, CaSIBZ1-GFP 융합단백질이 핵에 위치하는 것으로 확인되었다. 보다 구체적으로, Fibrillarin-RFP 융합단백질에 대한 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) 및 적색 형광 신호에 대한 청색 형광 신호가 각각 핵에서 검출되었다. 상기 결과는 CaSIBZ1 단백질이 핵 내에서 위치하며 기능하는 것을 의미하여, CaSIBZ1 단백질은 핵을 타겟으로 하고, 해당 위치에서 기능을 한다는 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 2B, 35S: CaSIBZ1-GFP fusion protein in epidermal cells of tobacco (N. benthamiana) produced GFP signals in the nucleus, and thus expression of 35S: CaSIBZ1-GFP protein As a result, CaSIBZ1-GFP fusion protein was found to be located in the nucleus. More specifically, 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) for Fibrillarin-RFP fusion protein and blue fluorescence signal for red fluorescence signal were detected in the nucleus, respectively. The results indicate that the CaSIBZ1 protein is located and functions in the nucleus, so that the CaSIBZ1 protein targets the nucleus and functions at the corresponding position.

실시예EXAMPLE 3. ABA, 건조(drought), 및  3. ABA, drought, and 고염High salt 처리에 의한  By treatment CaSIBZ1CaSIBZ1 유전자의 발현 변화 확인 Confirmation of gene expression change

CaSIBZ1 유전자가 ABA 신호전달 및 비생물적 스트레스 반응과 관련이 있는지 알아보기 위해, 먼저 ABA, 건조, 또는 고염 처리한 고추 식물의 잎에서 CaSIBZ1 유전자의 발현 변화를 측정하였다. Semi-quantitative RT-PCR 분석을 수행한 결과, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 100 μM ABA를 처리한 경우에는 처리 후 6시간째에 CaSIBZ1 유전자의 전사체인 mRNA 발현량이 가장 억제되는 것으로 나타났고 건조 스트레스나 200mM NaCl을 처리한 경우에는 처리 후 6시간째에 CaSIBZ1 유전자의 전사체인 mRNA 발현량이 가장 높게 나타났다. To determine whether CaSIBZ1 gene is associated with ABA signaling and abiotic stress response, the expression of CaSIBZ1 gene was first measured in the leaves of ABA, dried or highly salted pepper plants. As a result of semi-quantitative RT-PCR analysis, as shown in FIG. 2A, mRNA expression, which is a transcript of CaSIBZ1 gene, was most suppressed at 100 hours after treatment with 100 μM ABA. In the case of 200 mM NaCl treatment, mRNA expression, the transcript of CaSIBZ1 gene, was the highest at 6 hours after treatment.

실시예EXAMPLE 4.  4. CaSIBZ1CaSIBZ1 유전자가  Gene 침묵된Silent 고추 식물에서 건조 저항성 증가 확인 Increased drying resistance in pepper plants

비생물적 스트레스에 대한 반응에서 CaSIBZ1 유전자의 역할을 알아보기 위하여, 상기 실시예 1-11에 기재된 방법에 따라, TRV (tabacco rattle virus) vector를 이용한 VIGS (virus-induced gene silencing) 기반 CaSIBZ1 형질체 유전자 기능 손실 분석을 실시하였다. CaSIBZ1의 생체 내 기능을 조사하기 위해, semi-quantitative RT-PCR 분석한 결과, 도 3a에 나타낸 바와 같이, CaSIBZ1 유전자가 대조 식물 (TRV:00)보다 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물 (TRV:CaSIBZ1) 에서 발현이 감소됨을 확인하였다(도 3a).To determine the role of CaSIBZ1 gene in response to abiotic stress, a virus-induced gene silencing (VIGS) based CaSIBZ1 transformant using a tabacco rattle virus (TRV) vector according to the method described in Examples 1-11 above. Gene loss loss analysis was performed. In order to investigate the in vivo function of CaSIBZ1, semi-quantitative RT-PCR analysis. As a result, as shown in Fig. 3a, CaSIBZ1 gene control plants (TRV: 00) than CaSIBZ1 genes are silenced the pepper plant (TRV: CaSIBZ1) It was confirmed that the expression is reduced in (Fig. 3a).

