KR20210034514A - A Method for De novo Root Regeneration of Plant based on an Ultradian Rhythm - Google Patents

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남홍길
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박성진
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Abstract

The present invention relates to a method for promoting new root regeneration in ultradian rhythm-based plants. The method comprises a step of transforming a plant with a gene for encoding an enhancer of ABA co-receptor 1 (EAR1). The plant is Arabidopsis. According to the present invention, new root regeneration can be promoted.

Description

초주일 리듬 기반 식물의 신규 뿌리 재생 촉진 방법{A Method for De novo Root Regeneration of Plant based on an Ultradian Rhythm}A Method for De novo Root Regeneration of Plant based on an Ultradian Rhythm}

본 발명은 EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자에 의해 형질전환된 식물체, EAR1를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 신규 뿌리 재생 촉진 방법 및 EAR1를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 노화 억제 방법에 관한 것이다.The present invention is a plant transformed by a gene encoding EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1), a method for promoting new root regeneration of a plant comprising the step of transforming the plant with a gene encoding EAR1, and encoding EAR1 It relates to a method for inhibiting aging of a plant comprising the step of transforming the plant with the gene.

생물학적 리듬(biological rhythms)은 여러 종에 존재하며, 유기체의 건강과 웰빙에 중요한 역할을 한다(Laje et al., Front Integr Neurosci. 2018 Mar 13;12:10). ~24시간 주기를 갖는 일주기 리듬(circadian rhythms; CR) 외에도 초주일 리듬(ultradian rhythms; UR)이라고 하는 짧은 리듬은 몇 초에서 몇 시간까지의 기간을 나타낸다. UR은 박테리아(Cerveny et al., Proc Natl Acad Sci USA. 2013 Aug 6;110(32):13210-5), 식물(Iijima and Matsushita, J Plant Physiol. 2011 Nov 15;168(17):2072-80) 및 동물(den Boon et al., Endocrinology. 2019 Apr 1;160(4):791-802)에서 관찰된다. UR은 간헐적, 일시적, 비주기적 패턴 때문에 단편적인 사건으로 간주되는 경향이 있지만, 동면 체온 조절(Diatroptov et al., Bull Exp Biol Med. 2019 Dec;168(2):291-294), 호르몬 분비 패턴(Steyn and Ngo, Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2017 Dec;31(6):521-533), 포유류의 수면 중 빠른 안구 운동(Weber et al., Nat Commun. 2018 Jan 24;9(1):354), 대사주기(Brodsky, Biochemistry (Mosc). 2014 Jun;79(6):483-95) 및 유전자 발현(van der Veen and Gerkema, FASEB J. 2017 Feb;31(2):743-750)을 포함한 다양한 생물학적 과정에서 널리 퍼져 있다. 파괴된 UR은 동물의 뇌, 척추 및 갈비뼈 발달에 해로운 영향을 미치며(Santorelli et al., ACS Synth Biol. 2018 May 18;7(5):1447-1455), 식물의 뿌리 구조 손상(Moreno-Risueno et al., Science. 2010 Sep 10;329(5997):1306-11), 인간의 대사증후군, 쿠싱병, 알츠하이머병 및 암을 유발한다(den Boon and Sarabdjitsingh, Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2017 Oct;31(5):445-457; Flynn et al., Ann Endocrinol (Paris). 2018 Jun;79(3):112-114). 생리학적 조절에 있어 광범위한 존재와 필수적인 역할에도 불구하고, UR 조절은 여전히 불분명하다. UR을 구동하는 조절 메커니즘이나 기능적 중요성의 기초가 되는 메커니즘에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 식물에서 UR은 현상론적으로 이해되고 있다(Solheim et al., New Phytol. 2009;183(4):1043-52).Biological rhythms exist in several species and play an important role in the health and well-being of organisms (Laje et al., Front Integr Neurosci. 2018 Mar 13; 12:10). In addition to circadian rhythms (CR) with a period of ~24 hours, short rhythms, called ultradian rhythms (UR), represent periods ranging from seconds to hours. UR is a bacterium (Cerveny et al., Proc Natl Acad Sci USA. 2013 Aug 6;110(32):13210-5), plants (Iijima and Matsushita, J Plant Physiol. 2011 Nov 15;168(17):2072- 80) and animals (den Boon et al., Endocrinology. 2019 Apr 1;160(4):791-802). UR tends to be considered a fragmentary event because of its intermittent, transient, and aperiodic pattern, but control of hibernation (Diatroptov et al., Bull Exp Biol Med. 2019 Dec;168(2):291-294), hormone secretion pattern. (Steyn and Ngo, Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2017 Dec;31(6):521-533), rapid eye movements during sleep in mammals (Weber et al., Nat Commun. 2018 Jan 24;9(1): 354), metabolic cycle (Brodsky, Biochemistry (Mosc). 2014 Jun;79(6):483-95) and gene expression (van der Veen and Gerkema, FASEB J. 2017 Feb;31(2):743-750) It is widespread in a variety of biological processes, including. Destructive UR has a detrimental effect on the development of brain, spine and ribs in animals (Santorelli et al., ACS Synth Biol. 2018 May 18;7(5):1447-1455), damage to the root structure of plants (Moreno-Risueno et al., Science. 2010 Sep 10;329(5997):1306-11), induces metabolic syndrome in humans, Cushing's disease, Alzheimer's disease and cancer (den Boon and Sarabdjitsingh, Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2017 Octocrinol Metab. ;31(5):445-457; Flynn et al., Ann Endocrinol (Paris). 2018 Jun;79(3):112-114). Despite the broad presence and essential role in physiological regulation, UR regulation remains unclear. Little is known about the regulatory mechanisms driving UR or the mechanisms underlying their functional significance. UR in plants is understood phenomenologically (Solheim et al., New Phytol. 2009;183(4):1043-52).

새로운 가지와 꽃과 같은 많은 식물 기관은 후배기에 생성된다. 식물 세포는 고도의 재프로그래밍이 가능하고, 놀라운 가소성과 재생 능력을 가지고 있다. 이러한 재생 능력 때문에 식물은 죽은 조직과 기관을 대체할 수 있으며, 각 개별 식물 세포는 전체 식물을 재생하는 능력을 가지고 있다(Ikeuchi et al., Development. 2016 May 1;143(9):1442-51). 이 독특한 능력은 식물이 움직이지 못함에도 불구하고 상처 스트레스, 곤충 및 초식동물 공격, 불리한 기후와 같은 불리한 조건을 견딜 수 있게 한다(Sugimoto et al., Curr Opin Plant Biol. 2019 Feb;47:138-150). 신규 기관형성(de novo organogenesis)은 외식편(explant)으로부터 식물이 새로운 새싹이나 뿌리를 형성할 수 있게 하며, 자연과 in vitro 모두에서 명백한 강력한 재생 메커니즘이다. 이는 절단 또는 접목 기술을 통해 농업, 원예 및 임업에서 희귀 유전자형의 식물 번식에 사용되었다(Sang et al., New Phytol. 2018 Jun;218(4):1334-1339). 절제된 애기장대(Arabidopsis thaliana) 잎은 B5 호르몬이 없는 배지에서 부정근(adventitious roots; ARs)을 재생할 수 있다(Chen et al., Front Plant Sci. 2014 May 15;5:208). 애기장대 잎 외식편의 뿌리 생산 능력은 일반적인 식물 재생뿐만 아니라, 신규 뿌리 재생(de novo root regeneration; DNRR)의 기초가 되는 분자 메커니즘을 연구하는 데 사용되었다. 잎 외식 편은 상처 스트레스, 환경 신호 및 발달 단계를 포함한 초기 신호를 감지하여 부정근 개시에 필요한 화합물의 생합성을 촉발시킨다(Pan et al., J Genet Genomics. 2019 Mar 20;46(3):133-140). 초기 신호의 활성화 후, DNRR의 핵심 요소인 내인성(endogenous) 옥신(auxin) 수준이 잎새(leaf blade)에서 증가하고, 과도한 옥신은 유관속 내초(pericycle) 또는 전형성층(procambium) 세포와 같은 재생 능력이 있는 세포가 위치한 잎자루(petiole)로 이동한다(Bustillo-Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). 재생 능력이 있는 세포에서 옥신이 축적되면 세포 운명 전환이 발생하여 뿌리 생성 세포가 형성되고, 그 다음 뿌리 원기(root primordium), 뿌리 정단분열조직(root apical meristem), 마지막으로 부정근이 형성된다(Bustillo-Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). 최근 연구에서 DNRR의 기본이 되는 분자 메커니즘이 어느 정도 밝혀졌지만, 생존에 중요한 이 과정에 대한 많은 부분은 아직 명확하지 않다.Many plant organs, such as new branches and flowers, are produced in the later stages. Plant cells are highly reprogrammable and have amazing plasticity and regenerative abilities. Because of this regenerative ability, plants can replace dead tissues and organs, and each individual plant cell has the ability to regenerate the whole plant (Ikeuchi et al., Development. 2016 May 1;143(9):1442-51 ). This unique ability allows plants to withstand adverse conditions such as wound stress, insect and herbivore attacks, and adverse climates despite being immobile (Sugimoto et al., Curr Opin Plant Biol. 2019 Feb;47:138- 150). De novo organogenesis allows plants to form new shoots or roots from explants, and is a powerful regenerative mechanism that is evident both in nature and in vitro. It has been used for propagation of rare genotype plants in agriculture, horticulture and forestry through cutting or grafting techniques (Sang et al., New Phytol. 2018 Jun;218(4):1334-1339). Resected Arabidopsis thaliana leaves are capable of regenerating adventitious roots (ARs) in medium without B5 hormone (Chen et al., Front Plant Sci. 2014 May 15; 5:208). The root production capacity of Arabidopsis leaf explants has been used to study the molecular mechanisms underlying de novo root regeneration (DNRR) as well as general plant regeneration. Leaf explants trigger the biosynthesis of compounds required for adventitious root initiation by detecting early signals including wound stress, environmental signals, and developmental stages (Pan et al., J Genet Genomics. 2019 Mar 20;46(3):133- 140). After activation of the initial signal, the level of endogenous auxin, which is a key element of DNRR, increases in the leaf blade, and excessive auxin causes the regenerative ability such as pericycle or procambium cells in the vascular tube. Move to the petiole where the cell is located (Bustillo-Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). When auxin accumulates in cells with regenerative capacity, cell fate changes occur, forming root-generating cells, followed by root primordium, root apical meristem, and finally adventitious roots (Bustillo). -Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). Although recent studies have revealed to some extent the molecular mechanisms underlying DNRR, much of this process, which is critical to survival, remains unclear.

이에 본 발명자들은, 애기장대(Arabidopsis)에서 잎 절제(leaf excision)에 의해 발생하는 초주일 리듬(UR)이 다양한 생물학적 과정을 통해 신규 뿌리 재생(DNRR)을 유도하는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors confirmed that the superweek rhythm (UR) caused by leaf excision in Arabidopsis induces new root regeneration (DNRR) through various biological processes, and completed the present invention. I did.

본 배경기술 부분에 기재된 상기 정보는 오직 본 발명의 배경에 대한 이해를 향상시키기 위한 것이며, 이에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 있어 이미 알려진 선행기술을 형성하는 정보를 포함하지 않을 수 있다.The information described in the background section is only for improving an understanding of the background of the present invention, and thus does not include information forming the prior art known to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. May not.

본 발명의 목적은 초주일 리듬에 기반하여 신규 뿌리 재생이 촉진된 식물체를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a plant in which new root regeneration is promoted based on the rhythm of Choju-il.

본 발명의 다른 목적은 식물체의 신규 뿌리 재생 촉진 방법 및 식물체의 노화 억제 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for promoting new root regeneration of plants and a method for inhibiting aging of plants.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자에 의해 형질전환된 식물체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plant transformed by a gene encoding EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1).

본 발명은 또한, EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 신규 뿌리 재생(de novo root regeneration) 촉진 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for promoting de novo root regeneration of a plant comprising the step of transforming the plant with a gene encoding Enhancer of ABA co-Receptor 1 (EAR1).

본 발명은 또한, EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 노화 억제 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for inhibiting aging of a plant comprising transforming the plant with a gene encoding EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1).

본 발명에 따르면, 절단된 애기장대 잎에서 초주일 리듬에 기반한 다양한 생물학적 과정을 통해 신규 뿌리 재생을 촉진시킬 수 있으므로, 일반적인 식물 재생뿐만 아니라, 농업, 원예 및 임업 등 다양한 분야에서 유용하게 이용될 수 있다.According to the present invention, since it is possible to promote new root regeneration through various biological processes based on the rhythm of the second week in cut Arabidopsis leaves, it can be usefully used in various fields such as agriculture, horticulture and forestry, as well as general plant regeneration have.

