KR20210053409A - 140ES91 maize mutant induced by EMS treatment for use in enhancing salt tolerance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 EMS(Ethyl Methane Sulfate) 처리에 의해 유도된 내염성이 증진된 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체에 관한 것으로, 구체적으로 옥수수 품종 KS140 Inbred 라인에 EMS를 처리하여 유도된 돌연변이체로 염 처리시 생육이 우수한 내염성이 증진된 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체, 상기 옥수수 140ES91 돌연변이체를 포함하는 식품 조성물, 및 사료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a feed corn 140ES91 mutant with improved salt resistance induced by EMS (Ethyl Methane Sulfate) treatment, and specifically, a mutant derived by treatment with EMS in a corn variety KS140 Inbred line, which has excellent salt resistance when salt treatment It relates to the enhanced feed corn 140ES91 mutant, a food composition comprising the corn 140ES91 mutant, and a feed composition.
작물 재배를 위해 관개(irrigation)를 하면, 농경지 내의 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 황산염, 염소 등의 수용성 염의 농도가 증가하게 된다. 염이 일정수준 이상 토양에 축적되면 작물이 뿌리를 통해 수분을 흡수하는 기능이 저하되고, 식물 세포가 정상적인 대사활동을 할 수 없게 된다.When irrigation is performed for crop cultivation, the concentration of water-soluble salts such as sodium, calcium, magnesium, potassium, sulfate, and chlorine in the agricultural land increases. When salt accumulates in the soil above a certain level, the ability of the crop to absorb moisture through the roots decreases, and the plant cells cannot perform normal metabolic activities.
염의 농도가 높으면 높을수록 식물로 흡수되는 수분의 양이 감소하기 때문에 작물의 생산량이 감소할 뿐만 아니라, 작물 자체가 아예 사멸하는 지경까지 이를 수도 있다. 이와 같은 염에 의한 피해는 작물의 생산성을 심각하게 제약하는 요인 가운데 하나로, 해결이 어려운 농학 분야의 난제 중에 하나이다.The higher the concentration of salt, the less the amount of water absorbed into the plant, the less the production of the crop is, and the crop itself may even die. Such damage caused by salt is one of the factors that seriously limit the productivity of crops, and is one of the difficulties in the agricultural field that is difficult to solve.
특히, 대규모로 개발된 간척지에 완전히 제염이 되지 않아 염이 남아있는 지역에 재배가 가능한 내염성이 증진된 작물을 개발이 필요하다.In particular, it is necessary to develop crops with improved salt resistance that can be cultivated in areas where salt remains due to not being completely decontaminated in reclaimed lands developed on a large scale.
한편, 가축 및 이들이 생산하는 생산품은 인류가 생존하기 위해 필요한 단백질의 주요 공급원으로서, 가축의 사육 및 이용의 발전은 인류 건강과 생활의 질의 향상에 밀접한 관련이 있다. 가축을 사육하기 위한 사료는 현재 많은 부분 곡물이 사용되고 있고, 인구의 증가에 따라 곡물의 수요가 증대되어 사료용 곡물의 재배가 더욱 요구되고 있다.On the other hand, livestock and the products they produce are major sources of protein necessary for human survival, and the development of breeding and use of livestock is closely related to the improvement of human health and quality of life. Currently, a large part of grain is used as feed for raising livestock, and as the demand for grain increases as the population increases, cultivation of grain for feed is further required.
가축을 위한 사료로는 주로 옥수수, 대두박, 참깨, 맥류 등이 사용되고 있는데, 옥수수를 비롯한 사료용 작물은 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이에 사료용 작물의 자급율을 높이기 위하여 국내 대규모로 개발된 간척지와 같은 유휴지를 활용할 수 있도록 내염성이 증진된 사료용 작물의 개발이 필요하다.As feed for livestock, corn, soybean meal, sesame seeds, and pulses are mainly used, and feed crops, including corn, are dependent on imports. Accordingly, in order to increase the self-sufficiency rate of feed crops, it is necessary to develop feed crops with improved salt resistance so that idle lands such as reclaimed lands developed on a large scale in Korea can be utilized.
따라서, 농경지의 염화 문제를 해결하기 위해 교배와 같은 품종 개량법을 통해 내염성 작물을 개발하려는 연구가 많이 진행되고 있으나, 뚜렷한 성과를 얻지 못했다.Therefore, in order to solve the problem of chlorination in agricultural land, many studies are being conducted to develop salt-resistant crops through variety improvement methods such as crossing, but no clear results have been obtained.