상기 내용을 바탕으로 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물과 대조군의 건조 저항성을 비교하였다. 우선, 표현형 분석에서, 도 3b 좌측에 나타낸 바와 같이, 정상조건에서는 대조군 및 CaSIBZ1 유전자 침묵된 식물간에 표현형 차이가 없음을 관찰하였다. 그러나 17 일 동안 급수를 제한하여 건조 스트레스에 대한 CaSIBZ1의 기능을 확인한 결과, 대조 식물은 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 식물보다 더 시들어진 표현형을 나타내었다(도 3b 중간).Based on the above contents, the dry resistance of the pepper plant in which the CaSIBZ1 gene was silenced was compared with that of the control group. First, in phenotypic analysis, as shown on the left side of FIG. 3B, the control group and CaSIBZ1 under normal conditions It was observed that there was no phenotypic difference between gene silenced plants. However, as a result of confirming CaSIBZ1's function on dry stress by limiting watering for 17 days, the control plants showed a more withered phenotype than plants in which the CaSIBZ1 gene was silenced (middle of FIG. 3B).

다음으로, 3일 동안 물주기를 재개한 후, 각각의 생존률을 측정하였다. 그 결과, 도 3b 우측에 나타낸 바와 같이, 재급수 후 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 식물의 생존율은 약 86.67 % 였고, 대조군 식물의 생존율은 약 25.00 %를 나타내었다. 상기 결과로부터, CaSIBZ1 유전자 발현의 억제가 건조 내성을 강화시킨다는 것을 확인할 수 있었다(도 3b).Next, after restarting the water cycle for 3 days, each survival rate was measured. As a result, as shown in the right side of FIG. 3B, the survival rate of the plant in which the CaSIBZ1 gene was silenced after refeeding was about 86.67%, and the survival rate of the control plant was about 25.00%. From the above results, it was confirmed that inhibition of CaSIBZ1 gene expression enhances dry resistance (FIG. 3B).

다음으로, CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물의 건조-내성 표현형이 증가한 수분 보유량에 기인한 것인지 알아보기 위하여, 대조군 및 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물에서 떼어낸 잎의 생중량 (fresh weight)를 측정하여 증산 수분손실률 (transpiration water loss)를 확인하였다. 그 결과, 도 3C에 나타낸 바와 같이, 잎의 수분 손실량은 대조군 식물보다 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물에서 비교적 낮게 나타남을 확인할 수 있었다(도 3c).Next, CaSIBZ1 gene drying of silence pepper plant - to investigate whether due to the increased resistance phenotype water retention by measuring the fresh weight (fresh weight) of leaves taken from the control and CaSIBZ1 pepper plant genes are silenced Transpiration water loss was confirmed. As a result, as shown in Figure 3C, the moisture loss of the leaves was confirmed that the CaSIBZ1 gene silenced in the pepper plants relatively lower than the control plants (Fig. 3c).

한편, 기공이 열리면, 증산률이 증가하여, 잎의 온도를 떨어뜨리는바, CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물의 낮은 증산률이 기공개도 (stomatal aperture) 감소에 의한 것인지 확인하기 위해서, 대조군 및 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물에 ABA를 처리한 후, 잎의 온도 및 기공 크기를 관찰하였다. 그 결과, 도 3d, 3e에 나타낸 바와 같이, CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물의 잎 온도는 대조군의 잎 온도보다 높았으며(도 3d), 또한, 기공개도가 대조군에 비해 더 작은 것을 확인하였으며(도 3e), 이는 잎의 온도와 연관됨을 확인할 수 있었다.On the other hand, opens the pores, to increase production rate is increased, a bar to drop the temperature of the leaf, a lower transpiration rate of the silence pepper plant CaSIBZ1 gene to identify the group released is also (stomatal aperture) whether by reduction, control and CaSIBZ1 After the ABA treatment of the pepper genes silenced, the leaf temperature and pore size were observed. As a result, as shown in Figures 3d, 3e, the leaf temperature of the CaSIBZ1 gene silenced pepper plant was higher than the leaf temperature of the control (Fig. 3d), and also confirmed that the pore opening was smaller than the control (Fig. 3d). 3e), it was confirmed that this is related to the temperature of the leaves.