도 1은 3시간 주기의 초주일 리듬(UR) 생성이 일주기 시계와 무관함을 나타내는 도면이다.
(A) 절제된 잎에서 루시페라아제(LUC) 신호를 측정하는 데 사용된 실험 설정을 나타낸 도면이다. ORE1::LUC 구조를 발현하는 21일된 형질전환 Arabidopsis 식물로부터 제3 및 제4 rosette 잎이 절제되었으며, LUC 강도는 CCD 카메라를 사용하여, 22℃, 연속 백색광(LL) 조건 하에서 30분마다 측정되었다.
(B) 표시된 시점에서 절제된 Arabidopsis 잎에서의 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 도면이다. 프로모터 활성은 24개 잎(n = 24)에서 측정되었으며, 3개의 잎 샘플의 대표 데이터가 표시된다. 유사한 결과를 나타낸 적어도 3번의 다른 실험이 수행되었다.
(C) 웨이블릿(wavelet; 파형요소) 분석 결과이다. ORE1 프로모터 활성(상단 패널)을 이용하여, 신호는 ~24시간 일주기 리듬(CR; 왼쪽) 및 ~3시간 UR(오른쪽) 모두에서 검출되었다. 검정색 선은 LUC 강도를 나타내며, 웨이블릿 분석에 의해 재구성된 선은 빨간색으로 표시된다. 웨이블릿 파워 플롯(하단 패널)은 웨이블릿에서 파생된 주기를 사용하여 그려졌다. 빨간색과 파란색은 각각 높고 낮은 웨이블릿 파워를 나타내며, 플롯은 각 리듬의 대략적인 패턴을 보여준다.
(D 및 E) 웨이블릿 분석에 의해 정량화된 시계-관련 유전자의 프로모터 활성에서 CR(D) 및 UR(E)의 웨이블릿 파워를 나타낸 도면이다. 웨이블릿 파워 값(Y-축)은 주기(X-축)에 대해 plotting되었으며, 데이터는 평균 ± 평균의 표준 오차(standard error of mean; SEM)를 나타낸다(n = 24).
(F) ORE1CCA1 프로모터 활성 패턴의 위상(phase) 분포를 나타낸 도면이다. 화살표의 방향은 위상의 평균을 나타내고, 화살표의 길이(r)는 위상 표준 편차의 반비례를 나타낸다. 각 점은 하나의 개별 잎에서 측정된 위상을 나타내며(n = 24), 검정색과 빨간색은 각각 CR과 UR을 나타낸다.
(G) 시계-관련 유전자의 프로모터 활성의 위상 분포의 box-plot 분석 결과이다(n = 24).
(H) 일주기 시계 변이체인 toc1elf4에서 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 것으로, 3개 대표적인 샘플이 도시되어 있으며(n = 24), 유사한 결과를 나타낸 적어도 3번의 다른 실험이 수행되었다.
도 2는 UR이 신규 뿌리 재생(de novo root regeneration; DNRR)과 강한 상관 관계가 있음을 나타내는 도면이다.
(A-C) 다양한 연령대의 ORE1 ::LUC 식물로부터 절제된 잎에서, ORE1 프로모터 활성(A), 웨이블릿 파워(B) 및 발근률(rooting rate)(C)을 나타낸 도면이다. 표시된 식물로부터 제4 잎을 절제하고, 22℃, LL 조건 하에서 sucrose가 없는 half-strength B5(½ B5) 배지에 놓았다. (A)에서 24개 잎이 측정되었고(n = 24), 3개의 샘플에 대한 대표 데이터를 도시하였다. 표시된 시점에서 뿌리 끝 출현(root tip emergence)을 기준으로 뿌리 재생을 측정했다(DAC; days after culturing). 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 10).
(D-F) 22℃(D), 17℃(E) 및 27℃(F)에서 배양된 절단된 잎에서 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 도면이다. 상단 패널은 3개의 대표적인 샘플(n = 24)을 나타내고, 하단 패널은 낮은 투명도를 갖는 모든 샘플의 병합된 UR 웨이블릿 파워 플롯을 나타낸다.
(G) 상이한 온도에서 ORE1 ::LUC 잎의 발근률을 나타낸 도면이다. 21일된 식물로부터 절제된 제4 잎을 표시된 온도에서 배양했다. 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 10).
(H) 식물호르몬(control)이 없게 처리되거나 또는 0.2μM indole-3-acetic acid(IAA; auxin), 6-benzyladenine(BA; cytokinin) 또는 methyl jasmonate(MeJA)로 처리된 잎에서의 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 도면이다. 그래프는 3개 대표 샘플(n = 24) 데이터를 보여준다.
(I) UR 웨이블릿 파워를 나타낸 도면으로, 데이터는 (H)에 표시된 샘플의 웨이블릿 분석으로 측정되었다.
(J) 식물호르몬 처리 또는 비처리된 ORE1 ::LUC 잎의 발근률을 나타낸 도면이다. 제4 잎은 21일된 식물에서 절제되었고, 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 10).
(K) 식물호르몬 처리 또는 비처리된 절제된 잎의 사진이다. 제3 또는 제4 잎을 21일된 ORE1 ::LUC 식물에서 절제하여, 0.2μM auxin(IAA), cytokinin(CK) 또는 methyl jasmonate(JA)를 포함하지 않거나(-), 포함하는 ½ B5 배지에 놓았다. CK 사진에 함께 나타낸 작은 사진은 1μM CK로 처리된 확대된 잎자루를 나타내는 사진이다. 뿌리 재생 이미지는 10 DAC에서 촬영되었으며, White bar = 5mm; red bar = 0.1mm이다.
도 3은 매우 다양한 Arabidopsis 유전자가 초주일 진동을 나타냄을 보여주는 도면이다.
(A) 두 개의 항-위상(anti-phasic) 그룹(그룹 1 및 그룹 2)에 속하는 UR 진동 유전자의 발현 수준을 보여주는 Heatmap으로, 노란색은 높은 발현 수준을 나타내고, 파란색은 낮은 발현 수준을 나타낸다.
(B) RNA-seq 데이터를 기반으로 선택된 두 개의 진동 유전자의 프로모터 활성을 나타낸 그래프로, 그래프는 3개 대표 샘플(n = 24) 데이터를 보여준다.
(C) UR 진동 유전자의 Gene ontology(GO) 농축 분석 결과로, 각 GO term에서 농축된 그룹 1 및 그룹 2 유전자의 수는 다른 색상으로 표시되었다.
(D) UR 진동 유전자의 Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) 경로 농축 분석 결과이다.
(E 및 F) 옥신(E) 및 사이토키닌(F) 신호전달에 관여하는 유전자의 knockout 돌연변이체의 UR 웨이블릿 파워(상단 패널) 및 발근률(하단 패널)을 나타낸 도면이다. UR 웨이블릿 파워는 웨이블릿 분석에 의해 정량화되었으며, 변이체 잎의 발근률은 야생형 잎에 대해 표준화되었다. 데이터는 평균 ± 표준 편차(SD, n = 4)로 표시되며, 별표는 통계적으로 유의한 차이를 의미한다(**p < 0.01, ***p < 0.001; two-tailed Student's t-test).
도 4는 UR 생성에서 손상된 돌연변이는 또한 감소된 DNRR을 나타내는 것을 보여주는 도면이다.
(A) ORE1 ::LUC construct(Col/ORE1 ::LUC) 또는 Col/ORE1 ::LUC 식물의 EMS 돌연변이 유발에서 유래된 동형접합(homozygous) 돌연변이체 라인(lines)(M21, M23, M38 및 M83)을 발현하는, 야생형(Col-0) 식물로부터 절제된 잎에서 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 도면으로, 그래프는 3개 대표 샘플(n = 24) 데이터를 보여준다.
(B-D) 야생형 식물 및 돌연변이체 후보로부터 절제된 잎의 UR 웨이블릿 파워(B), 발근률(C) 및 개화 시기(D)를 나타낸 도면이다. 데이터는 4번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 10). 웨이블릿 파워는 웨이블릿 분석을 통해 측정하였으며, 개화 시기는 식물이 1cm의 꽃차례(inflorescence)를 보이기 위해 걸린 일수로 기록하였다.
(E) 야생형 및 돌연변이체 후보의 UR 웨이블릿 파워를 나타낸 도면으로, 제3 및 제4 절제된 잎은 0.2μM IAA(n = 24)로 처리되었다.
(F) 외인성 옥신 처리에 의한 발근률 표현형의 구조를 나타낸 도면으로, 제4 잎은 24일된 식물에서 절제하여 0.2μM IAA를 포함하는 ½ B5 배지에서 배양하였다. 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 10).
(G) 21일된 DR5::GUS Arabidopsis 식물에서 절제된 전체 잎의 GUS 염색 분석을 나타낸 도면으로, WT는 야생형(돌연변이되지 않은 DR5:: GUS GUS 식물); M21 및 M38는 EMS 돌연변이된 DR5::GUS 라인을 의미한다. 이미지는 0 DAC에서 캡처되었고, 유사한 결과를 나타낸 적어도 3번의 다른 실험이 수행되었으며, Scale bar = 5mm이다.
(H) 0, 1 및 2 DAC에서 (G)에 표시된 잎의 잎자루를 보여주는 이미지로, 유사한 결과를 나타낸 적어도 3번의 다른 실험이 수행되었으며, Scale bar = 5mm이다.
도 5는 ROU1/EAR1과 아브시스산(ABA) 신호전달이 UR 생성과 DNRR을 조절하는 것을 나타낸 도면이다.
(A) rou1 -1(M21), rou1 -2(M23) 및 rou1 -3(M83) 돌연변이체 라인에서 돌연변이를 나타낸 모식도이다.
(B 및 C) EAR1 보완 라인(COM-9COM-24)에서 UR 표현형 구조를 보여주는 box plot(n = 24) (B)이며, rou1 -1 mutant background에서 EAR1(EAR1::EAR1-GFP)을 발현하는 보완 라인의 발근률이다(C). 제4 잎은 21일된 식물에서 절제되어 sucrose가 없는 ½ B5 배지에서 배양되었다. 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 10).
(D 및 E) 다양한 농도의 외인성 ABA로 처리된 절제된 잎의 10 DAC에서 UR 웨이블릿 전력(D) 및 발근률(E)을 나타낸 도면으로, (E)의 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 22).
(F) 야생형 및 aba2 돌연변이 식물에서 절제된 잎의 ABA 함량을 나타낸 도면으로, ABA 함량은 표시된 시점에서 측정되었다. 데이터는 평균 ± SEM(n = 4)을 나타내며, 유사한 결과를 나타낸 적어도 2번의 다른 실험이 수행되었다.
(G 및 H) 야생형(ORE1 ::LUC) (G) 및 aba2 돌연변이(H) 잎에서 프로모터 활성을 나타낸 도면으로, 그래프는 측정된 샘플(n = 24)의 3개 대표를 보여준다. 상단 그래프는 3개 대표 샘플(n = 24)의 데이터를 나타내며, 하단 패널은 투명도가 낮은 모든 샘플의 병합된 UR 웨이블릿 파워 플롯을 나타낸다.
(I) 야생형 및 aba2 돌연변이 잎의 발근률을 나타낸 도면으로, 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 10).
도 6은 ROU1/EAR1이 호르몬 신호전달을 매개하여, UR 생성을 조절하고 DNRR을 촉진하는 것을 보여주는 도면이다.
(A) qRT-PCR에 의해 결정되고 ACT2 발현으로 표준화된 절제된 잎에서 ROU1 / EAR1의 발현 수준을 나타낸 도면으로, 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 6).
(B) 10μM 옥신(IAA), 아브시스산(ABA), 사이토키닌(BA)으로 처리되거나, 또는 호르몬 처리되지 않은(-) 잎에서 qRT-PCR에 의해 결정된 ROU1 / EAR1의 발현 수준을 나타낸 도면으로, 발현 수준은 절제 후 0h(검정색) 및 24h(빨간색)에 측정되었다. 값은 먼저 ACT2 발현을 기준으로 정규화한 다음, 0h에서 대조군(-) 샘플의 각각의 값을 기준으로 정규화하였다. 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 6).
(C) 0 및 1 DAC에서 21일된 식물로부터 절제된 잎에서의 EAR1 ::GUS 발현을 나타낸 도면이다.
(D) ROU1 :: ROU1 - GFP 식물로부터 절제되고, 10μM 옥신(IAA), ABA, 사이토키닌(BA) 또는 호르몬이 없는(-) 상태에서 배양된 잎의 잎자루에서 ROU1 - GFP 발현을 보여주는 공초점 현미경 사진이다. 흰색 화살표 끝은 핵을 나타내며, Scale bar = 0.1mm이다.
(E) 절제 후 0h 및 24h에서 CSV :: GFP(control) 및 ROU1 :: ROU1 - GFP 잎에서의 GFP 신호 강도를 나타낸 도면으로, 10μM 옥신(IAA), ABA, 사이토키닌(BA) 또는 호르몬 없음으로 처리되었다. GFP 강도 값은 (C)에 표시된 공초점 이미지에서 계산되었으며, 데이터는 평균 ± SD(n = 7)를 나타낸다.
(F) ROU1 :: ROU1 - GFP 형질전환 라인으로부터 절제되고, 10μM 옥신(IAA), ABA, 사이토키닌(BA)으로 처리되거나 호르몬 처리되지 않은(control) 잎의 EAR1 단백질 수준을 나타낸 도면이다. EAR1 단백질 수준은 절제 후 0, 8, 24 및 48h에 측정되었고, α-tubulin은 loading control로 사용되었다.
(G) EAR1 유전자를 포함하는 클러스터 2의 유전자 발현 패턴을 나타낸 도면이다. 시계열(0, 24, 48, 72 및 96h)에서 차별 발현 유전자(DEG)에 대해 클러스터링을 수행하고, 야생형 및 rou1 -1 돌연변이 잎의 잎자루 영역을 비교하였다.
(H) 식별된 DEG 세트로부터 선택된 DNRR-관련 유전자의 Heatmap으로, RNA-seq 데이터에서 얻은 발현 값은 비교를 위해 표준화되었다.
(I) 절제된 잎에서 ROU1/EAR1 및 호르몬 신호전달에 의한 UR 및 DNRR의 조절을 설명하는 모델을 나타낸 도면이다.
도 7은 절제된 Arabidopsis 잎에서 일주기 시계-관련 유전자의 프로모터 활성을 나타낸 도면이다.
(A) 표시된 시점에서 절제된 Arabidopsis 잎에서 일주기 시계-관련 유전자의 프로모터 활성을 나타낸 도면으로, 각 genotype의 총 24개 잎을 측정하였으며(n = 24), 3개의 샘플의 대표 데이터가 표시된다. 유사한 결과를 나타낸 적어도 3번의 다른 실험이 수행되었다.
(B) 시계-관련 유전자의 프로모터 활성의 웨이블릿 분석 및 위상 분포를 나타낸 도면으로, 웨이블릿 분석은 시계 유전자의 루시페라아제(LUC) 강도를 이용하여 수행되었다. 왼쪽 상단 패널은 재구성된 신호를 나타내고; 왼쪽 하단 패널은 일주기 리듬(CR) 파라미터에 따른 웨이블릿 스펙트럼을 나타내며; 가운데 패널은 초주일 리듬(UR)의 결과를 보여준다. 오른쪽 패널에 위상 분포를 보여주는 Rayleigh's plot을 표시하였으며, Rayleigh's plot의 화살표 방향은 위상 평균을 의미하고, 화살표 길이(r)는 위상 표준 편차의 반비례를 나타낸다. 각 점은 개별 잎에서 측정된 위상을 나타내며(n = 24), 검정색과 빨간색은 각각 CR과 UR을 나타낸다.
도 8은 야생형 및 일주기 시계 돌연변이 잎에서 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 도면이다.
(A) CR과 UR 파워 사이의 상관관계를 나타낸 그래프로, 시계 관련 유전자의 프로모터 활성으로부터 웨이블릿 분석으로 정량화된 CR 및 UR의 평균값을 plotting하고 선형 회귀 분석을 수행하였다.
(B) 야생형(Col-0), lhy elf3 돌연변이체에서 ORE1의 프로모터 활성 패턴을 나타낸 도면으로, 그래프는 3개 대표적인 샘플을 보여준다. 유사한 결과를 나타낸 적어도 3번의 독립적인 실험이 수행되었다.
(C) UR 파라미터에 따른 각 돌연변이의 웨이블릿 분석 결과로, 평균 웨이블릿 파워(Y-축)은 주기(X-축)에 대해 plotting되었다. 데이터는 평균 ± 평균의 표준 오차(SEM)를 나타낸다(n = 24).
도 9는 전체 묘목(seedlings)과 부착 또는 분리된 기관에서 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 도면이다.
(A-C) 7일(A), 21일(B) 및 35일(C)된 식물에서 분리된 식물 기관에서의 ORE1 프로모터 활성을 나타낸 도면으로, 다양한 식물 기관이 표시되었으며, (B)의 '절제된 잎'은 제4 rosette 잎을 의미한다.
도 10은 UR이 특정한 어둡고 낮은 온도 조건에서 동기화됨을 나타내는 도면이다.
(A) 다양한 빛과 온도 조건에서 ORE1 프로모터 활성 패턴을 나타낸 그래프로, LL은 연속 광; DD는 연속 암 조건을 의미한다.
(B) 다양한 빛과 온도 조건에서 각 반복의 재구성된 웨이블릿 결과를 나타낸 도면이다.
(C) 다양한 조건에서 샘플의 평균값의 재구성된 웨이블릿 결과를 나타낸 도면이다.
(D) ORE1의 발현은 RT-qPCR로 결정되고, 동기화된 UR 조건 하에서 ACT2에 대해 상대적으로 표준화되었다. 데이터는 3번의 독립적인 생물학적 반복실험의 평균 ± SEM을 나타낸다(n = 6).
(E) RNA-seq 데이터에서 확인된 진동 유전자의 프로모터 활성을 나타낸 그래프로, 3개 대표 샘플(n = 24)의 데이터를 보여준다.
도 11은 EAR1이 중요한 UR 조절인자임을 나타내는 도면이다.
(A) 모(Col / ORE1 ::LUC)와 돌연변이 후보(M21, M23, M38 및 M83) 또는 2개의 돌연변이 후보 사이의 상호 교차 후 UR 표현형의 구조를 나타낸 도면이다. '+'는 회복된 UR; '-'는 구조되지 않은 UR; 'x'는 교차하지 않음을 의미한다.
(B) 전체 genome 시퀀싱에 의해 결정된 rou1 -1(M21) 및 rou1 -3(M83) 라인의 각 chromosome에서 돌연변이의 genome 전체 분포를 나타낸 도면으로, 돌연변이체에서 검출된 SNP의 위치(X-축) 및 대립 유전자(allele) 빈도(Y-축)가 표시되었다. Gene ID는 아미노산 치환으로 이어질 수 있는 GC-to-AT(EMS effects) 돌연변이를 보유하는 후보 유전자를 나타내며, 빨간색 별표는 rou1 -1rou1 - 3 라인 모두에 공통적인 유전자를 나타낸다.
(C) 야생형, rou1 -1, rou1 -2 rou1 -3 genotypes에서 EAR1의 아미노산 서열을 나타낸 도면이다.
도 12는 유전자 발현 데이터의 클러스터링을 나타낸 도면이다.
(A) 차별 발현 유전자(DEG)의 발현 패턴을 나타낸 도면으로, 클러스터링 분석은 야생형 및 rou1 - 1 잎에서 DEG의 시간적 발현 패턴을 이용하여 수행되었다.
(B) DNRR-관련 유전자의 Heatmap이다. 위첨자 UR로 표시된 유전자는 그 발현이 UR을 따르는 유전자를 의미하며, RNA-seq 데이터에서 얻은 발현 값은 비교를 위해 표준화되었다.
(C) DNRR-관련 유전자, DEG, UR 진동 유전자 및 auxin-, cytokinin(CK)-, 아브시스산(ABA)-관련 유전자 간의 overlap을 보여주는 벤 다이어그램이다.
1 is a diagram showing that the generation of a second week rhythm (UR) in a three-hour period is independent of a circadian clock.
(A) A diagram showing the experimental setup used to measure the luciferase (LUC) signal in the excised leaves. The third and fourth rosette leaves were excised from 21-day-old transgenic Arabidopsis plants expressing the ORE1::LUC structure, and the LUC intensity was measured every 30 minutes at 22° C. under continuous white light (LL) conditions using a CCD camera. .
(B) In Arabidopsis leaves excised at the indicated time points. ORE1 It is a diagram showing promoter activity. Promoter activity was measured in 24 leaves (n = 24), and representative data of 3 leaf samples are shown. At least 3 different experiments were conducted showing similar results.
(C) Wavelet (wavelet) analysis result. Using the ORE1 promoter activity (top panel), signals were detected in both -24 hours circadian rhythm (CR; left) and -3 hours UR (right). The black line represents the LUC intensity, and the line reconstructed by wavelet analysis is displayed in red. The wavelet power plot (bottom panel) was plotted using the wavelet-derived period. Red and blue represent high and low wavelet powers, respectively, and the plot shows the approximate pattern of each rhythm.
(D and E) A diagram showing the wavelet power of CR(D) and UR(E) in the promoter activity of clock-related genes quantified by wavelet analysis. Wavelet power values (Y-axis) were plotted against periods (X-axis), and data represent mean ± standard error of mean (SEM) ( n = 24).
(F) A diagram showing the phase distribution of the ORE1 and CCA1 promoter activity patterns. The direction of the arrow represents the average of the phases, and the length (r) of the arrow represents the inverse proportion of the phase standard deviation. Each dot represents the phase measured on one individual leaf ( n = 24), and black and red represent CR and UR, respectively.
(G) It is the result of box-plot analysis of the phase distribution of the promoter activity of the clock-related gene ( n = 24).
(H) ORE1 promoter activity was shown in the circadian clock variants toc1 and elf4 , and three representative samples are shown ( n = 24), and at least three other experiments showing similar results were performed.
2 is a diagram showing that UR has a strong correlation with de novo root regeneration (DNRR).
(AC) In leaves excised from ORE1 ::LUC plants of various ages, ORE1 It is a diagram showing promoter activity (A), wavelet power (B) and rooting rate (C). The fourth leaf was excised from the indicated plants and placed in a sucrose-free half-strength B5 (½ B5) medium under LL conditions at 22°C. In (A) 24 leaves were measured ( n = 24), and representative data for 3 samples were shown. Root regeneration was measured based on root tip emergence at the indicated time point (DAC; days after culturing). Data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 10).
(DF) A diagram showing ORE1 promoter activity in cut leaves cultured at 22°C (D), 17°C (E) and 27°C (F). The top panel shows three representative samples ( n = 24) and the bottom panel shows the merged UR wavelet power plot of all samples with low transparency.
(G) A diagram showing the rooting rate of ORE1 ::LUC leaves at different temperatures. Fourth leaves excised from 21 day old plants were incubated at the indicated temperatures. Data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 10).
ORE1 in the treated as; (cytokinin BA) or methyl jasmonate (MeJA) leaf; (H) plant hormone (control) are not treated or 0.2μM indole-3-acetic acid ( IAA auxin), 6-benzyladenine It is a diagram showing promoter activity. The graph shows data from three representative samples ( n = 24).
(I) A diagram showing the UR wavelet power, and the data was measured by wavelet analysis of the sample indicated in (H).
(J) A diagram showing the rooting rate of ORE1 ::LUC leaves treated or untreated with plant hormones. Fourth leaves were excised from 21 day old plants, and data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 10).
(K) This is a photograph of a plant hormone-treated or untreated resected leaf. The third or fourth leaves were excised from 21-day-old ORE1 ::LUC plants and placed in ½ B5 medium containing or without (-) 0.2 μM auxin (IAA), cytokinin (CK) or methyl jasmonate (JA). . The small picture shown together in the CK picture is a picture showing an enlarged petiole treated with 1 μM CK. Root playback image was taken at 10 DAC, White bar = 5mm; red bar = 0.1mm.
3 is a diagram showing that a wide variety of Arabidopsis genes exhibit vibrations per week.
(A) Heatmap showing the expression levels of UR oscillating genes belonging to two anti-phasic groups (group 1 and group 2), yellow indicates high expression level, blue indicates low expression level.
(B) A graph showing the promoter activity of two vibrating genes selected based on RNA-seq data, and the graph shows data from three representative samples (n = 24).
(C) As a result of gene ontology (GO) enrichment analysis of the UR vibration gene, the number of group 1 and group 2 genes enriched in each GO term was displayed in different colors.
(D) Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis result of UR vibration gene.
(E and F) A diagram showing the UR wavelet power (top panel) and rooting rate (bottom panel) of knockout mutants of genes involved in auxin (E) and cytokinin (F) signaling. UR wavelet power was quantified by wavelet analysis, and rooting rates of variant leaves were normalized for wild-type leaves. Data are expressed as mean ± standard deviation (SD, n = 4), with asterisks indicating statistically significant differences (** p <0.01, *** p <0.001; two-tailed Student's t -test).
4 is a diagram showing that impaired mutations in UR production also exhibit reduced DNRR.
(A) ORE1 ::LUC construct (Col/ ORE1 ::LUC ) or Col/ ORE1 ::LUC homozygous mutant lines derived from EMS mutagenesis of plants (M21, M23, M38 and M83 ) In leaves resected from wild-type (Col-0) plants expressing ORE1 As a diagram showing the promoter activity, the graph shows the data of three representative samples (n = 24).
(BD) A diagram showing UR wavelet power (B), rooting rate (C) and flowering time (D) of leaves excised from wild-type plants and mutant candidates. Data represent the mean ± SEM of 4 independent biological replicates ( n = 10). Wavelet power was measured through wavelet analysis, and the flowering time was recorded as the number of days it took for the plant to show 1 cm of inflorescence.
(E) A diagram showing the UR wavelet power of wild-type and mutant candidates. The third and fourth excised leaves were treated with 0.2 μM IAA (n = 24).
(F) A diagram showing the structure of the rooting rate phenotype by exogenous auxin treatment, and the fourth leaf was excised from a 24-day-old plant and cultured in ½ B5 medium containing 0.2 μM IAA. Data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 10).
(G) A diagram showing GUS staining analysis of whole leaves excised from 21-day-old DR5::GUS Arabidopsis plants, where WT was wild-type (unmutated DR5:: GUS GUS plants); M21 and M38 refer to EMS mutated DR5::GUS lines. Images were captured at 0 DAC, at least 3 different experiments with similar results were performed, Scale bar = 5mm.
(H) Images showing the petioles of the leaves indicated in (G) in 0, 1 and 2 DACs, at least 3 different experiments showing similar results were performed, Scale bar = 5 mm.
5 is a diagram showing that ROU1/EAR1 and Abscisic Acid (ABA) signaling control UR generation and DNRR.
(A) A schematic diagram showing mutations in mutant lines rou1 -1 (M21), rou1 -2 (M23) and rou1 -3 (M83).
(B and C) box plot showing the UR phenotypic structure in EAR1 complementary lines ( COM-9 and COM-24 ) (n = 24) (B), Rooting rates of complementary lines expressing EAR1 ( EAR1::EAR1-GFP ) in rou1 -1 mutant background (C). Fourth leaves were excised from 21-day-old plants and cultured in ½ B5 medium without sucrose. Data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 10).
(D and E) A plot showing UR wavelet power (D) and rooting rate (E) at 10 DACs of excised leaves treated with various concentrations of exogenous ABA.The data in (E) are from 3 independent biological replicates. Mean±SEM is represented ( n =22).
(F) A diagram showing the ABA content of the leaves excised from wild-type and aba2 mutant plants, and the ABA content was measured at the indicated time point. Data represent mean±SEM ( n =4), and at least 2 different experiments were performed showing similar results.
(G and H) A diagram showing promoter activity in wild type (ORE1 ::LUC ) (G) and aba2 mutant (H) leaves, the graph shows three representatives of the measured samples (n = 24). The upper graph shows the data of three representative samples ( n = 24), and the lower panel shows the merged UR wavelet power plot of all samples with low transparency.
(I) A plot showing the rooting rates of wild-type and aba2 mutant leaves, and the data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 10).
6 is a diagram showing that ROU1/EAR1 mediates hormone signaling, regulates UR production and promotes DNRR.
(A) is determined by qRT-PCR in the excised leaves standardized ACT2 expression as a diagram showing the level of expression of ROU1 / EAR1, the data represents the mean ± SEM of three independent biological replicates (n = 6).
Showing the level of expression of ROU1 / EAR1 determined by qRT-PCR in leaf - (B) 10μM auxin (IAA), abscisic acid (ABA), between talkie Nin (BA) or processed, or a non-hormone treated with () As a figure, expression levels were measured at 0h (black) and 24h (red) after resection. Values were first normalized based on ACT2 expression, and then normalized based on each value of the control (-) sample at 0h. Data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 6).
(C) A diagram showing the expression of EAR1 ::GUS in leaves excised from 21-day-old plants at 0 and 1 DAC.
(D) ROU1 :: ROU1 - GFP ROU1 - GFP in the petioles of leaves excised from plants and cultured in the absence of 10 μM auxin (IAA), ABA, cytokinin (BA) or hormones (-) This is a confocal micrograph showing the expression. The end of the white arrow indicates the nucleus, and Scale bar = 0.1mm.
(E) CSV :: GFP (control) and ROU1 :: ROU1 - GFP at 0h and 24h after resection As a figure showing the intensity of the GFP signal in leaves, it was treated with 10 μM auxin (IAA), ABA, cytokinin (BA), or no hormone. GFP intensity values were calculated from the confocal images shown in (C), and the data represent the mean ± SD ( n = 7).
(F) ROU1 :: ROU1 - GFP is a diagram showing the level of EAR1 protein in leaves that were excised from the transformation line and treated with 10 μM auxin (IAA), ABA, cytokinin (BA) or hormone-free (control) leaves. EAR1 protein levels were measured at 0, 8, 24 and 48 h after resection, and α-tubulin was used as a loading control.
(G) A diagram showing the gene expression pattern of cluster 2 containing the EAR1 gene. Clustering was performed on differentially expressed genes (DEGs) in the time series (0, 24, 48, 72 and 96h), and petiole regions of wild type and rou1 -1 mutant leaves were compared.
(H) Heatmap of DNRR-related genes selected from the set of identified DEGs, expression values obtained from RNA-seq data were normalized for comparison.
(I) A diagram showing a model explaining the regulation of UR and DNRR by ROU1/EAR1 and hormone signaling in resected leaves.
7 is a diagram showing the promoter activity of a circadian clock-related gene in resected Arabidopsis leaves.
(A) Arabidopsis excised at the indicated time points As a diagram showing the promoter activity of circadian clock-related genes in leaves, a total of 24 leaves of each genotype were measured ( n = 24), and representative data of 3 samples are displayed. At least 3 different experiments were conducted showing similar results.
(B) A wavelet analysis and phase distribution of the promoter activity of a clock-related gene. Wavelet analysis was performed using the luciferase (LUC) intensity of the clock gene. The top left panel shows the reconstructed signal; The lower left panel shows the wavelet spectrum according to the circadian rhythm (CR) parameter; The middle panel shows the results of Super Week Rhythm (UR). Rayleigh's plot showing the phase distribution is displayed on the right panel, and the arrow direction of the Rayleigh's plot represents the phase average, and the arrow length (r) represents the inverse proportion of the phase standard deviation. Each point represents the phase measured on an individual leaf ( n = 24), and black and red represent CR and UR, respectively.
8 is a diagram showing ORE1 promoter activity in wild-type and circadian clock mutant leaves.
(A) As a graph showing the correlation between CR and UR power, the average values of CR and UR quantified by wavelet analysis from the promoter activity of a clock-related gene were plotted and linear regression analysis was performed.
(B) wild type (Col-0), lhy And elf3 A diagram showing the promoter activity pattern of ORE1 in the mutant, the graph shows three representative samples. At least 3 independent experiments with similar results were performed.
(C) As a result of wavelet analysis of each mutation according to the UR parameter, the average wavelet power (Y-axis) was plotted against the period (X-axis). Data represent mean ± standard error of the mean (SEM) ( n = 24).
9 shows ORE1 in whole seedlings and attached or detached organs. It is a diagram showing promoter activity.
(AC) A diagram showing the activity of the ORE1 promoter in plant organs isolated from plants on days 7 (A), 21 (B) and 35 (C), various plant organs were indicated, and the'resected 'Leaf' means 4th rosette leaf.
10 is a diagram showing that the UR is synchronized under certain dark and low temperature conditions.
(A) A graph showing the ORE1 promoter activity pattern under various light and temperature conditions, LL is continuous light; DD stands for continuous dark condition.
(B) A diagram showing the reconstructed wavelet result of each iteration under various light and temperature conditions.
(C) A diagram showing the reconstructed wavelet result of the average value of the samples under various conditions.
(D) Expression of ORE1 was determined by RT-qPCR and was relatively normalized to ACT2 under synchronized UR conditions. Data represent the mean ± SEM of 3 independent biological replicates ( n = 6).
(E) A graph showing the promoter activity of the vibrating gene identified in the RNA-seq data, and shows the data of three representative samples (n = 24).
11 is a diagram showing that EAR1 is an important UR modulator.
(A) A diagram showing the structure of the UR phenotype after mutual crossing between the parent (Col / ORE1 ::LUC ) and mutation candidates (M21, M23, M38 and M83) or two mutation candidates. '+' is the restored UR; '-' for unstructured UR; 'x' means do not intersect.
(B) rou1 -1 (M21) determined by whole genome sequencing and in view of the rou1 -3 (M83) genome total distribution of mutations in the chromosome of each line, the position of the detected SNP in the mutant (X- axis) and the allele (allele) Frequency (Y- axis) being shown. Gene ID represents the amino acid substitutions could lead to GC-to-AT (EMS effects ) that a candidate gene for holding a mutation, a red asterisk rou1 rou1 -1 and - represents a common gene in all three lines.
(C) wild type, rou1 -1, rou1 -2 and In rou1 -3 genotypes is a view showing the amino acid sequence of the EAR1.
12 is a diagram showing clustering of gene expression data.
(A) a diagram showing the expression patterns of differentially expressed genes (DEG), clustering analysis, wild-type and rou1 - it was carried out using the temporal expression pattern of DEG in the first leaf.
(B) Heatmap of DNRR-related genes. Genes marked with superscript UR refer to genes whose expression follows UR, and expression values obtained from RNA-seq data were normalized for comparison.
(C) A Venn diagram showing the overlap between DNRR-related genes, DEG, UR vibration genes, and auxin-, cytokinin (CK)-, and abscisic acid (ABA)-related genes.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by an expert skilled in the art to which the present invention belongs. In general, the nomenclature used in this specification is well known and commonly used in the art.