이러한 배경 하에, 본 발명자들은 내염성을 향상시키기 위한 사료용 옥수수를 제공하고자 예의 노력한 결과, EMS 처리에 의해 유도된 140ES91 돌연변이체를 선발하였고, 상기 140ES91 돌연변이체는 염 처리시 발아, 간장(stem length) 및 뿌리(root)의 생육이 우수한 증진된 내염성을 가지고 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Under this background, the present inventors selected the 140ES91 mutant induced by EMS treatment as a result of earnest efforts to provide corn for feed to improve salt resistance, and the 140ES91 mutant was germinated during salt treatment, stem length, and The present invention was completed by confirming that the growth of the root has excellent enhanced salt resistance.
본 발명의 하나의 목적은 내염성이 증진된 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a feed corn 140ES91 mutant with improved salt resistance.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 옥수수 140ES91 돌연변이체를 포함하는 식품 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a food composition comprising the corn 140ES91 mutant.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 옥수수 140ES91 돌연변이체를 포함하는 사료 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a feed composition comprising the corn 140ES91 mutant.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.This will be described in detail as follows. Meanwhile, each description and embodiment disclosed in the present invention can be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of various elements disclosed in the present invention belong to the scope of the present invention. In addition, it cannot be seen that the scope of the present invention is limited by the specific description described below.
또한, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 통상의 실험만을 사용하여 본 발명에 기재된 본 발명의 특정 양태에 대한 다수의 등가물을 인지하거나 확인할 수 있다. 또한, 이러한 등가물은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.In addition, those of ordinary skill in the art can recognize or ascertain using only routine experimentation a number of equivalents to the specific aspects of the invention described herein. Also, such equivalents are intended to be included in the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양태는 내염성이 증진된 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체를 제공한다.One aspect of the present invention for achieving the above object provides a feed corn 140ES91 mutant with improved salt resistance.
본 발명의 "내염성"은 식물체가 염이 집적된 농도에 견디어 생육할 수 있는 성질로, 염분이 높은 환경에 대한 식물의 저항성을 의미한다. 상기 "염(salt)"은 산의 음이온과 염기의 양이온이 정전기적 인력으로 결합하고 있는 이온성 물질인 화합물을 말하고, 염화나트륨을 주성분으로 하는 소금 결정도 염에 해당된다."Salt resistance" of the present invention is a property that can withstand the concentration in which the salt is accumulated and grows, and refers to the resistance of the plant to a high salt environment. The "salt" refers to a compound which is an ionic substance in which an anion of an acid and a cation of a base are bound by electrostatic attraction, and a salt crystallization salt containing sodium chloride as a main component is also used.
본 발명의 "사료"는 축산업에서 가축을 사육하기 위해 가축에게 공급되는 먹이 및 영양공급원을 의미하며, 본 발명의 사료용 조성물을 적용할 수 있는 개체는 특별히 제한되지 않고, 어떠한 형태의 것이든 적용 가능하다. 예를 들면, 닭, 돼지, 원숭이, 개, 고양이, 마우스, 소, 양, 염소 등과 같은 동물에 제한없이 적용 가능하다. 상기 사료는 대부분 곡물을 이용하여 여러 형태로 가공된다. 본 발명의 구체적인 일 구현예에서 상기 사료는 옥수수일 수 있고, 보다 구체적으로 내염성이 증진된 사료용 옥수수 돌연변이체일 수 있고, 보다 더 구체적으로 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다."Feed" of the present invention refers to a source of food and nutrition supplied to livestock in order to raise livestock in the livestock industry, and the individual to which the composition for feed of the present invention can be applied is not particularly limited, and any form can be applied Do. For example, it can be applied without limitation to animals such as chickens, pigs, monkeys, dogs, cats, mice, cows, sheep, goats, etc. Most of the feed is processed into various forms using grains. In a specific embodiment of the present invention, the feed may be corn, more specifically, it may be a feed corn mutant with improved salt resistance, and more specifically, it may be a feed corn 140ES91 mutant, but is not limited thereto.