실시예EXAMPLE 5.  5. CaSIBZ1CaSIBZ1 과발현 ( Overexpression ( CaSIBZ1CaSIBZ1 -OX) 식물의 ABA -OX) Plant ABA 저감수성Water resistance (hyposensitivity) 확인(hyposensitivity) check

상시 실시예 4에 기재한 바와 같이, CaSIBZ1 유전자 침묵된 고추 식물은 건조 스트레스에 강한 표현형을 나타냈다. CaSIBZ1 유전자의 in vivo에서 기능을 더욱 확인하기 위해서, 상기 실시예 1-2에 기재된 방법에 따라 항시발현 CaMV 35S 프로모터의 조절하에 CaSIBZ1 유전자가 과발현된 형질전환 애기장대를 제조하고, 두 개의 독립된 T3 동형 라인 (CaSIBZ1-OX)을 얻었고, 이를 표현형 분석을 위해서 RT-PCR을 수행하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.As always described in Example 4, CaSIBZ1 gene silenced pepper plants showed a strong phenotype to dry stress. In order to further confirm the functionality of the in vivo gene CaSIBZ1, the embodiment 1-2 method of manufacturing a permanent expression of the gene is CaSIBZ1 transgenic Arabidopsis under the control of the CaMV 35S promoter in accordance with the described, and the two independent T3 homozygous Line ( CaSIBZl- OX) was obtained and RT-PCR was performed for phenotypic analysis. The results are shown in FIG.

다음으로, CaSIBZ1 과발현 (CaSIBZ1-OX) 식물을 사용하여, ABA 신호 전달에 CaSIBZ1이 관여한다는 것을 밝히기 위해 germinative 단계 및 seedling 단계에서 CaSIBZ1-OX 식물의 표현형 분석을 비교하였다. 보다 구체적으로, 다양한 농도 (0, 0.75 및 1.0 μM)의 ABA를 보충한 Murashige and Skoog (MS) 성장 배지에서 종자를 발아시켜 CaSIBZ1-OX 및 대조군(야생형) 식물의 발아율을 확인한 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, ABA가 없는 경우 대조군과 CaSIBZ1-OX 종자간에 발아율에 유의한 차이가 없었으나, ABA의 존재 하에서, CaSIBZ1-OX 종자의 발아율은 야생 종자의 발아율보다 유의하게 높았다(도 5A).Next, using CaSIBZl overexpression ( CaSIBZl- OX) plants, we compared phenotypic analyzes of CaSIBZl- OX plants at germinative and seedling stages to identify CaSIBZ1 involvement in ABA signaling. More specifically, germination of seeds in Murashige and Skoog (MS) growth medium supplemented with ABA at various concentrations (0, 0.75 and 1.0 μM) confirmed germination rates of CaSIBZ1- OX and control (wild-type) plants. As shown, there was no significant difference in germination rate between the control and CaSIBZ1- OX seed without ABA, but in the presence of ABA, the germination rate of CaSIBZ1- OX seed was significantly higher than that of wild seeds (FIG. 5A).

한편, 유모기 (seedling stage)에서 ABA에 대한 반응을 분석하기 위해서, ABA에서 입모율을 측정하였다. 그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 발아율의 결과와 일치하는 결과로서 입모율은 대조군 식물에서보다 CaSIBZ1-OX 식물에서 유의하게 높았다(도 5b 내지 도 5e).On the other hand, in order to analyze the response to ABA in the seeding stage (seedling stage), the hair growth rate was measured in ABA. As a result, as shown in FIG. 5, the hair growth rate was significantly higher in CaSIBZ1- OX plants than in control plants (FIGS. 5B-5E).