본 발명에서는, 절제된 Arabidopsis 잎에서 신규 뿌리 재생(de novo root regeneration; DNRR)을 촉진하는 3시간 주기(period)의 초주일 리듬(ultradian rhythms; UR)의 존재를 확인하였다. 절제된 잎에서 일주기 리듬(circadian rhythms; CR)-관련 유전자의 프로모터 활동을 모니터링한 결과, 그 진동(oscillation)이 CR과 무관한 UR이 검출되었다. UR-사이클링 유전자를 발현하는 세포는 절제된 잎의 잎자루 영역의 뿌리 부위와 겹쳤다. 또한, UR-관련 유전자 발현은 내부 및 외부 요인에 대한 반응에서 DNRR과 강한 상관관계를 보였으며, 이는 두 과정이 연결되어 있음을 시사한다. Transcriptome 프로파일링은 DNRR에 연결된 호르몬 경로를 포함하여 다양한 생물학적 과정에서 4,073개의 진동 유전자(oscillating genes)를 확인하였다. DNRR의 효율성은 옥신- 및 사이토키닌(CK)-관련 유전자의 돌연변이체에서 감소되었다. 돌연변이 탐색(forward genetic screen)을 이용하여, UR의 손실을 나타내고 DNRR 효율을 감소시키는 초주일 리듬 조절인자(Regulator Of the Ultradian rhythm; ROU) 유전자의 돌연변이를 분리했다. 아브시스산(abscisic acid; ABA) 신호전달 성분인 EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)은 중요한 UR 조절인자로 확인되었으며, “ROU1”로 명명되었다. 외인성 식물호르몬(exogenous phytohormone) 처리는 ROU1 / EAR1 전사체 수준뿐만 아니라 ROU1/EAR1 단백질 안정성에도 영향을 미쳤다. 또한, rou1 돌연변이체에서 DNRR-관련 유전자 발현이 변형되었으며, 이는 ROU1/EAR1이 절제된 잎에서 UR에 연결된 호르몬 변화의 매개자 역할을 하고 DNRR을 촉진함을 시사한다. 종합하면, 절제된 잎은 불리한 조건 하에서 생존 전략으로, DNRR을 촉진하는 UR을 만들어 낸다는 것을 시사한다.In the present invention, it was confirmed the presence of ultradian rhythms (UR) of a 3-hour period that promotes de novo root regeneration (DNRR) in resected Arabidopsis leaves. As a result of monitoring the promoter activity of circadian rhythms (CR)-related genes in the excised leaves, UR whose oscillation was independent of CR was detected. Cells expressing the UR-cycling gene overlapped with the root area of the petiole region of the excised leaf. In addition, UR-related gene expression showed a strong correlation with DNRR in response to internal and external factors, suggesting that the two processes are linked. Transcriptome profiling identified 4,073 oscillating genes in a variety of biological processes, including the hormonal pathway linked to DNRR. The efficiency of DNRR was reduced in mutants of auxin- and cytokinin (CK)-related genes. Using a forward genetic screen, mutations in the Regulator Of the Ultradian rhythm ( ROU ) gene were isolated that indicated loss of UR and reduced DNRR efficiency. Abscisic acid (ABA) signaling component EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1) was identified as an important UR regulator and was named “ROU1”. Exogenous plant hormones (exogenous phytohormone) process ROU1 / EAR1 It affected the ROU1/EAR1 protein stability as well as the transcript level. In addition, DNRR- related gene expression was altered in the rou1 mutant, suggesting that ROU1/EAR1 acts as a mediator of UR-linked hormonal changes in resected leaves and promotes DNRR. Taken together, it is suggested that resected leaves produce UR, which promotes DNRR, as a survival strategy under adverse conditions.

본 발명은 일 관점에서, EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자에 의해 형질전환된 식물체에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a plant transformed by a gene encoding EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1).

본 발명에 있어서, ‘EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)’는 아브시스산(abscisic acid; ABA) 신호전달을 조절하는 구성요소로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중요한 초주일 리듬(Ultradian rhythm; UR) 조절인자로 확인되어, ‘초주일 리듬 조절인자 1(regulator of ultradian rhythm 1; ROU1)’로 명명하였다.In the present invention,'EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1)' is a component that regulates abscisic acid (ABA) signaling, and according to an embodiment of the present invention, an important superweek rhythm ( Ultradian rhythm; UR) was identified as a regulator, and was named'regulator of ultradian rhythm 1 (ROU1)'.

본 발명에 있어서, 상기 식물체는 애기장대(Arabidopsis)인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the plant may be characterized in that Arabidopsis (Arabidopsis), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 EAR1는 식물체의 잎자루(petiole)에서 초주일 리듬(Ultradian rhythm)을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the EAR1 may be characterized in that it generates an Ultradian rhythm from a petiole of a plant.

본 명세서에서, ‘초주일 리듬(Ultradian rhythm; UR)’이란 유기체에서 발견되는 생화학적, 생리학적 또는 행동학적 주기성과 같은 생물학적 리듬 중, 몇 초에서 몇 시간까지의 짧은 리듬을 의미하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 약 3시간의 주기성을 의미한다.In the present specification, the term'Ultradian rhythm (UR)' refers to a short rhythm from a few seconds to several hours among biological rhythms such as biochemical, physiological, or behavioral periodicity found in an organism, and the present invention According to an embodiment of, it means a periodicity of about 3 hours.

본 발명의 일 실시예에서, Arabidopsis의 절제된(excised) 잎의 잎자루(petiole) 부위에서 시계 관련 유전자 ORE1(ORESARA 1), CAT3(Catalase-3), CAB2(chlorophyll A/B-binding protein 2), TOC1(Timing of CAB expression 1), LHY(Late Elongated Hypocotyl), GI(GIGANTEA), CCA1(Circadian Clock Associated 1), PRR7(Pseudo-response regulator7) 및 CCR2(Cold and Circadian-Regulated 2) genes의 유전자 프로모터의 활성을 확인하였으며, ~24시간의 일주기 리듬과 달리 ~3시간의 짧은 주기성을 나타내는 것을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, clock-related genes ORE1 (ORESARA 1), CAT3 (Catalase-3), CAB2 (chlorophyll A/B-binding protein 2), in the petiole site of an excised leaf of Arabidopsis, Gene promoters of TOC1 (Timing of CAB expression 1), LHY (Late Elongated Hypocotyl), GI (GIGANTEA), CCA1 (Circadian Clock Associated 1), PRR7 (Pseudo-response regulator7) and CCR2 (Cold and Circadian-Regulated 2) genes The activity of was confirmed, and it was confirmed that the circadian rhythm of ~24 hours showed a short periodicity of ~3 hours.