본 발명의 "옥수수 140ES91 돌연변이체"는 EMS 처리에 의해 유도된 사료용 옥수수 돌연변이체로 선발된 것이다. 본 발명의 구체적인 일 구현예에서 상기 돌연변이체는 KS140 Inbred 라인에 EMS를 처리하여 유도된 옥수수 돌연변이체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 옥수수 140ES91 돌연변이체는 국립농업과학원(KACC)에 기탁하여 수탁번호 KACC98064P를 부여받았다.The "corn 140ES91 mutant" of the present invention was selected as a feed maize mutant induced by EMS treatment. In a specific embodiment of the present invention, the mutant may be a corn mutant induced by treating EMS in the KS140 Inbred line, but is not limited thereto. The corn 140ES91 mutant was deposited with the National Academy of Agricultural Sciences (KACC) and was given an accession number KACC98064P.
본 발명의 "EMS 처리에 의해 유도된 돌연변이체"는 식물체에 EMS를 처리하여 돌연변이의 빈도를 높여 그 중에서 유용한 변이체를 여러 세대에 걸쳐 선발 육성하는 것을 의미한다. 이는 1 내지 2개의 주요 특성을 변화시킴으로써 식물 다양성을 개선하고, 향상된 농업적 특성을 가지는 새로운 품종 개발에 사용될 수 있다.The "mutant induced by EMS treatment" of the present invention means that plants are treated with EMS to increase the frequency of mutations, and useful mutants are selected and grown for several generations. It can be used to improve plant diversity by changing one to two main characteristics, and to develop new varieties with improved agricultural characteristics.
본 발명의 "EMS"는 에틸 메탄 설페이트(Ethyl Methane Sulfate)로 불리우는 변이원성 유기 화합물을 말한다. 상기 EMS는 하기 화학식 Ⅰ로 표시되는 화합물이다."EMS" of the present invention refers to a mutagenic organic compound called ethyl methane sulfate (Ethyl Methane Sulfate). The EMS is a compound represented by the following formula (I).
[화학식 Ⅰ][Chemical Formula Ⅰ]
상기 화합물 EMS는 뉴클레오티드 치환에 의해 유전 물질에서 무작위 돌연변이(random mutation)을 유도할 수 있다. 특히, 구아닌 알킬화에 의해 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 돌연변이는 점돌연변이일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The compound EMS can induce random mutations in genetic material by nucleotide substitution. In particular, it may be made by guanine alkylation, but is not limited thereto. The mutation may be a point mutation, but is not limited thereto.
본 발명의 "돌연변이체"는 돌연변이가 일어난 유전자를 지닌 개체를 의미한다. 상기 돌연변이의 발생 원인은 식물체에 EMS를 처리하면 염색체나 DNA의 일부를 변화시킴으로 유전자 정보전달의 신호 체계가 바뀌게 되고, 이러한 변화가 일어난 세포에서 개체가 발생하면 돌연변이체가 된다.The "mutant" of the present invention means an individual carrying a gene in which a mutation has occurred. The cause of the mutation is that when EMS is treated in a plant, a part of the chromosome or DNA is changed, thereby changing the signaling system of gene information transmission, and when an individual occurs in the cell in which such change occurs, it becomes a mutant.
본 발명의 구체적인 일 구현예에서 상기 140ES91 돌연변이체는 염처리 후 내염성 관련 유전자 ABF9-1, ABF9-2, CIPK21-2 유전자의 발현이 증가되고, CIPK21-1, CIPK31 유전자의 발현이 감소되는 특성이 있어 비돌연변이체와 비교하여 유전자 발현양의 차이가 있음을 확인하였다(실시예 4).In a specific embodiment of the present invention, the 140ES91 mutant is characterized by increasing the expression of the genes ABF9-1, ABF9-2, and CIPK21-2 genes related to flame resistance after salt treatment, and decreasing the expression of the genes CIPK21-1 and CIPK31 It was confirmed that there is a difference in the amount of gene expression compared to the non-mutant (Example 4).
또한, 본 발명의 또 다른 구체적인 일 구현예에서 상기 140ES91 돌연변이체는 염처리 후 비돌연변이체보다 발아, 간장(stem length) 및 뿌리(root)의 생육이 우수함을 확인하였다(실시예 5).In addition, in another specific embodiment of the present invention, it was confirmed that the 140ES91 mutant has superior germination, stem length, and root growth than the non-mutant after salt treatment (Example 5).
본 발명의 다른 하나의 양태는 상기 옥수수 140ES91 돌연변이체를 포함하는 식품 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a food composition comprising the corn 140ES91 mutant.
본 발명의 "옥수수 140ES91 돌연변이체"는 상기에서 설명한 바와 같다.The "corn 140ES91 mutant" of the present invention is as described above.