또한, 상기 실시예 1-10 및 실시예 1-12에 기재된 방법에 따라, 대조군 식물 및 CaSIBZ1-OX 식물을 성장시킨 후, ABA를 처리하여 기공개도 및 잎 온도를 측정하였다. ABA를 처리하지 않은 경우, 대조군 및 CaSIBZ1-OX 식물 간에 기공개구 또는 잎 온도에 유의한 표현형 차이가 없음을 확인하였다. 그러나 도 6에 나타낸 바와 같이, 20 μM ABA에 노출시킨 결과, CaSIBZ1-OX 식물의 기공개구는 대조군 식물보다 유의하게 큰 것을 확인하였다(도 6d). 또한, 50 μM ABA에 노출시킨 결과, CaSIBZ1-OX 식물의 잎 온도는 대조군 식물의 잎 온도보다 유의하게 낮았다(도 6c). 상기 결과로부터, CaSIBZ1-OX 식물에 의해 표시된 변화된 ABA 민감도가 성장 단계에 의존한다는 것을 확인하였다.In addition, according to the method described in Example 1-10 and Example 1-12, after the control plants and CaSIBZ1- OX plants were grown, ABA was treated to determine the pore opening and leaf temperature. When ABA was not treated, it was confirmed that there was no significant phenotypic difference in pore opening or leaf temperature between the control and CaSIBZ1- OX plants. However, as shown in FIG. 6, when exposed to 20 μM ABA, it was confirmed that the pore opening of the CaSIBZ1- OX plants was significantly larger than that of the control plants (FIG. 6D). In addition, as a result of exposure to 50 μM ABA, the leaf temperature of the CaSIBZ1- OX plants was significantly lower than the leaf temperature of the control plants (Fig. 6c). From the results, it was confirmed that the altered ABA sensitivity indicated by CaSIBZ1- OX plants depends on the growth stage.

실시예EXAMPLE 6.  6. CaSIBZ1CaSIBZ1 과발현 ( Overexpression ( CaSIBZ1CaSIBZ1 -OX) 식물의 -OX) of the plant 감소된Reduced 건조 내성 확인 Confirmation of drying resistance

상기 실시예 4의 CaSIBZ1 유전자가 침묵된 고추 식물은 건조-내성 표현형을 나타내었으며, 상기 실시예 5의 CaSIBZ1 유전자 과발현 식물은 ABA에 대한 감소된 민감도를 나타냄을 확인하였는바, 이에, CaSIBZ1 유전자의 과발현이 건조 스트레스에 대한 반응을 변화시키는지를 확인하였다. 우선, CaSIBZ1-OX 식물에 의해 나타난 ABA-감수성 표현형이 수분 손실률 감소에 의한 것인지 확인하기 위해서, CaSIBZ1-OX 식물 및 대조군 식물의 잎의 생중량 (fresh weight)을 확인하여 두 식물 간의 증산률을 비교하였다. 그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, ABA를 처리하였을 때, 대조군 식물에 비해서, CaSIBZ1-OX 식물의 잎 조직에서 수분 손실이 더 높게 나타남을 확인할 수 있었다(도 6b). Pepper plant silenced CaSIBZ1 gene of Example 4 exhibited a dry-resistant phenotype, and the CaSIBZ1 gene overexpression of Example 5 was confirmed to show a reduced sensitivity to ABA, thus overexpression of CaSIBZ1 gene It was confirmed to change the response to this dry stress. First, to determine whether the ABA-sensitive phenotypes exhibited by CaSIBZ1- OX plants are due to reduced water loss, the fresh weights of the leaves of the CaSIBZ1- OX plants and the control plants were compared to compare the transpiration rate between the two plants. It was. As a result, as shown in Figure 6, when treated with ABA, it was confirmed that the water loss in the leaf tissue of the CaSIBZ1- OX plants higher than the control plants (Fig. 6b).