본 발명에 있어서, 상기 ‘유전자 프로모터 활성의 주기성’은 활성이 최저일 때로부터 최고일 때를 거쳐 다시 최저일 때까지의 기간을 의미한다.In the present invention, the "periodicity of gene promoter activity" refers to a period from when the activity is lowest to when the activity is highest, and then again until it is lowest again.

본 발명은 다른 관점에서, EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 신규 뿌리 재생(de novo root regeneration) 촉진 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for promoting de novo root regeneration of a plant comprising the step of transforming the plant with a gene encoding Enhancer of ABA co-Receptor 1 (EAR1).

본 발명에 있어서, 상기 식물체는 애기장대(Arabidopsis)인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the plant may be characterized in that Arabidopsis (Arabidopsis), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 EAR1는 식물체의 잎자루(petiole)에서 초주일 리듬(Ultradian rhythm)을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the EAR1 may be characterized in that it generates an Ultradian rhythm from a petiole of a plant.

본 발명의 일 실시예에서, Arabidopsis의 절제된 잎에서 초주일 리듬은 발근률 등을 증가시켜 신규 뿌리 재생을 촉진하는 것을 확인하였으며, EAR1의 돌연변이가 초주일 리듬을 망가트리는 것을 확인하였다. 즉, EAR1에 의해 3시간 주기의 초주일 리듬이 생성되고, 결과적으로 신규 뿌리 재생(de novo root regeneration; DNRR)이 촉진되는 것을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the chosun rhythm in the excised leaves of Arabidopsis promotes new root regeneration by increasing the rooting rate and the like, and it was confirmed that the mutation of EAR1 breaks the chosun rhythm. In other words, it was confirmed that the EAR1 generates a 3-hour cycle of ultra-weekly rhythm, and as a result, de novo root regeneration (DNRR) is promoted.

본 발명은 또 다른 관점에서, EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 노화 억제 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for inhibiting aging of a plant comprising transforming the plant with a gene encoding Enhancer of ABA co-Receptor 1 (EAR1).

본 발명에 있어서, 상기 식물체는 애기장대(Arabidopsis)인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the plant may be characterized in that Arabidopsis (Arabidopsis), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 EAR1는 식물체의 잎자루(petiole)에서 초주일 리듬(Ultradian rhythm)을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the EAR1 may be characterized in that it generates an Ultradian rhythm from a petiole of a plant.

본 발명의 일 실시예에서, Arabidopsis의 절제된 잎에서 EAR1에 의한 초주일 리듬이 신규 뿌리 재생을 촉진하는 것을 확인하였으므로, 식물체의 세포 운명 전환을 통해 노화를 억제시킬 수 있음을 시사한다.In one embodiment of the present invention, since it was confirmed that the EAR1-induced superweek rhythm promotes new root regeneration in the excised leaves of Arabidopsis, it is suggested that aging can be suppressed through the cell fate change of the plant.

ArabidopsisArabidopsis 잎에서 절제-촉발된 UR Ablation-triggered UR in the leaf

지구의 24시간 명/암 사이클에 적응하는 CR과 달리, 종 전체에서 발견되는 UR은 알려진 환경 사이클과 일치하지 않는다. UR의 근원은 아직 확인되지 않았다. 일부 연구에서는 UR이 별개의 위상에서 서로 결합된 일주기 진동자(circadian oscillators) 사이의 상호작용에서 비롯되었다고 제안한다(Hughes et al., PLoS Genet. 2009 Apr;5(4):e1000442 등). 그러나 다른 연구에서는 UR이 일주기 시계와는 독립적인 초주기 페이스메이커 시스템에 의해 구동된다는 것을 보여준다(Waite et al., Eur J Neurosci. 2012 Oct;36(8):3142-50 등). 실제로 다양한 리듬 현상을 가진 UR은 다양한 메커니즘에 의해 구동될 수 있다(Iwasaki and Thomas, Trends Genet. 1997 Mar;13(3):111-5).Unlike CR, which adapts to the Earth's 24-hour light/dark cycle, the UR found across species does not match known environmental cycles. The origin of UR has not yet been identified. Some studies suggest that UR originated from the interaction between circadian oscillators coupled to each other in separate phases (Hughes et al., PLoS Genet. 2009 Apr;5(4):e1000442 et al.). However, other studies show that UR is driven by a super-periodic pacemaker system independent of the circadian clock (Waite et al., Eur J Neurosci. 2012 Oct;36(8):3142-50, etc.). Indeed, UR with various rhythmic phenomena can be driven by various mechanisms (Iwasaki and Thomas, Trends Genet. 1997 Mar;13(3):111-5).

본 발명자들은, 절제된 Arabidopsis 잎에서 UR을 확인하고, UR의 특성이 CR의 특성과 다르다는 것을 확인하였다. CR은 24시간 명/암 사이클에 의해 생물학적 사이클이 바뀌는 것으로 잘 알려져 있기 때문에, 개별 잎에서 일주기 시계-관련 유전자의 프로모터 활성은 free-running 조건 하에서 잎 사이에서 동기화된 CR 위상을 나타냈다(도 1G-H). 그러나 UR은 산발적인(scattered) 위상(도 1G-H)과 강한 비동기화를 나타냈으며, 이는 UR의 생물학적 사이클 변경 메커니즘이 CR과 구별된다는 것을 시사한다.The present inventors confirmed UR in the resected Arabidopsis leaves, and confirmed that the characteristics of UR are different from those of CR. Since CR is well known that the biological cycle changes by a 24-hour light/dark cycle, the promoter activity of a circadian clock-related gene in individual leaves showed a synchronized CR phase between leaves under free-running conditions (Fig. 1G). -H). However, UR exhibited a scattered phase (Fig. 1G-H) and strong unsynchronization, suggesting that the biological cycle alteration mechanism of UR is distinct from CR.

UR은 또한 CR과 달리 열 반응성을 나타낸다. CR은 온도 보상(temperature compensation)을 나타내지만(Beale et al., J Biol Rhythms. 2019 pr;34(2):144-153), UR은 열에 민감한 특성을 나타냈다(도 2D-F). 중요한 점은, 본 발명에 따른 데이터에 의하면, 불규칙적인 일주기 시계 돌연변이체에서 UR의 강한 유지를 나타냈다는 점이다(도 1J-K). 종합하면, 이러한 결과는 UR이 본 명세서에서 '초주일 시계(ultradian clock)'라고 명명된 진동 메커니즘에 의해 구동된다는 것을 의미하며, 초주일 시계는 일주기 시계 시스템과 독립적이다.UR also exhibits thermal reactivity, unlike CR. CR denotes temperature compensation (Beale et al., J Biol Rhythms. 2019 pr;34(2):144-153), while UR exhibited heat-sensitive properties (Fig. 2D-F). Importantly, the data according to the present invention showed strong retention of UR in irregular circadian clock mutants (Figs. 1J-K). Taken together, these results mean that the UR is driven by a vibrating mechanism referred to herein as an'ultradian clock', which is independent of the circadian clock system.

유전자는 종종 이러한 리듬에 의해 공동 조절되기 때문에 UR은 CR에 의해 가려질 수 있다(van der Veen and Gerkema, FASEB J. 2017 Feb;31(2):743-750). 본 발명에 따른 데이터는 이러한 개념을 뒷받침하는 추가 증거를 제공한다. 일주기 시계-관련 유전자의 프로모터 활성에서 CR과 UR 웨이블릿 파워 사이의 음(negative)의 상관 관계(도 8A)는 공동 조절에 의해 설명될 수 있다. 자신을 단단히 조절하는 CCA1, LHY, TOC1PRR7과 같은 핵심 일주기 시계 유전자는 프로모터 활성에서 상대적으로 낮은 UR 웨이블릿 파워를 나타냈으며, RNA-seq 분석에서 UR 조절 유전자가 나오지 않았다. CR 웨이블릿 파워가 높은 프로모터의 UR 패턴(도 7B)은 CR 조절인자가 UR 생성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 단서가 될 수 있다. 또한, 불규칙적인 일주기 시계 돌연변이체(도 1J-K)에서 증가된 UR 웨이블릿 파워는 CR이 UR을 가리는 것을 의미한다. 서로 다른 생물학적 리듬 간의 상호작용에 대한 추가 연구는, 다양한 내인성 생물학적 프로세스가 외부 환경에 적응할 수 있도록 유기체에서 어떻게 조직되고 통합되는지에 대한 이해를 발전시키기 위해 중요하다.Because genes are often co-regulated by this rhythm, UR can be obscured by CR (van der Veen and Gerkema, FASEB J. 2017 Feb;31(2):743-750). The data in accordance with the present invention provides additional evidence to support this concept. The negative correlation between CR and UR wavelet power in the promoter activity of circadian clock-related genes (Fig. 8A) can be explained by co-regulation. Core circadian clock genes such as CCA1 , LHY , TOC1 and PRR7 , which tightly regulate themselves, showed relatively low UR wavelet power in promoter activity, and RNA-seq analysis did not reveal UR regulatory genes. The UR pattern of the promoter with high CR wavelet power (FIG. 7B) can be a clue as to how the CR regulator affects UR production. In addition, the increased UR wavelet power in the irregular circadian clock mutant (Fig. 1J-K) means that CR obscures UR. Further research into the interactions between different biological rhythms is important to advance an understanding of how various endogenous biological processes are organized and integrated in an organism so that they can adapt to the external environment.

UR을 촉발하는 신호는 중요한 문제이다. ORE1 프로모터 활성에서 ~3시간 UR은 부착된 잎이나 기타 절제된 기관이 아닌 절제된 잎에서만 검출되었는데, 이는 절제가 필요함을 의미하지만, 상처 신호만으로는 UR을 유도하기에 충분하지 않다. 암 조건에서 sucrose가 DNRR에 필요한 것으로 보고되어 있음에도 불구하고, 잎 외식편(explant)에서 DNRR의 과정은 식물 호르몬의 외인성 적용 없이 LL 조건에서 발생하며(Chen et al., Front Plant Sci. 2014 May 15;5:208), 이는 DNRR이 에너지를 필요로 함을 의미한다. 마찬가지로, UR의 잎-특이적 모양(도 9)과 암 및 낮은 온도의 동시 처리에 의한 UR의 재설정(도 10)은 광합성 기구 또는 에너지 원의 활성화가 UR 생성에 중요한 신호로 작용할 수 있음을 시사한다. 노화된 잎에서 외인성 옥신 처리에 의한 UR 구조(도 4E)는 옥신이 UR을 유발함을 시사한다.The signal that triggers UR is an important issue. In the ORE1 promoter activity, ~3 hours UR was detected only in the resected leaves and not in the attached leaves or other resected organs, which means that resection is required, but the wound signal alone is not sufficient to induce UR. Although sucrose is reported to be required for DNRR in cancer conditions, the process of DNRR in leaf explants occurs in LL conditions without exogenous application of plant hormones (Chen et al., Front Plant Sci. 2014 May 15 ;5:208), which means DNRR requires energy. Likewise, the leaf-specific shape of UR (Figure 9) and re-establishment of UR by simultaneous treatment of cancer and low temperature (Figure 10) suggests that activation of photosynthetic machinery or energy sources can serve as important signals for UR production. do. The UR structure by exogenous auxin treatment in aged leaves (Fig. 4E) suggests that auxin induces UR.

DNRR에서In DNRR UR의 역할 The role of UR

많은 경우에 UR이 관찰되었지만, 1) 탐지의 어려움 및 2) 비주기적 특성 때문에 생물학적 관련성은 아직 밝혀지지 않았다(Goh et al., Biology. 2019 Mar; 8(1): 15). 그러나 뚜렷한 공간 발현 패턴을 가진 강력한 진동 패턴을 보여주는 일부 UR은 비교적 잘 특성화되어 있다. Drosophila에서 segmentation 및 somitogenesis(Palmeirim et al., Cell. 1997 Nov 28;91(5):639-48)와 Arabidopsis의 root branching(Moreno-Risueno et al., Science. 2010 Sep 10;329(5997):1306-11)은 진동 전사 조절인자를 필요로 하는 발달 시계에 의해 제어된다. 본 발명자들은 절제된 Arabidopsis 잎의 잎자루 영역에서 강력한 UR을 확인하였다. 또한, RNA-seq 분석은 UR에 의한 전사 진동의 조절 및 식물 발달과 관련된 GO term의 농축을 보여 주었으며(도 3C), 이는 절제된 잎의 잎자루 영역에서 확인된 UR의 조절 메커니즘이 기존 UR 조절 메커니즘과 유사할 가능성이 있음을 시사한다. 내부 및 외부 요인 모두에 반응하여, UR과 발달 과정인 DNRR 사이에 일관된 상관관계가 확인되었다(도 2). 또한, 발근 부위와 overlap되는 잎자루 영역 세포에서 강력한 UR 출현이 발견되었으며(도 8), 이는 UR이 절제된 잎에서 DNRR에 참여하는 것을 시사한다. 실제로, UR 생성에 결함이 있는 rou 돌연변이체는 지연 및 감소된 뿌리 재생을 나타냈으며(도 4A-C), 이를 통해 DNRR을 촉진하는 데 있어 UR의 긍정적인 역할을 확인하였다.Although UR has been observed in many cases, its biological relevance has not yet been established due to 1) difficulty of detection and 2) aperiodic nature (Goh et al., Biology. 2019 Mar; 8(1): 15). However, some URs that show strong vibrational patterns with distinct spatial expression patterns are relatively well characterized. Segmentation and somitogenesis in Drosophila (Palmeirim et al., Cell. 1997 Nov 28;91(5):639-48) and root branching of Arabidopsis (Moreno-Risueno et al., Science. 2010 Sep 10;329(5997): 1306-11) is controlled by a developmental clock that requires vibrational transcriptional modulators. The present inventors confirmed a strong UR in the petiole region of the resected Arabidopsis leaves. In addition, RNA-seq analysis showed the regulation of transcriptional oscillations by UR and enrichment of GO term related to plant development (Fig. 3C), which shows that the regulation mechanism of UR identified in the petiole region of the resected leaf is similar to that of the existing UR regulation mechanism. It suggests that there is a possibility of similarity. In response to both internal and external factors, a consistent correlation between UR and DNRR, which is a developmental process, was confirmed (FIG. 2). In addition, a strong UR appearance was found in the petiole region cells overlapping the rooting site (FIG. 8), which suggests that UR participates in DNRR in the resected leaves. Indeed, the rou mutant defective in UR production showed delayed and reduced root regeneration (Figs. 4A-C), confirming the positive role of UR in promoting DNRR.

본 발명에서는 또한, UR이 핵심 역할을 하는 DNRR의 위상을 조사했다. 상처는 JA 신호전달 및 후생적(epigenetic) 조절을 통해 DNRR을 시작하게 하는 첫 번째 이벤트로, 절제된 잎에서 옥신 생산을 유발한다. 그 다음, 옥신이 AR 형성 영역에 축적되고, 재생 능력이 있는 세포에서 AR로의 세포 운명 전환이 이어진다(Bustillo-Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). 상기 위상 중, UR은 옥신 축적과 초기 세포 운명 전환(절제 후 ~16-72시간) 동안 절제된 잎에서만 나타나며, 이는 UR이 주로 이러한 과정에 포함되어 있음을 시사한다. 세포 운명 전환에는 전사 인자 상호작용 및 염색질(chromatin) 구조 조정을 포함하는 복잡한 조절 네트워크가 필요하다(Ye et al., Science. 2019 Nov 15;366(6467):838-843). 잎자루 영역에서의 옥신 축적과 WOXLBD와 같은 전사 인자 유전자의 후속 발현은 DNRR 동안 세포 운명 전환에 관여한다(Jing et al., Front Plant Sci. 2020; 11: 317). 또한, 후생적 조절은 DNRR을 촉진하기 위해 JA-매개 상처 신호전달과 연관되어 있다(Zhang et al., Nat Rev Immunol. 2019 Jul;19(7):417-432). 그러나 이러한 과정의 기초가 되는 분자 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았다. 본 발명에서는, 절제-촉발된 UR이 유전자 발현의 대규모 변화를 제어하여, 세포 운명 전환을 위한 복잡한 조절 네트워크를 생성한다고 제시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 4,000개 이상의 유전자가 UR에 의해 조절되고 있으며, 다양한 생물학적 과정이 이 조절에 관련되어 있음을 확인할 수 있으며, DNRR 과정이 예상보다 더 복잡하다는 것을 의미한다.In the present invention, we also investigated the phase of DNRR in which UR plays a key role. Wounds are the first event to initiate DNRR through JA signaling and epigenetic regulation, triggering auxin production in resected leaves. Then, auxin accumulates in the AR forming region, followed by cell fate conversion from regenerative cells to AR (Bustillo-Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). During this phase, UR appears only in resected leaves during auxin accumulation and initial cell fate transition (~16-72 hours after resection), suggesting that UR is mainly involved in this process. Cell fate shifting requires complex regulatory networks including transcription factor interactions and chromatin restructuring (Ye et al., Science. 2019 Nov 15;366(6467):838-843). Auxin accumulation in the petiole region and subsequent expression of transcription factor genes such as WOX and LBD are involved in cell fate shifts during DNRR (Jing et al., Front Plant Sci. 2020; 11: 317). In addition, epigenetic regulation has been associated with JA-mediated wound signaling to promote DNRR (Zhang et al., Nat Rev Immunol. 2019 Jul;19(7):417-432). However, the molecular mechanisms underlying this process have not been fully elucidated. In the present invention, it is suggested that ablation-triggered UR controls large-scale changes in gene expression, creating a complex regulatory network for cell fate transformation. According to an embodiment of the present invention, more than 4,000 genes are regulated by UR, and it can be confirmed that various biological processes are involved in this regulation, which means that the DNRR process is more complex than expected.