본 발명의 "식품"은 사람이 먹을 수 있는 천연의 상태 또는 가공, 조리한 상태의 물품을 의미하며, 상기 식품의 종류는 특별이 제한되지 않고 통상적인 의미의 식품을 모두 포함할 수 있다. 상기 물질을 첨가할 수 있는 식품의 비제한적인 예로는 육류, 소시지, 빵, 초콜릿, 캔디류, 스낵류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알코올 음료 및 비타민 복합제 등을 들 수 있다. 상기 조성물을 식품 첨가물로 사용할 경우, 상기 조성물을 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함게 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다."Food" of the present invention refers to a product in a natural state that can be eaten by humans or in a processed or cooked state, and the kind of the food is not particularly limited and may include all foods in a conventional sense. Non-limiting examples of foods to which the above substances can be added include meat, sausage, bread, chocolate, candy, snacks, confectionery, pizza, ramen, other noodles, gum, dairy products including ice cream, various soups, beverages, tea. , Drinks, alcoholic beverages, and vitamin complexes. When the composition is used as a food additive, the composition may be added as it is or may be used with other foods or food ingredients, and may be appropriately used according to a conventional method.
본 발명의 "식품 조성물"은 식품학적으로 허용 가능한 성분을 추가로 포함하는 조성물을 말한다. 상기 식품 조성물에는 통상 사용되어 냄새, 맛, 시각 등을 향상시킬 수 있는 추가 성분을 포함할 수 있다. 예들 들어, 비타민 A, C, D, E, B1, B2, B6, B12, 니아신(niacin), 비오틴(biotin), 폴레이트(folate), 판토텐산(panthotenic acid) 등을 포함할 수 있다. 또한, 아연(Zn), 철(Fe), 칼슘(Ca), 크롬(Cr), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 구리(Cu), 크륨(Cr) 등의 미네랄; 및 라이신, 트립토판, 시스테인, 발린 등의 아미노산을 포함할 수 있다. 상기 식품 조성물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 의하여 제조가능하며, 상기 제조 시에는 당업계에서 통상적으로 첨가하는 원료 및 성분을 첨가하여 제조할 수 있다. The "food composition" of the present invention refers to a composition further comprising a food pharmaceutically acceptable ingredient. The food composition may include additional ingredients that are commonly used to improve odor, taste, vision, and the like. For example, vitamins A, C, D, E, B1, B2, B6, B12, niacin, biotin, folate, panthotenic acid, and the like may be included. In addition, minerals such as zinc (Zn), iron (Fe), calcium (Ca), chromium (Cr), magnesium (Mg), manganese (Mn), copper (Cu), and chromium (Cr); And amino acids such as lysine, tryptophan, cysteine, and valine. The food composition may be prepared by a method commonly used in the art, and during the production, it may be prepared by adding raw materials and ingredients commonly added in the art.
본 발명의 구체적인 일 구현예에서, 상기 식품 조성물은 옥수수 돌연변이체를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 옥수수 140ES91 돌연변이체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In a specific embodiment of the present invention, the food composition may include a corn mutant, and more specifically, may include a corn 140ES91 mutant, but is not limited thereto.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 상기 옥수수 140ES91 돌연변이체를 포함하는 사료 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a feed composition comprising the corn 140ES91 mutant.
본 발명의 "옥수수 140ES91 돌연변이체", 및 "사료"는 상기에서 설명한 바와 같다.The "corn 140ES91 mutant", and "feed" of the present invention are as described above.
본 발명의 "사료 조성물"은 가축을 사육하기 위해 반드시 공급되어야 할 필수 영양소, 에너지, 아미노산, 광물질, 비타민 및 물을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 구체적인 일 구현예에서, 옥수수는 본 발명의 사료 조성물의 탄수화물 공급원으로서 사용된다. 상기 옥수수는 조섬유 함량이 낮고 소화율이 높아 기호성이 있는 사료 조성물일 수 있다.The "feed composition" of the present invention may include, but is not limited to, essential nutrients, energy, amino acids, minerals, vitamins, and water that must be supplied to raise livestock. In a specific embodiment of the present invention, corn is used as a carbohydrate source in the feed composition of the present invention. The corn may be a feed composition having a low crude fiber content and high digestibility, and thus palatability.
본 발명의 구체적인 일 구현예에서, 상기 사료 조성물은 옥수수 돌연변이체를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 옥수수 140ES91 돌연변이체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In a specific embodiment of the present invention, the feed composition may include a corn mutant, and more specifically, may include a corn 140ES91 mutant, but is not limited thereto.