또한, 건조 내성에 대한 CaSIBZ1 과발현의 영향을 조사하기 위해, 건조 스트레스에 대한 반응으로 대조군 및 CaSIBZ1-OX 식물의 표현형 분석을 수행했다. 그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 충분한 물 조건하에서 대조군 및 CaSIBZ1-OX 식물의 표현형을 비교한 결과, 두 식물체 간 표현형 차이를 발견하지 못하였다(도 6a 좌측). 그러나, 11 일 동안 급수를 중단하여, 식물을 건조 스트레스에 노출 시켰을 때 CaSIBZ1-OX 식물이 대조군 식물보다 더 많이 시들어진 표현형을 나타내었다(도 6a 중간 및 우측).In addition, to investigate the effect of CaSIBZ1 overexpression on dry resistance, phenotypic analysis of control and CaSIBZ1 -OX plants was performed in response to dry stress. As a result, as shown in Figure 6, comparing the phenotype of the control and CaSIBZ1- OX plants under sufficient water conditions, did not find a difference in the phenotype between the two plants (Fig. 6a left). However, by stopping watering for 11 days, CaSIBZ1- OX plants exhibited more withered phenotypes than control plants when exposed to dry stress (Figure 6A middle and right).

또한, 식물에 1일간 다시 물을 공급한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 대조군 식물의 78 %가 다시 생존한 반면, CaSIBZ1-OX 식물의 0 내지 24 % 만 다시 생존하였다. 상기 결과는 CaSIBZ1-OX 식물의 수분 보유 능력 감소가 ABA 저감수성에서 유래하였으며, 이는 건조 스트레스에 민감한 표현형에 기여한다는 것을 의미한다(도 6a).In addition, when water was supplied to the plants again for one day, as shown in FIG. 6, 78% of the control plants survived again, while only 0 to 24% of the CaSIBZ1- OX plants survived again. The results indicate that the reduced water retention capacity of CaSIBZ1- OX plants was derived from ABA low water soluble, which contributed to the dry stress sensitive phenotype (FIG. 6A).

한편, 건조 유도성 유전자 발현이 CaSIBZ1에 의한 직접 또는 간접적으로 조절되는지 확인하기 위해서, 상기 실시예 1-7에 기재된 방법에 따라, CaSIBZ1-OX 식물 및 대조군 식물에 탈수 처리 후 건조-내성 관련 유전자 RD29B , RD26, RAB18KIN2에 특이적인 프라이머를 이용하여 qRT-PCR을 진행하였다. 그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 탈수 처리 6 시간 후에, ABA 합성과 관련된 RD29B , RD26, RAB18KIN2을 비롯한 스트레스 반응 유전자의 발현 수준이 대조군 식물의 잎보다 CaSIBZ1-OX 식물의 잎에서 유의하게 낮은 것을 확인하였다(도 9e). 상기 결과로부터, CaSIBZ1 유전자의 발현이 ABA 합성에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 건조 스트레스에 대한 반응을 조절한다는 것을 확인하였다. On the other hand, in order to ensure that the drying-induced gene expression, either directly or indirectly controlled by CaSIBZ1, according to the method described in Example 1-7, CaSIBZ1 -OX after dehydration in plants and control plants drying-resistant genes RD29B QRT -PCR was performed using primers specific for , RD26, RAB18 and KIN2 . As a result, as shown in FIG. 6, after 6 hours of dehydration , the expression level of stress response genes including RD29B , RD26, RAB18, and KIN2 related to ABA synthesis was significantly higher in the leaves of CaSIBZ1- OX plants than in the control plants. Was confirmed to be low (FIG. 9E). From the above results, it was confirmed that the expression of CaSIBZ1 gene not only affects ABA synthesis but also regulates the response to dry stress.