식물호르몬Plant hormone -조절된 -Regulated ROU1ROU1 // EAR1에On EAR1 의한 by 옥신과Auxinaceae 사이토키닌Cytokinin 신호전달의 균형을 통한 Through the balance of signaling DNRRDNRR 촉진 Promotion

분리(detachment)되면, 잎에서 많은 물리적, 화학적 및 생물학적 과정이 빠르게 변화한다; 여기에는 호르몬 환경의 동적 재구성이 포함된다(Pan et al., J Genet Genomics. 2019 Mar 20;46(3):133-140). 많은 호르몬이 DNRR 조절에 관여하며, 이는 ABA 신호전달 구성요소인 ROU1/EAR1을 UR 및 DNRR의 조절인자로 식별한 결과와 일치한다. ROU1 / EAR1의 돌연변이는 UR을 완전히 무효로 하였으며(도 4A-B), 이는 ROU1/EAR1이 '초주기 시계'의 핵심 구성요소이고, UR 생성을 주도한다는 것을 시사한다. 나아가, 호르몬의 동적 변화는 UR 패턴 및 ROU1/EAR1 수준(도 5G 및 6A)과 일치하며, 이는 ROU1/EAR1이 동적 호르몬 환경과 UR 생성 사이의 연결 고리 역할을 함을 의미한다. 옥신과 비교하여, DNRR에서 ABA 및 CK의 역할은 명확하지 않다. 본 발명에 따르면, ABA는 ROU1/EAR1 수준을 감소시켜 UR 생성과 DNRR을 억제했다. 또한, RNA-seq 분석 결과, rou1 돌연변이체에서 많은 ABA-관련 유전자가 UR 및 DEG에 의해 조절되는 것으로 나타났으며(도 12C), 이는 UR 생성 및 DNRR에서 ABA의 역할에 기초한 조절 메커니즘을 시사한다. 그러나 UR 및 DNRR을 조절하는 데 있어 CK의 역할은 더 복잡할 것으로 보인다. 외인성 CK는 ROU1/EAR1 수준을 감소시킴으로써 UR 및 DNRR을 명확하게 억제했다. 그러나 돌연변이 분석은 이전 연구와 일치하는 적절한 DNRR에 CK 신호전달이 필요함을 시사했다(Bustillo-Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). 이전 연구에 따르면, 신규 뿌리 기관형성과 곁뿌리 형성은 유사한 유전적 경로를 공유할 수 있다(Xu and Huang, Curr Top Dev Biol. 2014;108:1-33). 배(embryo) 발달 및 뿌리 끝 재생 중에 옥신과 CK 사이의 중첩되고 길항적인 호르몬 도메인이 뿌리 재생을 조절한다(Efroni et al., Cell. 2016 Jun 16;165(7):1721-1733). 마찬가지로, DNRR은 새로운 뿌리를 생성하기 위해 이러한 조절 발달 메커니즘을 공유할 수 있다. CK는 잎자루 영역에서 옥신 도메인을 제한하여, UR 생성을 억제함으로써 DNRR을 효율적으로 개시한다. CK-결핍(돌연변이) 및 옥신-처리된 절제된 잎에서 증가된 de novo 뿌리의 수는 감소된 CK 도메인으로 설명할 수 있다; 옥신 도메인이 확장되고, 결과적으로 뿌리 수가 증가하며, 외인성 옥신이 ROU1/EAR1 발현을 잎자루의 상부 영역으로 확장시킨다는 결과(도 6D)가 이 가설을 뒷받침한다. CK 도메인에 의한 옥신 도메인의 이러한 공간적 제한은 뿌리 수와 개시 부위를 최적화함으로써, 자연 조건에서 절제된 잎의 생존 메커니즘이 될 수 있다.When detached, many physical, chemical and biological processes in the leaf change rapidly; This includes dynamic reconfiguration of the hormonal environment (Pan et al., J Genet Genomics. 2019 Mar 20;46(3):133-140). Many hormones are involved in DNRR regulation, which is consistent with the identification of the ABA signaling component, ROU1/EAR1, as a modulator of UR and DNRR. Mutation of ROU1 / EAR1 is the UR was completely void (Fig. 4A-B), which is ROU1 / EAR1 key component of 'second clock cycle ", suggesting that led to the generation UR. Furthermore, the dynamic changes in hormones are consistent with the UR pattern and ROU1/EAR1 levels (Figures 5G and 6A), which means that ROU1/EAR1 serves as a link between the dynamic hormonal environment and UR production. Compared to auxin, the role of ABA and CK in DNRR is not clear. According to the present invention, ABA inhibited UR production and DNRR by reducing ROU1/EAR1 levels. In addition, RNA-seq analysis showed that many ABA-related genes in the rou1 mutant were regulated by UR and DEG (Fig. 12C), suggesting a regulatory mechanism based on the role of ABA in UR production and DNRR. . However, the role of CK in regulating UR and DNRR appears to be more complex. Exogenous CK clearly inhibited UR and DNRR by reducing ROU1/EAR1 levels. However, mutation analysis suggested that CK signaling was required for adequate DNRR, consistent with previous studies (Bustillo-Avendano et al., Plant Physiol. 2018 Feb;176(2):1709-1727). According to previous studies, new root organogenesis and side root formation may share similar genetic pathways (Xu and Huang, Curr Top Dev Biol. 2014;108:1-33). During embryonic development and root tip regeneration, the overlapping and antagonistic hormonal domain between auxin and CK regulates root regeneration (Efroni et al., Cell. 2016 Jun 16;165(7):1721-1733). Likewise, DNRRs can share these regulatory developmental mechanisms to generate new roots. CK efficiently initiates DNRR by restricting the auxin domain in the petiole region, thereby inhibiting UR production. The increased number of de novo roots in CK-deficient (mutant) and auxin-treated resected leaves can be explained by the reduced CK domain; The auxin domain is expanded, consequently, the number of roots increases, and the results that exogenous auxin expand ROU1/EAR1 expression to the upper region of the petiole (Fig. 6D) support this hypothesis. This spatial limitation of the auxin domain by the CK domain can be the survival mechanism of resected leaves in natural conditions by optimizing the number of roots and the initiation site.

DNRR에서 호르몬 조절의 중요성은 rou1 돌연변이체의 DEG 분석에 의해 확인되었다. 잘 알려진 DNRR 조절인자 중 많은 옥신- 및 CK-관련 유전자가 ROU1/EAR1에 의해 서로 다른 시간적 발현 패턴으로 길항적으로 조절되었으며(도 6H 및 12B), 옥신 및 CK 신호전달과 연결된 조절 메커니즘이 결합될 수 있음을 시사한다. 또한, 세포 사이클 조절인자, 전사 인자 및 후생적 인자도 ROU1/EAR1 조절에 관여하며, ROU1/EAR1이 DNRR의 주요 조절인자임을 시사한다. 종합하면, 본 발명자들은 동적 호르몬 환경이 ROU1/EAR1을 조절하여 효율적인 DNRR 개시에 필요한 UR을 생성하는 모델을 제안한다(도 6I). EAR1이 UR 생성을 조절하는 방법 또는 초주기 진동의 정보가 DNRR을 촉진하기 위해 조절 신호로 전달되는 방법이 완전히 규명된 것은 아니나, 본 발명은 절제된 잎에서 DNRR을 시작하는 데 있어서, 상처와 호르몬 신호의 알려진 역할(Xu, Curr Opin Plant Biol. 2018 Feb;41:39-45)에 더하여, 초주기 리듬의 역할을 최초로 확인하였다. EAR1과 그의 잠재적 파트너에 대한 추가 분석은 EAR1-매개 UR 생성의 기본 메커니즘에 대한 이해를 향상시켜 초주기 시계 모델을 구축하는 데 도움이 될 것이다. 본 발명은 DNRR 시작 메커니즘에 대한 현재의 이해를 향상시킨다. DNRR에 대한 추가적인 지식과 일반적인 식물 재생은 농업과 식물 개발 및 작물 무결성에 대한 이해에 기여할 것이다.The importance of hormone regulation in DNRR was confirmed by DEG analysis of the rou1 mutant. Among the well-known DNRR regulators, many auxin- and CK-related genes were antagonistically regulated by ROU1/EAR1 in different temporal expression patterns (Figs. 6H and 12B), and regulatory mechanisms linked to auxin and CK signaling were combined. Suggests that you can. In addition, cell cycle regulators, transcription factors, and epigenetic factors are also involved in ROU1/EAR1 regulation, suggesting that ROU1/EAR1 is a major regulator of DNRR. Taken together, the present inventors propose a model in which the dynamic hormonal environment modulates ROU1/EAR1 to generate the UR required for efficient DNRR initiation (FIG. 6I). How EAR1 regulates UR production or how information of super-periodic vibration is transmitted as a control signal to promote DNRR has not been fully elucidated, but the present invention relates to the initiation of DNRR in resected leaves, wound and hormonal signals. In addition to the known role of Xu (Xu, Curr Opin Plant Biol. 2018 Feb;41:39-45), the role of hypercycle rhythm was first identified. Further analysis of EAR1 and its potential partners will help build a hypercycle clock model by improving our understanding of the underlying mechanisms of EAR1-mediated UR generation. The present invention improves the current understanding of the DNRR initiation mechanism. Additional knowledge of DNRR and general plant regeneration will contribute to an understanding of agriculture and plant development and crop integrity.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예Example 1: One: CRCR -독립적인 진동 메커니즘에 의해 구동되는 절제된 잎-특이적 UR 확인-Resected leaf-specific UR identification driven by an independent vibration mechanism

30분 간격의 프로모터 활성의 고해상도 추적에 따르면, 예상되는 ~24시간 CR에 더하여 짧은 주기성으로 증가된 활성화 주기를 나타냈다. 이러한 더 짧은 사이클 리듬은 21일된 Arabidopsis 식물에서 절제된 제3 및 제4 rosette 잎의 많은 일주기 시계-관련 유전자에서 확인되었다(도 1A, 1B 및 7A). 이러한 짧은 파열이 내인성 생물학적 리듬을 반영하는지 확인하기 위해, 웨이블릿 및 시간-빈도 분석을 사용했다(Leise, J Circadian Rhythms. 2013; 11: 5).High-resolution tracking of promoter activity at 30 minute intervals showed an increased activation cycle with a short periodicity in addition to the expected -24 hour CR. This shorter cycle rhythm was identified in many circadian clock-related genes of the third and fourth rosette leaves excised in 21-day-old Arabidopsis plants (Figs. 1A, 1B and 7A). Wavelet and time-frequency analysis were used to confirm that these short bursts reflected endogenous biological rhythms (Leise, J Circadian Rhythms. 2013; 11: 5).

먼저 원래의 진동 패턴에서 매끄러운 일주기 신호를 빼서 일주기 신호를 분리했다(도 1C). 웨이블릿 스펙트럼은 다양한 웨이블릿 파워를 가진 모든 테스트된 프로모터에서 ~24시간 CR을 나타냈다(도 1D 및 7B). 또한, ORE1CAT3 프로모터는 크고 안정적인 웨이블릿 파워를 가진 ~3시간 UR을 보여주었다(도 1E 및 7B). PRR7CCA1을 포함한 일부 유전자의 프로모터는 일주기 피크 시간에 검출된 균열된 UR 패턴을 나타내어 초주기 웨이블릿 파워를 감소시킬 수 있었다(도 7B). 예를 들어, ORE1CAT3를 포함하여 더 낮은 일주기 웨이블릿 파워를 나타내는 프로모터는 더 높은 초주기 웨이블릿 파워를 나타냈다(도 1D 및 1E). 반면, PRR7CCA1과 같이 더 높은 일주기 웨이블릿 파워를 갖는 프로모터는 더 낮은 초주기 웨이블릿 파워를 나타냈다(도 1D 및 1E). 이러한 결과는 UR 패턴이 일주기 웨이블릿 파워의 영향을 받을 수 있음을 시사한다. 이러한 데이터와 일치하여, 각 프로모터는 초주기와 일주기 웨이블릿 파워 사이에 강한 음(negative)의 상관관계를 나타냈다(correlation coefficient [R] = -0.8217; P = 0.0067; 도 8A). 따라서, 절제된 Arabidopsis 잎에서 일주기 시계-관련 유전자의 프로모터 활성은 UR을 보여주는데, 이는 CR에 의해 음성적으로 영향을 받을 수 있다.First, the circadian signal was separated by subtracting the smooth circadian signal from the original vibration pattern (Fig. 1C). Wavelet spectra showed -24 hours CR in all tested promoters with varying wavelet powers (Figures 1D and 7B). In addition, the ORE1 and CAT3 promoters showed a ~3 hour UR with large and stable wavelet power (Figs. 1E and 7B). The promoters of some genes, including PRR7 and CCA1 , exhibited a cracked UR pattern detected at the peak time of the circadian cycle, thereby reducing the power of the super-cycle wavelet (FIG. 7B). For example, promoters showing lower circadian wavelet powers, including ORE1 and CAT3 , exhibited higher circadian wavelet powers (FIGS. 1D and 1E ). On the other hand, promoters with higher circadian wavelet power, such as PRR7 and CCA1 , exhibited lower super-cycle wavelet power (Figs. 1D and 1E). These results suggest that the UR pattern can be affected by the circadian wavelet power. Consistent with these data, each promoter exhibited a strong negative correlation between the initial and circadian wavelet powers (correlation coefficient [R] = -0.8217; P = 0.0067; Fig. 8A). Thus, promoter activity of circadian clock-related genes in resected Arabidopsis leaves shows UR, which can be negatively affected by CR.

UR이 진정한 리듬인지 여부를 추가로 특성화하기 위해, 웨이블릿 분석으로부터 일주기 시계-관련 유전자의 프로모터 활성에서 일주기 및 초주기 위상을 계산했다. 일주기 위상이 매우 근접하게 분포되어있는 반면, 테스트된 모든 프로모터의 초주기 위상은 흩어져 있었으며(도 1F-G 및 7B), 따라서, 초주기 위상이 명/암 생물학적 사이클 변경 하에서 잘 동기화되기 때문에 UR은 CR과 독립적으로 조절됨을 시사한다. 이 가능성을 확인하기 위해, 일주기 시계 돌연변이의 UR 패턴을 측정했다. ORE1 프로모터 활성은 다른 유전자 프로모터에 비해 웨이블릿 파워가 높은 우세한 UR을 나타내므로(도 1E), ORE1을 대표 프로모터로 선택하고, 추가 실험을 위해 ORE1 프로모터(ORE1 ::LUC) 제어 하에 루시페라아제(LUC) 유전자를 발현하는 형질전환 Arabidopsis 라인을 사용했다. 그 결과, 야생형과 유사하게, 시험된 모든 일주기 시계 돌연변이체에서 변경되지 않은 ~3시간 주기로 UR이 지속되었다(도 1H 및 8B). 불규칙적인 일주기 시계 돌연변이인 elf3elf4는 훨씬 더 높은 웨이블릿 파워를 갖는 식별가능한 UR을 유지하였으며(도 8C), CR이 UR 패턴에 음성적인 영향을 미친다는 개념을 뒷받침한다.To further characterize whether UR is a true rhythm, circadian and circadian phases were calculated in the promoter activity of circadian clock-related genes from wavelet analysis. While the circadian phases were very closely distributed, the super-periodic phases of all tested promoters were scattered (Figs. 1F-G and 7B), and thus, the UR Suggests that it is regulated independently of CR. To confirm this possibility, the UR pattern of the circadian clock mutation was measured. Since ORE1 promoter activity shows a dominant UR with high wavelet power compared to other gene promoters (Fig. 1E), ORE1 is selected as the representative promoter, and luciferase (LUC) gene under the control of the ORE1 promoter ( ORE1 ::LUC) for further experiments. A transgenic Arabidopsis line expressing a was used. As a result, similar to the wild type, UR persisted with an unchanged -3 hour period in all circadian clock mutants tested (Figs. 1H and 8B). Irregular circadian clock mutations, elf3 and elf4 , maintained an identifiable UR with much higher wavelet power (FIG. 8C ), supporting the notion that CR negatively influences the UR pattern.

절제된 잎에서 UR을 식별하고, 줄기에 부착된 잎과 다른 절제된 기관에도 UR이 존재하는지 확인하고자 하였다. 따라서 7일된 ORE1 ::LUC 묘목과 이 묘목으로부터 절제된 기관에서 LUC 신호 강도를 측정했다. UR은 절제된 떡잎에서 검출되었지만, 전체 묘목이나 새싹, 배축 및 뿌리와 같은 기타 절제된 기관에서는 검출되지 않았다(도 9A). 또한, 부착된 잎과 성체 식물에서 절제된 기관에서 ORE1 프로모터 활성을 테스트했다(도 9B-C). 그 결과, 21일된 식물에서 절제된 rosette 잎과 35일된 식물에서 절제된 줄기잎에서만 UR이 나타났으며, 부착된 잎, 절제된 줄기 또는 절제된 꽃에서는 나타나지 않았다. 이러한 결과는 UR이 절제된 잎에서 특이적으로 촉발되었음을 의미한다. 또한, UR은 잎자루 영역에서 강력한 발현을 나타냈으며, 잎자루 부위의 존재와 함께 절제된 잎에서만의 UR의 발달은, 절제된 잎에서 UR이 공간적으로 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 결과적으로, 절제된 잎의 잎자루 영역에서 잠재적으로 특정 역할을 하는 일주기-독립적 진동 메커니즘에 의해 구동되는 UR을 확인하였다.UR was identified in the resected leaves, and UR was also present in the leaves attached to the stem and other resected organs. Therefore, LUC signal intensity was measured in 7-day-old ORE1 ::LUC seedlings and organs excised from these seedlings. UR was detected in the resected cotyledons, but not in whole seedlings or other resected organs such as shoots, hypocotyls and roots (FIG. 9A). In addition, ORE1 promoter activity was tested in attached leaves and organs excised from adult plants (Figs. 9B-C). As a result, only rosette leaves excised from 21-day-old plants and stem leaves excised from 35-day-old plants showed UR, and did not appear in attached leaves, excised stems, or excised flowers. These results indicate that UR was specifically triggered in the resected leaves. In addition, UR showed strong expression in the petiole region, and the development of UR only in the resected leaves along with the presence of the petiole region suggests that UR plays a spatially important role in the resected leaves. As a result, we identified UR driven by a circadian-independent oscillation mechanism that potentially plays a specific role in the petiole region of the resected leaf.