따라서, 본 발명의 EMS 처리에 의해 유도된 내염성이 증진된 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체는 비돌연변이체에 비하여 염처리 후 생육 상태가 우수하여, 제염이 되지 않아 염이 남아있는 대규모 간척지 등 넓은 지역에 재배가 가능하고, 사료용 작물의 자급율을 높여 그 활용도가 높을 것으로 기대된다.Therefore, the 140ES91 mutant for feed corn with improved salt resistance induced by the EMS treatment of the present invention has excellent growth status after salt treatment compared to the non-mutant, and is cultivated in a large area such as large reclaimed lands where salt remains because it is not decontaminated. It is possible, and it is expected that its utilization will be high by increasing the self-sufficiency rate of feed crops.
본 발명의 EMS 처리에 의해 유도된 내염성 증진된 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체는 제염이 되지 않아 염이 남아있는 대규모 간척지 등 넓은 지역에 재배가 가능하고, 특히 내염성 증진 사료용 옥수수를 개발하여 사료용 작물의 자급율을 높여 그 활용도가 높을 것으로 기대된다.The 140ES91 mutant for feed corn with improved salt resistance induced by EMS treatment of the present invention is not decontaminated and can be cultivated in a wide area such as large reclaimed lands where salt remains. It is expected that its utilization will be high.
도 1은 강다옥(KS140)에 EMS를 처리하고 이에 따른 생육을 나타낸 도이다.
도 2는 0.7% NaCl 처리 조건에서 EMS 돌연변이체 계통의 내염성 증진 라인을 선발한 도이다.
도 3은 KS140 계통의 EMS에 의해 유도된 돌연변이체 140ES91의 염색체 상 변이가 일어난 유전자의 발현 양상을 분석을 위해 사용한 RT-PCR 프라이머 서열을 나타낸 도이다.
도 4는 KS140 계통의 EMS에 의해 유도된 돌연변이체 140ES91의 염색체 상 변이가 일어난 유전자의 발현 양상을 분석한 도이다.
도 5는 비돌연변이체와 돌연변이체 140ES91의 내염성 관련 유전자의 발현을 분석하기 위해 사용한 프라이머 서열을 나타낸 도이다.
도 6은 RT-PCR에 의한 비돌연변이체와 돌연변이체 140ES91의 내염성 관련 유전자의 발현을 분석한 도이다.
도 7은 RT-qPCR에 의한 비돌연변이체와 돌연변이체의 내염성 관련 유전자의 발현을 분석한 도이다.
도 8은 비돌연변이체 KS140과 돌연변이체 140ES91의 염 저항성을 분석한 도이다.
도 9는 비돌연변이체 KS140과 돌연변이체 140ES91의 간장과 뿌리 길이를 비교한 도이다.1 is a diagram showing the growth according to the treatment of EMS in Kang Da-ok (KS140).
Figure 2 is a diagram showing the selection of the line for improving the flame resistance of the EMS mutant line under 0.7% NaCl treatment conditions.
3 is a diagram showing an RT-PCR primer sequence used for analysis of the expression pattern of a gene in which a mutation on the chromosome of a mutant 140ES91 induced by EMS of the KS140 line has occurred.
4 is a diagram illustrating the expression pattern of a gene in which a mutation on the chromosome of the mutant 140ES91 induced by EMS of the KS140 line has occurred.
FIG. 5 is a diagram showing primer sequences used to analyze the expression of genes related to flame resistance of non-mutant and mutant 140ES91.
6 is a diagram illustrating the expression of genes related to flame resistance of non-mutant and mutant 140ES91 by RT-PCR.
7 is a diagram illustrating the expression of genes related to flame resistance of non-mutants and mutants by RT-qPCR.
8 is a diagram illustrating salt resistance analysis of non-mutant KS140 and mutant 140ES91.
9 is a diagram comparing liver and root lengths of non-mutant KS140 and mutant 140ES91.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for explaining the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
실시예 1. EMS 처리에 의한 사료용 옥수수 돌연변이 유도Example 1. Induction of maize mutation for feed by EMS treatment
1-1. 화학적 처리에 의한 돌연변이 유도1-1. Induction of mutation by chemical treatment
돌연변이 집단 품종으로 KS140(모) Inbred 라인을 선별하고, EMS(Ethyl Methane Sulfate)를 0%, 0.3%, 0.5%, 0.7%의 농도로 처리 후 발아 및 생육상태 조사 결과 0.5%에서 변이 정도가 가장 적당함을 확인하였다.After selecting the KS140 (parent) Inbred line as a mutant breed and treating the EMS (Ethyl Methane Sulfate) at concentrations of 0%, 0.3%, 0.5%, and 0.7%, the degree of mutation was the most in 0.5% as a result of germination and growth status investigation. It was confirmed that it was suitable.