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.The description of the present invention set forth above is for illustrative purposes, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. There will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

<110> Chung-Ang University Industry-Academy Cooperation Foundation <120> Method for improving the resistance to the drought stress using CaSIBZ1 in plants <130> MP18-060 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1056 <212> DNA <213> CaSIBZ1 <400> 1 atgggatctt acctgaactt caagaacttc gctgacgcat cacaaccaga gagcagtggg 60 actaataatt tttcattggc cagacaatct accatatact cctttacgtt tgatgagctg 120 caaagtacat gtggacttgg aaaagatttt ggatcgatga atatggatga cttcttaaag 180 aatattgaag gggaaaattt gcagagacag ggttctttga cactgcctag gacacttagt 240 cagaaaacta tagatgaagt atggaaagac tttcagaaag agagtgttaa tgctaatgat 300 gtaagtgaga ctggaggatc aaactttggg cagagggaat ctaccttggg agaaatgaca 360 ttagaagagt ttttggttag agcaggggcg gtgagagaag atatgcaacc aactggatac 420 tcaaatgatg ttacattaac tactactagt ggtttcattc aacctagtag taatgtgacc 480 ataaaatttc ttcaagcaac ccaaaaccct ggacatcaaa ttgcagggac taacatattc 540 aatgtggtca gtactacatc tttaccgcag cagccccttt tccccaaaca aacaactgtg 600 gaatttgcat cacccatgca attagggaca agggctccca tgccaaatcc gtctgcaaat 660 actaatagta tcatgcaggg tggtgttatg agcatgccag taaaaggagt atcccctgga 720 aatctagata catcttctct ttcactttca ccgtatgcat gtggtgaagg tggaagagga 780 aggagatcat gtacctctat tgaaaaagtt gttgagagaa ggcgtaagag gatgataaag 840 aacagagagt ctgctgccag atcaagggat cggaagcagg catatacttt ggagttggaa 900 gctgaagtgg caaagctgaa agaaattaag caacagttgc agaagaatca ggctgaattt 960 attgagaagc agaaaaatca gttgttagaa aagatgaata tgccatggga aaataaacta 1020 atatgcttga gaaggacagt gactggacct tggtag 1056 <210> 2 <211> 351 <212> PRT <213> CaSIBZ1 <400> 2 Met Gly Ser Tyr Leu Asn Phe Lys Asn Phe Ala Asp Ala Ser Gln Pro 1 5 10 15 Glu Ser Ser Gly Thr Asn Asn Phe Ser Leu Ala Arg Gln Ser Thr Ile 20 25 30 Tyr Ser Phe Thr Phe Asp Glu Leu Gln Ser Thr Cys Gly Leu Gly Lys 35 40 45 Asp Phe Gly Ser Met Asn Met Asp Asp Phe Leu Lys Asn Ile Glu Gly 50 55 60 Glu Asn Leu Gln Arg Gln Gly Ser Leu Thr Leu Pro Arg Thr Leu Ser 65 70 75 80 Gln Lys Thr Ile Asp Glu Val Trp Lys Asp Phe Gln Lys Glu Ser Val 85 90 95 Asn Ala Asn Asp 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Claims (5)

건조 스트레스에 대한 음성적 조절인자 (negative regulator) 단백질을 암호화하는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 유전자. CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1 -Interacting bZIP transcription factor 1) gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding a negative regulator protein for dry stress. 제1항에 기재된 CaSIBZ1 유전자에 의해 암호화되는 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 CaSIBZ1 단백질.CaSIBZ1 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoded by the CaSIBZ1 gene according to claim 1. 제1항에 기재된 CaSIBZ1 유전자를 함유하는 재조합 발현벡터.A recombinant expression vector containing the CaSIBZ1 gene according to claim 1. CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) 단백질의 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는, 식물체의 건조 저항성 증진용 조성물.CaSIBZ1 (Capsicum annuum SIR1-Interacting bZIP transcription factor 1) comprising a protein expression or activity inhibitor as an active ingredient, a composition for enhancing the dry resistance of plants. CaSIBZ1 단백질의 발현 또는 활성을 억제하는 단계를 포함하는 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법으로서, 상기 CaSIBZ1 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 식물체의 건조 스트레스 저항성 증진방법.

A method of enhancing dry stress resistance of a plant comprising inhibiting the expression or activity of CaSIBZ1 protein, wherein the CaSIBZ1 protein is composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, a method of enhancing dry stress resistance of a plant.

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