실시예Example 2: 강한 양(positive)의 상관관계를 나타내는 UR과 2: UR indicating a strong positive correlation and DNRRDNRR 확인 Confirm

잎 절제 후, 잎새의 변환 세포에서 옥신 수준이 증가하고, 잎자루 기저의 재생 능력이 있는 세포로 운반되어, 세포 운명 전환을 활성화시키고 뿌리 재생을 시작한다(Xu, Curr Opin Plant Biol. 2018 Feb;41:39-45). 잎자루 영역에 대한 UR 및 DNRR의 특이적 국소화(localization)는 UR 및 DNRR이 관련될 수 있음을 시사한다. 이 가능성을 테스트하기 위해, 절제된 잎의 UR 패턴과 발근률을 확인하고 다양한 조건에서 DNRR 효율을 측정했다.After leaf resection, the level of auxin in the transforming cells of the foliar increases and is transported to the cells with the regenerative capacity of the petiole basal, activating cell fate transformation and starting root regeneration (Xu, Curr Opin Plant Biol. 2018 Feb;41 :39-45). The specific localization of UR and DNRR to the petiole region suggests that UR and DNRR may be involved. To test this possibility, we checked the UR pattern and rooting rate of the resected leaves and measured the DNRR efficiency under various conditions.

이전 연구에 따르면 DNRR 효율은 잎 발달 단계에 매우 의존한다(Pan et al., J Genet Genomics. 2019 Mar 20;46(3):133-140); 오래된 잎은 어린 잎보다 뿌리 재생 능력이 현저히 낮다. 따라서, 다른 연령대의 식물에서 절제된 잎의 UR 패턴을 조사했다. UR의 웨이블릿 파워는 17일과 21일된 식물에서 절제된 잎에서 비슷했고, 나이가 들면서 점차 감소했다(도 2A-B). 발근률 또한, 잎의 나이와 함께 점차적으로 감소했다. 가장 어린 식물에서 절제된 잎은 가장 높은 발근률을 보였으며(도 2C), 호르몬과 같은 다른 요인이 DNRR에 독립적으로 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이러한 데이터는 UR과 DNRR이 잎 나이에 따라 지속적으로 조정되었음을 보여준다.Previous studies have shown that DNRR efficiency is highly dependent on the stage of leaf development (Pan et al., J Genet Genomics. 2019 Mar 20;46(3):133-140); Old leaves have significantly lower root regeneration ability than younger leaves. Therefore, the UR pattern of the leaves excised in plants of different ages was investigated. The wavelet power of UR was similar in the resected leaves in the 17- and 21-day-old plants, and gradually decreased with age (FIGS. 2A-B). The rooting rate also gradually decreased with the age of the leaves. Leaves excised in the youngest plants showed the highest rooting rate (FIG. 2C ), suggesting that other factors such as hormones may independently influence DNRR. These data show that UR and DNRR were continuously adjusted with leaf age.

영양, 빛, 온도와 같은 환경 조건도 적절한 재생을 위해 중요하다. 많은 리듬의 생물학적 과정이 온도 보상을 받았기 때문에, UR이 온도에 의해 변경되는지 여부를 테스트했다(Beale et al., J Biol Rhythms. 2019 pr;34(2):144-153). 절제된 잎을 상이한 온도에서 배양하고, ORE1 프로모터 활성을 측정했다. Arabidopsis의 최적 성장 온도인 22℃에서 UR은 최소 36시간 동안 안정적이었다(도 2D). 그러나 17℃ 이하에서는 UR 주기가 2일 동안 계속 증가했고(도 2E), 27℃에서 UR은 빠르게 약화되었다(도 2F). 이 결과는 UR이 온도-의존적임을 의미한다. 발근률도 상이한 온도에서 변경되었다. 22℃보다 낮거나 높은 온도에서는 DNRR 효율이 감소했다(도 2G). 17℃에서 AR의 출현은 UR 패턴과 일치하는 22℃에 비해 ~3일 지연되었다(도 2E, G). 27℃에서는 빠르게 약화되는 UR 사이클로 인해 DNRR이 시작되기 어려울 수 있다. 이 결과는 UR과 DNRR 사이의 밀접한 상관관계를 시사한다.Environmental conditions such as nutrition, light and temperature are also important for proper regeneration. Since many rhythmic biological processes have been temperature compensated, we tested whether UR is altered by temperature (Beale et al., J Biol Rhythms. 2019 pr;34(2):144-153). The excised leaves were cultured at different temperatures and the ORE1 promoter activity was measured. At 22° C., the optimum growth temperature of Arabidopsis, UR was stable for at least 36 hours (FIG. 2D ). However, below 17°C, the UR cycle continued to increase for 2 days (FIG. 2E), and at 27°C, UR rapidly weakened (FIG. 2F). This result implies that UR is temperature-dependent. Rooting rates were also changed at different temperatures. At temperatures lower or higher than 22° C., the DNRR efficiency decreased (FIG. 2G ). The appearance of AR at 17° C. was delayed by ~3 days compared to 22° C. consistent with the UR pattern (Fig. 2E, G). At 27°C, DNRR can be difficult to initiate due to the rapidly weakening UR cycle. This result suggests a close correlation between UR and DNRR.

옥신, CK 및 jasmonate(JA)와 같은 식물호르몬은 in vitro 배양 중 및 자연 조건에서 식물 재생에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Zhang et al., Nat Rev Immunol. 2019 Jul;19(7):417-432). 따라서, 다양한 식물호르몬의 저농도(0.2μM) 존재 하에서 UR 및 DNRR을 모니터링했다. 테스트된 호르몬 중, DNRR을 촉진하는 것으로 알려진 indole-3-acetic acid(IAA; auxin) 및 methyl jasmonate(MeJA)는 비처리 잎에 비해 UR 또는 발근률에 영향을 미치지 않았다(도 2H-K). 그러나 합성 CK인 6-benzyladenine(BA)은 21일된 식물로부터 절제한 잎에서 UR을 완전히 제거하고, 뿌리 재생률을 감소시켰다(도 2H-K). 또한, 1μM BA는 캘러스(callus)를 시작하게 하였으나, 뿌리 생성을 개시하지 않았다(도 2K). 이러한 결과는 외인성 CK 적용이 UR 생성을 억제하고 DNRR을 방지함을 의미한다. 종합하면, 이러한 데이터들은 절제된 잎에서 UR 생성과 DNRR 사이에 강한 양의 상관관계를 시사하며, UR이 최적 DNRR 개시를 위한 업스트림 신호일 수 있음을 의미한다.Plant hormones such as auxin, CK and jasmonate (JA) are known to play an important role in plant regeneration during in vitro culture and in natural conditions (Zhang et al., Nat Rev Immunol. 2019 Jul;19(7):417) -432). Therefore, UR and DNRR were monitored in the presence of low concentrations (0.2 μM) of various plant hormones. Among the tested hormones, indole-3-acetic acid (IAA; auxin) and methyl jasmonate (MeJA), known to promote DNRR, did not affect UR or rooting rate compared to untreated leaves (Fig. 2H-K). However, 6-benzyladenine (BA), a synthetic CK, completely removed UR from leaves resected from 21-day-old plants, and reduced root regeneration (FIG. 2H-K). In addition, 1 μM BA initiated callus, but did not initiate root generation (FIG. 2K). These results imply that exogenous CK application inhibits UR production and prevents DNRR. Taken together, these data suggest a strong positive correlation between UR production and DNRR in resected leaves, meaning that UR may be the upstream signal for optimal DNRR initiation.

실시예Example 3: 다양한 기능을 가진 유전자에 영향을 미치며, 3: Affect genes with various functions, DNRRDNRR 연결-유전자에서 풍부한 Linkage-rich in genes 초주기Second cycle 진동 확인 Vibration check

UR이 DNRR의 업스트림 신호로 작용한다면, DNRR-관련 유전자는 초주기 진동 패턴을 나타낼 것으로 예상되었다. DNRR-관련 유전자의 발현 패턴을 조사하기 위해 RNA-seq 분석을 수행했다. 초주기 위상은 잎 사이에서 강한 비동기화를 나타냈기 때문에, 동기화된 초주기 위상에서 잎의 샘플링을 보장하기 위해 먼저 환경 조건을 최적화했다. Cyanothece의 초주기 대사 사이클은 명/암 생물학적 사이클 변경 후 연속적인 명(LL)에서 발생한다(Cerveny et al., Proc Natl Acad Sci USA. 2013 Aug 6;110(32):13210-5). 또한, 17℃에서 UR의 지연된 출현(도 2E)은 저온이 UR을 재설정함을 시사한다. 따라서, 다양한 어둡고 저온 영역에서 배양한 후, 22℃, LL 조건 하 절제된 잎에서 ORE1 프로모터 활성을 측정했다. 그 결과, UR이 16℃에서 24시간 동안 연속 어두운(DD) 조건에서 배양된 21일된 식물로부터 절제된 제4 rosette 잎에서 크게 동기화되었음을 확인하였다(도 10A-C). 추가 분석을 위해 총 16개의 샘플을 30분 간격으로 수집했다. 동기화된 UR은 RT-qPCR에 의해 결정된 ORE1 발현 수준을 기반으로 확인되었다(도 10D).If UR acts as an upstream signal of DNRR, it was expected that DNRR-related genes would exhibit a super-periodic oscillation pattern. RNA-seq analysis was performed to investigate the expression pattern of DNRR-related genes. Since the super-periodic phase showed strong unsynchronization between the leaves, the environmental conditions were first optimized to ensure the sampling of the leaves in the synchronized super-periodic phase. Cyanothece 's hypercycle metabolic cycle occurs in continuous light (LL) after a light/dark biological cycle change (Cerveny et al., Proc Natl Acad Sci USA. 2013 Aug 6;110(32):13210-5). In addition, the delayed appearance of UR at 17° C. (Figure 2E) suggests that low temperatures reset UR. Therefore, after culturing in various dark and cold regions, ORE1 promoter activity was measured in the resected leaves under LL conditions at 22°C. As a result, it was confirmed that UR was greatly synchronized in the fourth rosette leaves excised from 21-day-old plants cultured in continuous dark (DD) conditions at 16° C. for 24 hours (FIGS. 10A-C). A total of 16 samples were collected at 30 minute intervals for further analysis. Synchronized UR was identified based on the ORE1 expression level determined by RT-qPCR (FIG. 10D ).

RNA-seq 데이터를 기초로 UR을 나타내는 유전자를 확인하기 위해, ARSER, JTK_CYCLE, Lomb-Scargle 등 다양한 방법을 통합하여 시간 데이터의 주기성을 평가하는 데 사용되는 기존 방법인 MetaCycle 분석을 수행했다(Wu et al., Bioinformatics. 2016 Nov 1;32(21):3351-3353). 그 결과, ~ 3시간 주기로 진동하는 4,073개의 유전자를 확인하였으며, 이들 유전자는 두 개의 항위상(antiphasic) 그룹으로 나뉘었다(도 3A 및 표 1).To identify genes representing UR based on RNA-seq data, MetaCycle analysis, an existing method used to evaluate the periodicity of temporal data, was performed by integrating various methods such as ARSER, JTK_CYCLE, and Lomb-Scargle (Wu et al., Bioinformatics. 2016 Nov 1;32(21):3351-3353). As a result, it was confirmed that 4,073 genes vibrating in a period of ~ 3 hours, these genes were divided into two antiphasic groups (Fig. 3A and Table 1).

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이들 추정 진동 유전자 중 일부는 상응하는 프로모터의 제어하에 LUC 유전자를 발현하는 형질전환 라인을 구축함으로써 검증되었으며(도 3B 및 10E), 이는 이 유전자들이 전사 수준에서 UR에 의해 조절됨을 뒷받침한다.Some of these putative vibrating genes were verified by constructing a transformation line expressing the LUC gene under the control of the corresponding promoter (Figs. 3B and 10E), supporting that these genes are regulated by UR at the transcription level.

다음으로, UR-사이클링 유전자의 Gene Ontology(GO) 분석을 수행했다. 그 결과, 이 유전자들은 생물학적 과정 카테고리(도 3C), 특히 '뿌리 발달'(GO: 0048364), '호르몬에 대한 반응'(GO: 0009725), ‘호르몬-매개 신호전달 경로'(GO: 0009755) 및 '세포벽 조직'(GO: 0071555)'을 포함하는 DNRR과 관련된 GO term에서 풍부했으며, 이는 UR이 전사 수준에서 DNRR을 조절함을 시사한다(표 2).Next, Gene Ontology (GO) analysis of the UR-cycling gene was performed. As a result, these genes were classified into biological process categories (Figure 3C), especially'root development' (GO: 0048364),'response to hormones' (GO: 0009725), and'hormone-mediated signaling pathways' (GO: 0009755). And'cell wall tissue' (GO: 0071555)', suggesting that UR regulates DNRR at the transcription level (Table 2).

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서로 다른 UR 위상에 연결된 유전자를 식별하기 위해, 상이한 GO terms에서의 유전자 수를 조사했다. 그러나 두 개의 항위상 그룹은 다양한 GO terms에서 풍부한 유전자의 수에 차이가 없었고(도 3C), 이는 UR 위상이 특정 기능과 연결되어 있지 않음을 의미한다. 결과적으로, ~3시간 주기를 나타내는 다수의 유전자 식별과 다양한 생물학적 과정에서의 농축은 절제된 잎에서 UR을 검증하고 UR의 중요한 역할을 시사한다.To identify genes linked to different UR phases, the number of genes in different GO terms was examined. However, the two antiphase groups did not differ in the number of abundant genes in various GO terms (Fig. 3C), which means that the UR phase is not associated with a specific function. As a result, identification of multiple genes representing a ~3 hour period and enrichment in various biological processes validated UR in resected leaves and suggests an important role for UR.

또한, UR과 연결된 주요 경로를 예측하기 위해, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG) 분석을 수행했다. 그 결과, 호르몬 신호 전달 유전자의 풍부함을 확인하였다(도 3D). 생합성에서 수용체에 이르기까지 호르몬 기능에서 다른 단계와 연결된 진동 유전자뿐만 아니라, 다양한 호르몬 경로와 연결된 신호 전달-관련 및 전사 인자-코딩 유전자를 확인했다. 옥신, CK 및 JA는 절제된 잎에서 DNRR을 시작하는 데 필수적이다. 옥신과 CK는 잎자루 영역에서 재생 능력이 있는 세포의 증식과 분화를 촉진하는 데 중요한 역할을 하는 반면, JA는 상처 신호를 변환하여 DNRR을 촉진한다. 따라서, DNRR-관련 식물호르몬-반응성 진동 유전자의 RNA-seq 분석 기반 식별은 절제된 Arabidopsis 잎에서 관찰된 UR이 DNRR에서 중요한 역할을 하고, 관련 호르몬과 연결되어 있음을 시사한다.In addition, in order to predict the major pathways linked to UR, the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) analysis was performed. As a result, it was confirmed that the hormone signal transduction gene was abundant (FIG. 3D). Vibration genes linked to different stages in hormonal function, from biosynthesis to receptors, as well as signaling-related and transcription factor-coding genes linked to various hormonal pathways were identified. Auxin, CK and JA are essential to initiate DNRR in resected leaves. Auxin and CK play important roles in promoting the proliferation and differentiation of regenerative cells in the petiole region, whereas JA promotes DNRR by transducing wound signals. Therefore, RNA-seq analysis-based identification of DNRR-related plant hormone-reactive oscillatory genes suggests that UR observed in resected Arabidopsis leaves plays an important role in DNRR and is linked to related hormones.

이 가능성을 조사하기 위해, 옥신 및 CK 신호전달에 관여하는 진동 유전자의 돌연변이의 UR 패턴과 발근률을 확인했다. 5개의 AUXIN RESPONSIVE FACTOR(ARF) 유전자(ARF4, 7, 8, 1011), PIN-FORMED 3(PIN3), AUXIN SIGNALING F-BOX 2(AFB2) 및 TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1(TIR1)의 기능 상실 돌연변이를 분리하고 ORE1 ::LUC transgene으로 형질전환시켰다. 일부 돌연변이는 낮은 UR 웨이블릿 파워를 보였지만, afb2 tir1 돌연변이만이 DNRR 효율에서 현저하게 손상되었다(도 3E).To investigate this possibility, the UR patterns and rooting rates of mutations in the oscillatory genes involved in auxin and CK signaling were identified. Loss of function mutations of five AUXIN RESPONSIVE FACTOR ( ARF ) genes ( ARF4 , 7 , 8 , 10 and 11 ), PIN-FORMED 3 ( PIN3 ), AUXIN SIGNALING F-BOX 2 ( AFB2 ) and TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1 ( TIR1) Was isolated and transformed with ORE1::LUC transgene. Some mutations showed low UR wavelet power, but afb2 And tir1 Only the mutation was significantly impaired in DNRR efficiency (Figure 3E).

AFB2와 TIR1은 TIR1/AFB F-box 단백질 패밀리에 속하기 때문에, AUXIN RESISTANT 1(AXR1) 돌연변이를 조사함으로써 UR 및 DNRR 과정에서 옥신 신호전달 경로에서의 유비퀴틴화(ubiquitination)의 역할을 조사했다. axr1 돌연변이의 UR 웨이블릿 파워는 야생형과 유사했지만, axr1 돌연변이의 발근률은 현저하게 감소했다(도 3E). 이러한 결과는 옥신 신호전달 구성요소가 UR 패턴 및 DNRR 과정에 영향을 주지만, 서로 독립적임을 의미한다.Since AFB2 and TIR1 belong to the TIR1/AFB F-box protein family, the role of ubiquitination in the auxin signaling pathway in the UR and DNRR process was investigated by examining the AUXIN RESISTANT 1 ( AXR1) mutation. UR wavelet power axr1 mutations, but similar to the wild-type, rooting rate of axr1 mutant was significantly reduced (Fig. 3E). These results imply that the auxin signaling components influence the UR pattern and DNRR process, but are independent of each other.