1-2. EMS 0.5%를 처리한 옥수수 포장 증식1-2. Corn package propagation treated with EMS 0.5%
KS140(모) Inbred 라인에 0.5% EMS을 처리한 종자를 포장에 파종하여 2주간 재배한 후 생육이 가능한 개체에 대하여 고정 계통 종자 확보를 위해 포장에 이식하여 세대 진전을 위하여 자가 교배로 종자를 수득하였다.Seeds treated with 0.5% EMS in the KS140 (parent) Inbred line are sown in the field, cultivated for 2 weeks, and then transplanted to the field to secure fixed lineage seeds for individuals that can grow, and obtain seeds through self-crossing for generational advancement. I did.
실시예 2. 돌연변이체 사료용 옥수수 내염성 증진 계통 선발Example 2. Selection of strains for enhancing salt resistance of corn for mutant feed
2-1. 내염성 증진 돌연변이체 선발을 위한 온실 내 선발 방법 개발2-1. Development of a selection method in a greenhouse for selection of salt-resistant mutants
EMS 처리에 의해 KS140 계통에서 자가 교배 M2 계통을 수득하였다. 온실 내에서 50공 포트에 계통당 20개의 종자를 파종하여 3주간 재배하는 동안 총 7L의 0.7% NaCl 농도에서 재배하여 선발하였다.A self-crossing M2 line was obtained from the KS140 line by EMS treatment. In the greenhouse, 20 seeds were sown per line in 50 hole pots, and selected by cultivation at a total concentration of 7 L of 0.7% NaCl during cultivation for 3 weeks.
EMS 처리에 의하여 얻어진 돌연변이체에 대해 0.7% NaCl에서 생존하는 라인을 선발하였다. 선발된 Inbred 계통 KS140 677 계통의 돌연변이체 종자 확보를 위해 자가 교배 후 종자를 수확하였다.Lines surviving in 0.7% NaCl were selected for mutants obtained by EMS treatment. To secure mutant seeds of the selected Inbred line KS140 677 line, the seeds were harvested after self-crossing.
2-2. EMS 처리에 의해 확보된 M2, M3, M4 종자의 내염성 분석2-2. Analysis of salt resistance of M2, M3, M4 seeds obtained by EMS treatment
EMS 처리에 의해 얻어진 각 계통 별 자가 교배에 의해 M2, M3, M4 종자를 확보하였다.M2, M3, and M4 seeds were obtained by self-crossing for each line obtained by EMS treatment.
온실에서 50공 플레트에 0.7% NaCl 농도에서 3주간 처리하여 내염성이 증진된 계통을 선발하였다.Lines with improved salt resistance were selected by treating a 50 hole plate in a greenhouse at a concentration of 0.7% NaCl for 3 weeks.
2-3. EMS 처리에 의해 수득된 돌연변이체들 중 내염성이 증진된 라인 선발2-3. Selection of lines with improved flame resistance among mutants obtained by EMS treatment
EMS 처리에 의해 얻어진 돌연변이체들 중에서 0.7% NaCl 처리 후 내염성이 증진된 계통을 선발하였다(도 2).Among the mutants obtained by EMS treatment, lines with improved salt resistance after 0.7% NaCl treatment were selected (FIG. 2).
실시예 3. 기내 배양에 의한 내염성 증진 돌연변이체 선발Example 3. Selection of mutants for improving flame resistance by in-flight culture
비돌연변이체와 돌연변이체의 내염성 증진 관련 유전자의 발현 양상 분석 등에 이용된 염 처리 재료는 25℃ 기내에서 0.5% NaCl이 첨가된 배지에서 10일 정도 재배한 후 샘플링하여 사용하였다.The salt-treated material used for analysis of the expression pattern of genes related to the enhancement of flame resistance of non-mutants and mutants was cultivated in a medium containing 0.5% NaCl at 25° C. for about 10 days, and then sampled and used.
실시예 4. 내염성 증진 사료용 옥수수 돌연변이체를 이용한 내염성 관련 유전자들의 특성 규명Example 4. Characterization of flame resistance-related genes using corn mutants for improved salt resistance
4-1. 내염성 증진 돌연변이체의 유전변이 분석4-1. Analysis of genetic variation in flame resistance enhancing mutants
비돌연변이체와 내염성 증진 돌연변이체의 유전적 변이 분석을 위하여 각 계통의 DNA를 추출하여 유전체재해석(resequencing) 분석을 의뢰하였다. 그리고 상기 비돌연변이체와 돌연변이체들의 유전체재해석 결과를 이용하여 돌연변이체에서 변이된 영역 및 관련 유전자를 탐색하였다(표 1).In order to analyze the genetic variation of non-mutant and flame-resistant mutant, DNA of each line was extracted and a resequencing analysis was requested. In addition, the mutated regions and related genes in the mutant were searched using the genome re-analysis results of the non-mutant and mutant (Table 1).
유전체 재해석을 위한 비교 데이터는 Zea mays inbred line B73 (http://plants.ensembl.org/Zea_mays/Info/Index, AGPv4, RefGen_v4)을 활용하였다.For comparison data for genome reinterpretation, Zea mays inbred line B73 ( http://plants.ensembl.org/Zea_mays/Info/Index , AGPv4, RefGen_v4) was used.
KS140 계통의 내염성 증진 돌연변이체의 유전체재해석 후 비돌연변이체와 돌연변이체의 변이 영역을 비교 분석한 결과, 39곳의 아미노산 변이와 유전자 관련 변이 150곳 외 intergenic 영역에 1,016곳의 변이가 발생하여 전체적인 변이가 1,166개로 확인되었다.As a result of comparing and analyzing the mutant regions of the non-mutant and mutant after the genome re-analysis of the KS140 line of flame resistance enhancing mutants, 39 amino acid mutations and 150 gene-related mutations, as well as 1,016 mutations occurred in the intergenic region. There were 1,166 mutations.
돌연변이체들의 유전체재해석 결과, 사료용 옥수수의 염색체 상에 SNP 또는 Indel이 발생한 영역은 intron 영역에 71곳, 5'UTR 영역에 13곳과 3'UTR 영역에 11곳에서도 변이가 확인되었다.As a result of genomic re-analysis of the mutants, mutations were also found in 71 locations in the intron region, 13 locations in the 5'UTR domain, and 11 locations in the 3'UTR domain in the region where SNP or Indel occurred on the chromosome of feed corn.
4-2. 내염성 증진 돌연변이체에서 탐색된 유전자의 특성 및 기능 분석4-2. Analysis of the characteristics and functions of genes found in flame resistance enhancing mutants
비돌연변이체와 돌연변이체 140ES91의 NaCl 처리에 의해 발현양상 분석을 위하여 무처리구와 0.5% NaCl 처리 조건에서 10일간 자란 샘플을 이용하였다. In order to analyze the expression pattern of the non-mutant and mutant 140ES91 by NaCl treatment, samples grown for 10 days in the untreated group and 0.5% NaCl treatment condition were used.
내염성 증진 돌연변이체의 유전 변이가 일어난 유전자의 발현 양상 분석을 위해 RT-PCR에 이용된 샘플은 기내 배양에 의해 재배된 0.5% NaCl 처리된 샘플에서 RNA를 추출하였다. 비돌연변이체 KS140과 돌연변이체 140ES91의 잎에서 total RNA를 추출하여 Sprint RT Complete-OligodT(Clontech) 를 이용하여 first-strand cDNA를 합성하였다. BioRad C1000 PCR 기를 이용하여 PCR 반응 cycle은 98.0℃에서 5분간 해리시킨 후 98.0℃에서 30초간 58.0℃에서 30초간 다시 72.0℃에서 1분 동안 반응시켜 30회 반복하고 마지막으로 72.0℃에서8분간 반응시켰다. 도 3에 나타낸 프라이머(primer) 서열을 사용하여 PCR 한 후 1% agarose에 전기영동하여 발현량을 확인하였고, 결과 분석은 Actin 유전자를 기준으로 비교 분석하였다(도 4).RNA was extracted from samples treated with 0.5% NaCl grown by in-flight culture for the samples used for RT-PCR to analyze the expression pattern of the gene in which the genetic mutation of the flame resistance enhancing mutant occurred. Total RNA was extracted from the leaves of non-mutant KS140 and mutant 140ES91, and first-strand cDNA was synthesized using Sprint RT Complete-OligodT (Clontech). Using the BioRad C1000 PCR machine, the PCR reaction cycle was dissociated at 98.0°C for 5 minutes, then reacted at 98.0°C for 30 seconds at 58.0°C for 30 seconds again at 72.0°C for 1 minute, repeated 30 times, and finally at 72.0°C for 8 minutes. . After PCR using the primer sequence shown in FIG. 3, the expression level was confirmed by electrophoresis on 1% agarose, and the result analysis was compared and analyzed based on the Actin gene (FIG. 4).