CK- 및 UR-조절 유전자를 조사하기 위해, ARABIDOPSIS HISTIDINE KINASE 3 and 4(AHK3, 4), CYTOKININ RESPONSE FACTOR 5(CRF5), KISS ME DEADLY 1 and 2(KMD1, 2), PURINE PERMEASE 14 (PUP14) 및 CYTOKININ-RESPONSIVE GATA FACTOR 1(CGA1)의 기능 상실 돌연변이를 테스트했다. 이중 돌연변이(ahk3 ahk4)와 단일 돌연변이(cga1) 모두 더 낮은 발근률과 함께 증가된 UR 파워를 나타냈으며, 이는 CK 신호전달 경로가 DNRR 개시에 필요함을 나타낸다(도 3F). 외인성 CK 처리가 UR의 생성과 DNRR의 과정을 모두 억제했지만(도 2H-K), 구성적 CK 신호전달 활성화 인자로 확인된, AHK3 유전자의 기능 개선 돌연변이 ore12(oresara 12)는 정상적인 UR 파워 및 DNRR 과정을 보였다(도 3F). UR 생성 및 DNRR 과정을 위해 시공간적으로 특정한 CK의 조절이 필수적일 수 있다. 종합적으로, 이러한 결과들은 옥신 및 CK 신호전달 경로가 UR 생성을 길항적으로 조절하지만, 시공간적 조절을 통해 적절한 DNRR에 필수적이라는 것을 의미한다.To investigate CK- and UR-regulatory genes, ARABIDOPSIS HISTIDINE Loss of function mutations of KINASE 3 and 4 ( AHK3 , 4 ), CYTOKININ RESPONSE FACTOR 5 ( CRF5 ), KISS ME DEADLY 1 and 2 ( KMD1 , 2 ), PURINE PERMEASE 14 ( PUP14 ) and CYTOKININ-RESPONSIVE GATA FACTOR 1 ( CGA1 ) Was tested. Double mutant (ahk3 ahk4) with a single mutation (cga1) both showed an increased UR power with lower rooting rate, which indicates the CK signaling pathway is required for DNRR started (Fig. 3F). Inhibited extrinsic CK process all the processes of the UR generated and DNRR but (FIG. 2H-K), the constructive CK signaling activating factor, the enhancement mutation ore12 (oresara 12) of the AHK3 gene identified as the normal UR power and DNRR The process was shown (Fig. 3F). For UR generation and DNRR process, it may be necessary to control a specific CK in spatiotemporality. Overall, these results imply that the auxin and CK signaling pathways antagonistically regulate UR production, but are essential for proper DNRR through spatiotemporal regulation.

실시예Example 4: UR 생성에서 손상된 돌연변이에 의한 4: due to impaired mutations in UR production DNRRDNRR 감소 확인 Decrease confirmation

이전 연구들은 절제된 잎에서 관찰된 UR이 AR 생성에 관여할 수 있음을 시사하고 있다. 이 가설을 테스트하고 UR을 조절하는 요인을 확인하기 위해, 돌연변이 탐색(forward genetic screen)을 수행했다. ORE1::LUC construct(Col/ORE1 ::LUC)를 발현하는 형질전환 Col-0 seeds에 ethyl methane sulfonate(EMS)를 처리하여 무작위 점 돌연변이(random point mutations)를 발생시켰다. UR 손실을 나타내는 돌연변이체를 M2 집단에서 분리했다. ~16,000 M2 seeds를 스크리닝한 후, 절제된 잎에서 UR을 나타내지 않는 4개의 동형접합 라인(M21, M23, M38 및 M83)을 확인했다(도 4A-B). 다음으로, 이러한 돌연변이 라인의 21일된 식물로부터 절제된 제3 및 제4 rosette 잎의 발근률을 확인했다. 4개의 돌연변이 라인 모두가 야생형에 비해 발근 개시가 지연되고 발근률이 감소하는 것을 확인하였으며(도 4C), UR이 DNRR 조절에서 양성의(positive) 역할을 확인하였다. 또한 돌연변이 라인 중 하나인 M38은 매우 늦은 개화를 보였고, 다른 3개 라인들은 야생형에 비해 상대적으로 개화가 지연된 것으로 나타났으며(도 4D), 이는 이러한 UR 조절인자가 개화와 같은 다른 생물학적 과정에 관여할 수 있음을 시사한다. 유전학적 분석은 4개 라인 모두가 열성 돌연변이임을 보여주었다(도 11A). M21, M23 및 M83은 동일한 보완(complementation) 그룹으로 분류되었으며(도 11A), 이 라인들의 돌연변이 유전자가 UR 생성에 중요할 수 있음을 시사한다. 따라서 이 유전자를 ‘초주일 리듬 조절인자 1(regulator of ultradian rhythm 1; ROU1)’로 명명하고, 추가 조사를 위해 rou1 돌연변이체에 초점을 맞췄다.Previous studies have suggested that UR observed in resected leaves may be involved in AR production. To test this hypothesis and identify the factors that regulate UR, a forward genetic screen was performed. Transgenic Col-0 seeds expressing the ORE1::LUC construct (Col/ ORE1 ::LUC ) were treated with ethyl methane sulfonate (EMS) to generate random point mutations. Mutants showing loss of UR were isolated from the M2 population. After screening for ~16,000 M2 seeds, four homozygous lines (M21, M23, M38 and M83) that did not show UR in the excised leaves were identified (Figs. 4A-B). Next, the rooting rates of the third and fourth rosette leaves excised from 21-day-old plants of this mutant line were confirmed. It was confirmed that rooting initiation was delayed and rooting rate decreased in all four mutant lines compared to the wild type (FIG. 4C), and it was confirmed that UR has a positive role in DNRR regulation. In addition, M38, one of the mutant lines, showed very late flowering, and the other three lines showed a relatively delayed flowering compared to the wild type (Figure 4D), which indicates that these UR regulators are involved in other biological processes such as flowering. It suggests that you can do it. Genetic analysis showed that all four lines were recessive mutations (FIG. 11A ). M21, M23 and M83 were classified into the same complementation group (Figure 11A), suggesting that the mutant genes of these lines may be important for UR generation. Therefore this gene "second week rhythm regulators 1 (regulator of ultradian rhythm 1; ROU1) ' named, and focused on the rou1 mutants for further investigation.

DNRR의 경우, 외인성 옥신 처리가 나이든 잎의 재생 결함을 구제한다는 것이 보고된 바 있다(Chen et al., Front Plant Sci. 2014 May 15;5:208). 따라서, 외인성 옥신 처리가 UR의 결함과 rou1 -1(M21) 돌연변이 잎에서 발근률을 구제하는지 여부를 테스트했다. 나이든(25일된) 야생형 및 rou1 -1 돌연변이 식물로부터 절제된 제4 rosette 잎을 사용하여 감소된 UR 및 재생 능력에 대한 옥신 적용의 효과를 테스트했다. 어린(21일된) 식물에서 절제된 잎의 외인성 옥신 처리는 UR 웨이블릿 파워와 발근률에 영향을 미치지 않았다(도 2H-J). 그러나, 예상대로, 노화된 야생형 식물에서 절제된 잎의 UR 파워와 발근률은 외인성 옥신 처리 후 구조되었다(도 4E-F). 대조적으로, rou1 돌연변이 잎에서, UR 사이클링은 외인성 옥신 처리에 의해 구조되지 않았고, 발근률의 회복도 야생형 잎에서 관찰된 것보다 낮았다(도 4E-F). 이러한 결과는 옥신이 UR 생성에 중요하며, 이 과정은 ROU1에 의해 매개됨을 의미한다.In the case of DNRR, it has been reported that exogenous auxin treatment rescues regeneration defects in older leaves (Chen et al., Front Plant Sci. 2014 May 15;5:208). Therefore, we tested whether exogenous auxin treatment rescued the defects of UR and rooting rates in the rou1 -1 (M21) mutant leaves. Fourth rosette leaves excised from older (25 day old) wild type and rou1 -1 mutant plants were used to test the effect of auxin application on reduced UR and regenerative capacity. Exogenous auxin treatment of leaves excised from young (21 days old) plants did not affect UR wavelet power and rooting rate (Fig. 2H-J). However, as expected, the UR power and rooting rate of the resected leaves in aged wild-type plants were rescued after exogenous auxin treatment (Fig. 4E-F). In contrast, in rou1 mutant leaves, UR cycling was not rescued by exogenous auxin treatment, and the recovery of rooting rates was also lower than that observed in wild-type leaves (Fig. 4E-F). These results imply that auxin is important for UR production, and this process is mediated by ROU1.

DNRR을 촉진하려면 ROU1-매개 UR이 필요하지만, 옥신은 독립적으로 DNRR을 유도할 수도 있다. 그러나, 옥신의 시공간적 조절은 rou1 돌연변이 잎에서 변경될 수 있다. 이 가능성을 테스트하기 위해, 합성 옥신-반응성 DR5 프로모터(DR5::GUS; Moreno-Risueno et al., Science. 2010 Sep 10;329(5997):1306-11)의 제어 하에 β- glucuronidase(GUS) 유전자를 발현하는 형질전환 식물을 사용하였으며, rou1DR5 ::GUSrou2(M38)DR5::GUS 식물을 만들었다. 어린 야생형 또는 돌연변이 식물에서 절제된 잎은 잎자루 영역에 옥신 축적이 없었다(도 4G-H). 또한, DR5::GUS의 발현은 야생형 잎의 잎자루 영역에서 점차적으로 증가했으며, 두 rou 돌연변이체에서 보이는 것과 유사한 타이밍과 패턴을 나타냈다(도 4H). 이러한 결과는 절제에 의한 잎자루 부위의 옥신 축적이 rou-매개 UR에 의해 조절되지 않고, 부분적으로 UR-독립적 경로를 통해 발근률을 구제함을 시사한다.ROU1-mediated UR is required to promote DNRR, but auxins may independently induce DNRR. However, spatiotemporal regulation of auxin can be altered in rou1 mutant leaves. To test this possibility, β- glucuronidase ( GUS ) under the control of a synthetic auxin-reactive DR5 promoter ( DR5::GUS ; Moreno-Risueno et al., Science. 2010 Sep 10;329(5997):1306-11). Transgenic plants expressing the gene were used, and rou1DR5 ::GUS and rou2 ( M38 ) DR5::GUS plants were made. Leaves excised from young wild-type or mutant plants had no auxin accumulation in the petiole region (Fig. 4G-H). In addition, the expression of DR5::GUS gradually increased in the petiole region of wild-type leaves, and showed a timing and pattern similar to that seen in the two rou mutants (Fig. 4H). These results suggest that the accumulation of auxin in the petiole region by resection is not regulated by rou -mediated UR, and that rooting rates are partially rescued through UR-independent pathways.

실시예Example 5: ABA 신호전달 구성요소인 5: ABA signaling component EAR1의Of EAR1 UR 조절을 통한 Through UR adjustment DNRRDNRR 촉진 확인 Palpation confirmation

보완 돌연변이의 유효성은 whole-genome sequencing(WGS)에 의한 돌연변이 식별을 가능하게 했다. Col/ORE1::LUC parent와 rou1 -1(M21) 또는 rou1 -3(M83)의 역교배에서 파생된 F2 동형접합 돌연변이 progeny 풀을, UR 패턴을 나타내지 않는 parent에 대해 시퀀싱했다. 오직 하나의 유전자 EAR1만이 일반적인 유전자 내 SNP를 가졌고, 그 유전은 EMS 돌연변이된 라인과 일치했다(도 11B). WGS 결과는 rou1 -1, rou1-2(M23) 및 rou1 - 3 라인에서 EAR1 엑손을 시퀀싱하여 검증되었다(도 11C). rou1 -1rou1 - 2 라인이 EAR1에서 넌센스 돌연변이를 포함하고, 112번과 52번 아미노산 위치에서 트립토판 잔기(W112* 및 W52*)를 각각 정지 코돈으로 대체한 반면, rou1 - 3는 157번 아미노산 위치에서 글리신에서 글루타메이트로의 치환을 일으킨 미스센스 돌연변이(G157Q)를 포함하는 것을 확인하였다(도 5A). EAR1이 UR 표현형과 연관되어 있는지 추가로 확인하기 위해, rou1 -1 돌연변이 백그라운드에서, 그의 동족 프로모터(EAR1 :: EAR1 - GFP)의 제어 하에 EAR1green fluorescent protein(GFP) gene-fusion을 발현하는 보완 라인(COM9 및 COM24)을 만들었다. rou1 -1 돌연변이의 손상된 UR 및 DNRR 표현형은 EAR1 :: EAR1 - GFP construct에 의해 보완되었다(도 5B-C). 이러한 결과로, EAR1이 진정한 UR 조절인자이며, 절제된 Arabidopsis 잎에서 DNRR을 촉진한다는 것을 확인할 수 있다.The effectiveness of complementary mutations made it possible to identify mutations by whole-genome sequencing (WGS). The F2 homozygous mutant progeny pool derived from the backcross of the Col/ ORE1::LUC parent and rou1 -1 (M21) or rou1 -3 (M83) was sequenced against the parent showing no UR pattern. Only one gene, EAR1, had a common intragene SNP, and the inheritance was consistent with the EMS mutated line (FIG. 11B ). WGS results rou1 -1, rou1-2 (M23) and rou1 - 3 line EAR1 Exons were verified by sequencing (Fig. 11C). rou1 rou1 -1 and - while the second line includes a nonsense mutation in the EAR1 and replacing tryptophan residues (W52 and W112 * *) at amino acid position 52 times and 112 times, respectively, as stop codons, rou1 - 3 is 157 amino acids It was confirmed that it contained a missense mutation (G157Q) that caused a substitution from glycine to glutamate at the position (FIG. 5A). To further confirm whether EAR1 is associated with the UR phenotype, complementation of expression of the green fluorescent protein ( GFP ) gene-fusion of EAR1 under the control of its cognate promoter ( EAR1 :: EAR1 - GFP ) in the background of the rou1 -1 mutation Lines (COM9 and COM24) were made. UR damaged and DNRR rou1 -1 phenotype of mutants EAR1 :: EAR1 - GFP It was complemented by the construct (Figs. 5B-C). These results confirm that EAR1 is a true UR regulator and promotes DNRR in resected Arabidopsis leaves.

EAR1은 ABA 신호전달의 음성 조절인자로 기능하는 것으로 알려져 있다(Wang et al., Plant Cell. 2018 Apr;30(4):815-834). EAR1 단백질은 타입 2C 단백질 포스파타아제(PP2C)의 억제 도메인에 결합하고, 효소의 활성을 향상시킨다. 이것은 차례로 다운스트림 단백질 키나아제의 더 강한 불활성화를 유도하여, ABA 신호전달 경로를 차단한다. 이 관계를 기반으로, ABA 신호전달이 UR 및 DNRR을 조절하는 데 관여하는지 확인하고자 하였다. 절제된 잎을 증가하는 ABA 농도로 처리하면, UR 웨이블릿 전력과 DNRR 효율이 점차 감소하며(도 5D-E), 이는 ABA가 UR 생성과 DNRR 과정을 음성적으로 조절함을 시사한다. ABA2는 ABA 생합성에서 주요 기능을 하는 것으로 알려져 있다(Schwartz et al., Plant Physiol. 1997 May;114(1):161-6). 따라서, aba2 돌연변이 잎에서 내인성 ABA가 낮기 때문에, aba2 돌연변이 잎이 향상된 UR 및 DNRR을 나타낸다는 가설을 세웠다. 이 가설을 테스트하기 위해, 절제 전(0시간) 및 2-96시간 후의 야생형 및 aba2 돌연변이 잎의 ABA 함량을 측정했다. 야생형 잎에서, ABA 수준은 절제 후(2시간) 급격히 감소했으며, 배양 시간에 따라 점차 증가했다(도 5F). 그러나 이전 보고서(Leon-Kloosterziel et al., Plant J. 1996 Oct;10(4):655-61)와 마찬가지로, aba2 잎의 내인성 ABA 함량은 0시간 야생형 잎보다 낮았으며, 추가 배양시 유의하게 증가하지 않았다(도 5F). 다음으로, aba2 돌연변이 및 야생형 잎에서 UR 및 DNRR을 조사했다. 야생형 잎의 UR 패턴은 시간이 지남에 따라 서서히 줄어들었지만, aba2 잎의 UR 패턴은 3일 배양 후(DAC)까지 확장되었으며(도 5G-H), 내인성 ABA 함량의 변화와 일치했다(도 5F). aba2 잎에서 이 안정된 UR 패턴은 야생형 잎의 발근률에 비해 더 높은 발근률을 가져왔다(도 5I). 이러한 데이터는 높은 내인성 ABA 함량 또는 강화된 ABA 신호전달이 UR 생성 및 DNRR을 억제함을 시사한다.EAR1 is known to function as a negative regulator of ABA signaling (Wang et al., Plant Cell. 2018 Apr;30(4):815-834). The EAR1 protein binds to the inhibitory domain of the type 2C protein phosphatase (PP2C) and enhances the activity of the enzyme. This in turn leads to a stronger inactivation of the downstream protein kinase, blocking the ABA signaling pathway. Based on this relationship, we tried to determine whether ABA signaling is involved in regulating UR and DNRR. When the excised leaves are treated with increasing ABA concentration, UR wavelet power and DNRR efficiency gradually decrease (Fig. 5D-E), suggesting that ABA negatively regulates UR generation and DNRR process. ABA2 is known to play a major function in ABA biosynthesis (Schwartz et al., Plant Physiol. 1997 May;114(1):161-6). Therefore, aba2 Because of the low endogenous ABA in mutant leaves, we hypothesized that aba2 mutant leaves exhibit improved UR and DNRR. To test this hypothesis, the ABA content of wild-type and aba2 mutant leaves before resection (0 hours) and 2-96 hours after resection was measured. In wild-type leaves, ABA levels decreased rapidly after resection (2 hours), and gradually increased with incubation time (FIG. 5F). However, as in previous reports (Leon-Kloosterziel et al., Plant J. 1996 Oct;10(4):655-61), the endogenous ABA content of aba2 leaves was lower than that of wild-type leaves at 0 hours, and increased significantly with further culture. Did not (Fig. 5F). Next, UR and DNRR were investigated in aba2 mutant and wild-type leaves. The UR pattern of wild-type leaves gradually decreased over time, but the UR pattern of the aba2 leaves expanded until after 3 days incubation (DAC) (Fig. 5G-H), consistent with the change in endogenous ABA content (Fig. 5F). . This stable UR pattern in aba2 leaves resulted in a higher rooting rate compared to that of wild-type leaves (Fig. 5I). These data suggest that high endogenous ABA content or enhanced ABA signaling inhibits UR production and DNRR.

실시예Example 6: 호르몬 환경에 의한 6: due to the hormonal environment EAR1EAR1 제어 및 Control and DNRRDNRR 촉진 확인 Palpation confirmation

절제 후, ROU1/EAR1이 UR 및 DNRR을 조절하는 방법을 테스트했다. ROU1/EAR1은 UR의 양성 조절인자이기 때문에, 잎에서 ROU1/EAR1의 수준이 절제 후에 증가하고, 이 수준은 야생형 잎보다 aba2 돌연변이 잎에서 더 높을 것으로 추측했다. 이 가능성을 테스트하기 위해, 야생형 및 aba2 돌연변이 잎에서, 절제 후 ROU1/EAR1 발현 수준을 측정했다. 야생형 잎의 경우, ROU1 / EAR1 전사체 수준은 절제 초기에는 증가했지만, 절제 후 48시간까지 감소했다(도 6A); 이 패턴은 절제된 야생형 잎의 내인성 ABA 함량과 반대였다(도 5F). aba2 돌연변이 잎의 경우, ROU1 / EAR1 발현 패턴은 야생형 잎에서 관찰된 것과 유사했다; 다만, ROU1 / EAR1 전사체 수준은 이후 시점에서 감소하지 않았으며, 이는 aba2 돌연변이 잎에서 안정된 UR 웨이블릿 파워 및 향상된 DNRR 효율성 결과와 일치했다(도 5H-I). 이러한 결과는, UR 및 DNRR에 대한 ROU1/EAR1의 영향이 ABA에 의해 음성적으로 조절된다는 것을 시사한다.After ablation, we tested how ROU1/EAR1 modulates UR and DNRR. Since ROU1/EAR1 is a positive regulator of UR, the level of ROU1/EAR1 in leaves increased after resection, and this level was assumed to be higher in aba2 mutant leaves than in wild-type leaves. To test this possibility, ROU1 /EAR1 expression levels were measured after resection in wild-type and aba2 mutant leaves. For the wild-type leaves, ROU1 / EAR1 transcript levels are increasing but there early excision was reduced to 48 hours after the resection (Figure 6A); This pattern was opposite to the endogenous ABA content of the resected wild-type leaves (Fig. 5F). For aba2 mutant leaves, ROU1 / EAR1 The expression pattern was similar to that observed in wild-type leaves; However, ROU1 / EAR1 Transcript levels did not decrease at later time points, which was consistent with the results of stable UR wavelet power and improved DNRR efficiency in aba2 mutant leaves (Fig. 5H-I). These results suggest that the effect of ROU1/EAR1 on UR and DNRR is negatively regulated by ABA.

다양한 호르몬이 UR과 DNRR에 영향을 미치기 때문에, 변화된 호르몬 환경이 잎자루 부위의 ROU1/EAR1에 영향을 미친다는 가설을 세웠다. 이 가설을 테스트하기 위해 다양한 호르몬 조건에서 ROU1/EAR1 전사체 수준을 측정했다. 절제 후 24시간에서 ROU1 / EAR1 전사체 수준의 상향 조절은, IAA 또는 ABA에 의해 크게 변하지 않았지만, BA에 의해 심각하게 억제되었으며(도 6B), 이전에 관찰된 UR 및 DNRR에 대한 이들 호르몬의 효과와 완벽하게 일치하지는 않았다(도 2H-J 및 5D-E). 또한, 절제된 잎에서 ROU1/EAR1의 시간적 발현 패턴은 관찰된 UR 패턴과 밀접한 상관관계를 보이지 않았다. 예를 들어, ROU1/EAR1 전사체 수준은 절제 후 12시간에서 정점에 도달한 반면(도 6A), UR은 절제 후 최소 72시간까지 견고하게 유지되었다(도 5G). 이전 연구에 따르면 ROU1/EAR1은 성체 잎을 포함한 대부분의 조직에서 발현되지만(Wang et al., Plant Cell. 2018 Apr;30(4):815-834), 추가적인 시공간적 조절이 있을 수 있다. 이 가능성을 테스트하기 위해, ROU1 ::GUS 형질전환 식물을 만들었으며, ROU1 / EAR1이 절제 직후(0시간)에 잎 전체에서 발현되었지만, 절제 후 24시간에서는 강한 잎자루-특이적 국소화를 나타냄을 확인하였다(도 6C).Since various hormones affect UR and DNRR, we hypothesized that the altered hormonal environment affects ROU1/EAR1 in the petiole. To test this hypothesis, ROU1/EAR1 transcript levels were measured under various hormonal conditions. Upregulation of ROU1 / EAR1 transcript levels at 24 hours after the resection is, IAA or did not change much by the ABA, was significantly suppressed by the BA (Fig. 6B), before the effect of these hormones on the UR and DNRR observations Did not match perfectly (Figs. 2H-J and 5D-E). In addition, the temporal expression pattern of ROU1/EAR1 in the excised leaves did not show a close correlation with the observed UR pattern. For example, ROU1/EAR1 transcript levels peaked at 12 hours after resection (Figure 6A), while UR remained robust until at least 72 hours after resection (Figure 5G). Previous studies have shown that ROU1/EAR1 is expressed in most tissues, including adult leaves (Wang et al., Plant Cell. 2018 Apr;30(4):815-834), but there may be additional spatiotemporal regulation. Check represents the specific localization - in order to test this possibility, ROU1 :: GUS transgenic plants were created, ROU1 / EAR1 This has been expressed in full leaf in moderation immediately (0 hour), strong petiole in the 24 hours after ablation (Fig. 6C).

다음으로, CsV :: GFP(control) 및 ROU1 :: ROU1 - GFP 형질전환 식물을 이용하여 잎자루 영역에서 ROU1/EAR1 발현의 시공간적 변화를 탐지했다. CsV :: GFP 식물로부터 절단된 잎에서 GFP의 발현과 비교할 때, ROU1 :: ROU1 - GFP 식물로부터 절단된 잎에서 ROU1/EAR1의 발현은 절단 후 24시간에, 특히 잎자루 영역의 세포의 핵과 세포질(cytoplasm)에서 극적으로 증가했다(도 6D-E). 옥신 처리는 ROU1/EAR1 단백질 수준에 유의한 영향을 미치지 않았지만, ROU1/EAR1 단백질 수준은 하부 잎자루 영역과 비교하여, 증가된 핵 국소화로 인해 상부 잎자루 영역에서 더 높았다(도 6D-E). 이와 대조적으로, ABA 및 CK 처리는 잎자루 영역에서 ROU1/EAR1 축적을 억제했다(도 6D-E). 이 결과는 면역블롯 분석에 의해 뒷받침되었으며, 다양한 호르몬 처리 하에서 ROU1/EAR1 단백질 축적 패턴(항-GFP 항체에 의해 검출)이 GFP 형광의 패턴과 유사한 것으로 나타났다(도 6F). 또한, 절제 후 48시간까지 ROU1/EAR1의 축적에 의해, UR 생성 및 DNRR에 대한 ROU1/EAR1의 효과가 뒷받침되었다. 이러한 결과는 절제된 잎에 대한 식물호르몬의 유효성이 ROU1/EAR1 수준을 제어하여, UR 사이클링 및 DNRR을 조절함을 시사한다.Next, CsV :: GFP (control) and ROU1 :: ROU1 - using a GFP transgenic plants was detected temporal and spatial changes in ROU1 / EAR1 expressed in the leaf stalk region. CsV :: GFP as compared to the GFP expression from the cut leaf from a plant, ROU1 ROU1 :: - in the leaf cut from GFP plants ROU1 / EAR1 expression of the nucleus and cytoplasm of the, in particular petiole region in 24 hours of cutting cells ( cytoplasm) dramatically increased (Fig. 6D-E). Auxin treatment did not significantly affect ROU1/EAR1 protein levels, but ROU1/EAR1 protein levels were higher in the upper petiole region due to increased nuclear localization compared to the lower petiole region (Fig. 6D-E). In contrast, ABA and CK treatment inhibited ROU1/EAR1 accumulation in the petiole area (Fig. 6D-E). This result was supported by immunoblot analysis, and it was found that the ROU1/EAR1 protein accumulation pattern (detected by anti-GFP antibody) was similar to that of GFP fluorescence under various hormone treatments (FIG. 6F). In addition, the effect of ROU1/EAR1 on UR production and DNRR was supported by accumulation of ROU1/EAR1 up to 48 hours after resection. These results suggest that the efficacy of plant hormones on resected leaves controls ROU1/EAR1 levels, thereby regulating UR cycling and DNRR.

DNRR에 대한 ROU1/EAR1의 효과를 결정하기 위해, 절제 후 0, 24, 48, 72 및 96시간에 야생형 및 rou1-1 돌연변이 잎의 잎자루 영역에 대한 RNA-seq 분석을 수행했다. RNA-seq 분석 결과, 유전자 발현의 유사성을 기준으로 12개의 클러스터로 분류된 9,754개의 차별 발현 유전자(DEG)가 밝혀졌다(표 1). 먼저 ROU1 /EAR1이 포함된 클러스터 2에 초점을 맞췄다. 야생형 잎에서, ROU1 / EAR1 전사체 수준은 24시간에서 상향 조절되었고, 그 후 점차 감소했다(도 6G). 그러나, rou1 - 1 잎에서는 ROU1 / EAR1의 전사 수준이 24-48시간에서 증가하지 않았다(도 6G).To determine the effect of ROU1/EAR1 on DNRR, RNA-seq analysis was performed on the petiole regions of wild-type and rou1-1 mutant leaves at 0, 24, 48, 72 and 96 hours after resection. As a result of RNA-seq analysis, 9,754 differentially expressed genes (DEGs) classified into 12 clusters based on the similarity of gene expression were revealed (Table 1). The first focuses on the Cluster 2 contains a ROU1 / EAR1. In wild-type leaves, ROU1 / EAR1 transcript levels were up-regulated in 24 hours, and then gradually decreased (Figure 6G). However, rou1 - The first leaves the transcriptional level of ROU1 / EAR1 did not increase from 24 to 48 hours (Fig. 6G).

DNRR에 대한 ROU1/EAR1의 효과에 대한 추가 이해를 위해, 클러스터 2에 속하는 325개의 유전자에 대한 GO 및 KEGG 농축 분석을 수행했다. 이들 유전자는 'auxin-activated signaling pathway'(GO: 0009734), 'cellular response to auxin stimulus'(GO: 0071365), 'hormone-mediated signaling pathway'(GO: 0009755), 'cellular response to hormone stimulus'(GO: 0032870), 'response to auxin'(GO: 0009733) 및 'response to hormone'(KEGG: 04075)과 같은 옥신 및 호르몬 경로와 관련된 GO terms이 매우 풍부했으며, 이는 이 유전자들이 DNRR과 관련이 있을 수 있음을 의미한다(표 2). 또한, 클러스터 2에서 일부 DNRR-관련 유전자를 확인하였다(도 6H). 옥신 생합성과 연결된 두 개의 YUCCA 유전자(YUC8YUC9) (Hentrich et al., Plant Signal Behav. 2013 Nov; 8(11): e26363) 및 WOX11은 상처 스트레스-유발 옥신 수준 증가에 반응하며, DNRR 동안 AR 기관형성 및 세포 운명 전환에 관여한다(Haecker et al., Development. 2004 Feb;131(3):657-68 등). WOX11은 또한, 캘러스(callus) 형성을 촉진하고 다수의 분리된 식물 조직으로부터 측근 형성에 참여하는 WOX5 /7LBD16 유전자(Berckmans et al., Plant Cell. 2011 Oct;23(10):3671-83 등)의 프로모터에서 cis-elements에 직접 결합하는 것으로 보고되었다(Sheng et al., Development. 2017 Sep 1;144(17):3126-3133). 그러나, WOX5LBD16의 발현은 rou1 돌연변이에서 영향을 받지 않았다.For further understanding of the effect of ROU1/EAR1 on DNRR, GO and KEGG enrichment analyzes were performed for 325 genes belonging to cluster 2. These genes include'auxin-activated signaling pathway' (GO: 0009734),'cellular response to auxin stimulus' (GO: 0071365),'hormone-mediated signaling pathway' (GO: 0009755), and'cellular response to hormone stimulus' ( GO: 0032870),'response to auxin' (GO: 0009733) and'response to hormone' (KEGG: 04075) were very rich in GO terms related to the auxin and hormonal pathways, indicating that these genes may be related to DNRR. It means that you can (Table 2). In addition, some DNRR-related genes were identified in cluster 2 (Fig. 6H). Two YUCCA genes linked to auxin biosynthesis (YUC8 and YUC9 ) (Hentrich et al., Plant Signal Behav. 2013 Nov; 8(11): e26363) and WOX11 respond to wound stress-induced increased levels of auxin, and AR during DNRR It is involved in organogenesis and cell fate transformation (Haecker et al., Development. 2004 Feb;131(3):657-68 et al.). WOX11 also promotes callus formation and participates in entourage formation from multiple isolated plant tissues, the WOX5 /7 and LBD16 genes (Berckmans et al., Plant Cell. 2011 Oct;23(10):3671-83) Et al.) has been reported to directly bind to cis-elements in the promoter (Sheng et al., Development. 2017 Sep 1;144(17):3126-3133). However, the expression of WOX5 and LBD16 was not affected in the rou1 mutation.

9개의 클러스터에 속하는 많은 수의 DEG(8,684)는 시계열 끝에서 야생형 잎과 비교하여 rou1 -1 돌연변이 잎에서 과도한 상향 조절과 같은 유사한 발현 패턴을 보였다(도 6H 및 12). 이 그룹은 DNRR과 관련된 CK 유전자를 포함한다(도 6H). DNRR과 측근 개시 억제자로 알려진 AHP 패밀리 유전자(AHP1 , 3, 4) 및 ARR1(Lavenus et al., Trends Plant Sci. 2013 Aug;18(8):450-8)은 절제 후 48시간에서 상향 조절된다(도 6H). 유사 발현 패턴은 AR 형성 및 xylogenesis에 관여하는 SHR 및 SCR과 같은 전사 인자(Della Rovere et al., Ann Bot. 2015 Mar; 115(4): 617-628)와 성장 및 재생에 영향을 미치는 GCN5 및 SDG2와 같은 후생적 조절 인자(Servet et al., Mol Plant. 2010 Jul;3(4):670-7)를 코딩하는 유전자에 의해 유사한 발현 패턴이 나타났다. 이러한 결과는 EAR1의 부재가 절제 후 상이한 시점에서 잎의 옥신 및 CK 신호를 변경하고, 이러한 식물호르몬 불균형은 저하된 DNRR로 이어질 수 있음을 설명한다. 종합하면, 호르몬 환경의 영향을 받는 ABA 신호전달 구성요소인 ROU1/EAR1이 복잡한 유전자 발현 네트워크의 조절을 통해, 절제된 잎에서 UR을 생성하고 DNRR을 촉진함을 시사한다. 따라서 ROU1/EAR1은 불리한 조건에서의 생존 메커니즘을 제공한다.DEG (8,684), a large number of belonging to the cluster of nine showed similar expression patterns, such as excessive up-regulated in rou1 -1 mutant leaves compared to wild type leaves and end at time series (FIG. 6H and 12). This group contains the CK genes associated with DNRR (Figure 6H). DNRR and AHP family genes known as entourage initiation inhibitors (AHP1 , 3, 4 ) and ARR1 (Lavenus et al., Trends Plant Sci. 2013 Aug;18(8):450-8) are upregulated at 48 hours after resection. (Figure 6H). Similar expression patterns include transcription factors such as SHR and SCR (Della Rovere et al., Ann Bot. 2015 Mar; 115(4): 617-628), which are involved in AR formation and xylogenesis, and GCN5 and GCN5, which affect growth and regeneration. Similar expression patterns were shown by genes encoding epigenetic regulatory factors such as SDG2 (Servet et al., Mol Plant. 2010 Jul;3(4):670-7). These results demonstrate that the absence of EAR1 alters the auxin and CK signals of the leaves at different time points after resection, and this plant hormone imbalance may lead to decreased DNRR. Taken together, it is suggested that ROU1/EAR1, an ABA signaling component that is affected by the hormonal environment, produces UR in resected leaves and promotes DNRR through regulation of a complex gene expression network. Thus, ROU1/EAR1 provides a mechanism for survival in adverse conditions.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (5)

EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자에 의해 형질전환된 식물체.
Plants transformed by the gene encoding EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1).
EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 신규 뿌리 재생(de novo root regeneration) 촉진 방법.
A method for promoting de novo root regeneration of a plant comprising the step of transforming a plant with a gene encoding EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1).
제2항에 있어서, 상기 식물체는 애기장대(Arabidopsis)인 것을 특징으로 하는 신규 뿌리 재생 촉진 방법.
The method of claim 2, wherein the plant is Arabidopsis.
제2항에 있어서, 상기 EAR1는 식물체의 잎자루(petiole)에서 초주일 리듬(Ultradian rhythm)을 생성하는 것을 특징으로 하는 신규 뿌리 재생 촉진 방법.
The method of claim 2, wherein the EAR1 generates an Ultradian rhythm in a petiole of a plant.
EAR1(Enhancer of ABA co-Receptor 1)를 코딩하는 유전자로 식물체를 형질전환시키는 단계를 포함하는 식물체의 노화 억제 방법.A method for inhibiting aging of a plant comprising transforming the plant with a gene encoding EAR1 (Enhancer of ABA co-Receptor 1).
KR1020200119188A 2019-09-20 2020-09-16 A Method for De novo Root Regeneration of Plant based on an Ultradian Rhythm KR20210034514A (en)

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