140ES91 돌연변이체에 아미노산 변이를 초래한 Serine/threonine-protein kinase AGC1-5 유전자는 Leucine(L)이 Glutamine(Q)으로 변이가 일어남을 확인 하였고, RT-PCR 반응 결과 비돌연변이체에서는 염 처리 후 발현량이 감소하였으며, 140ES91 계통은 염처리 전에는 거의 발현이 되지 않다가 염 처리 후 발현량이 증가됨을 확인하였다. Serine/threonine-protein kinase AGC1-5 gene that caused amino acid mutation in the 140ES91 mutant was confirmed to be mutated from Leucine (L) to Glutamine (Q), and as a result of RT-PCR reaction, it was expressed after salt treatment in the non-mutant. The amount decreased, and it was confirmed that the 140ES91 strain was hardly expressed before salt treatment, but increased after salt treatment.
ATP synthase subunit gamma mitochondrial 유전자는 Alanine(A)이 Glycine(G)으로 변이가 발생 했으며, RT-PCR 반응 결과 비돌연변이체와 140ES91 계통에서 염처리 전 비돌연변이체에서 발현량이 약간 많았으며 염 처리 후에는 비돌연변이체와 140ES91 계통간 발현량이 비슷하였다. 또한 아미노산 변이가 초래되지는 않았지만 5‘-UTR과 Intron에 SNP 또는 InDel 변이가 발생한 유전자들에 대해 RT-PCR에 의한 발현분석 결과 유전적 변이가 일어난 전체 150개의 유전자들 중 내염성 스트레스와 관련이 있는 유전자들에 대해 비돌연변이체와 돌연변이체 140ES91 계통간의 염 처리 전과 후를 RT-PCR에 의해 발현양상을 분석한 결과 COP1 유전자는 염 처리 전 비돌연변이체가 돌연변이체에 비해 발현량이 많았으며 염 처리 후에도 두 계통간 발현 패턴은 변화지 않았다. The ATP synthase subunit gamma mitochondrial gene was mutated from Alanine (A) to Glycine (G), and as a result of RT-PCR reaction, the expression level was slightly higher in the non-mutant before salt treatment in the non-mutant and 140ES91 line. The expression levels between the non-mutant and 140ES91 strains were similar. In addition, as a result of expression analysis by RT-PCR for genes with SNP or InDel mutations in 5'-UTR and Intron, although amino acid mutations were not caused, among the total 150 genes in which genetic mutations occurred, they were related to infectious stress. As a result of analyzing the expression patterns of the genes before and after salt treatment between the non-mutant and mutant 140ES91 strains by RT-PCR, the COP1 gene was expressed more than the mutant in the non-mutant before salt treatment. The expression pattern between lineages did not change.
YABBY 유전자의 경우도 염 처리 전 비돌연변이체가 돌연변이체에 비해 발현량이 많았으며 염처리 후에는 두 계통 모두 발현량이 증가함을 확인하였다. Translation elongation factor 유전자는 비돌연변이체 보다 돌연변이체에서 발현량이 높았으며 염 처리후에는 발현량에 차이는 없었다. Aldo-keto reductase과 Myb98 유전자는 비돌연변이체에서는 염 처리전에는 거의 발현되지 않다가 염 처리 후 약간 발현됨을 확인하였고, 140ES91 계통은 염 처리 전 후 발현량에는 거의 차이가 없었다. RNA binding protein, Pentatricopeptide protein은 염 처리 전에는 140ES91 계통이 비돌연변이체에 비해 발현량이 약간 적음을 확인하였고, 염 처리 후에는 비돌연변이체에서는 발현량이 감소하였지만, 140ES91 계통은 염 처리 후 발현량이 증가됨을 확인하였다. In the case of the YABBY gene, it was confirmed that the expression level of the non-mutant before salt treatment was higher than that of the mutant, and the expression level of both strains increased after salt treatment. The expression level of the translation elongation factor gene was higher in the mutant than in the non-mutant, and there was no difference in the expression level after salt treatment. Aldo-keto reductase and Myb98 genes were rarely expressed before salt treatment in the non-mutant, but slightly expressed after salt treatment. In the 140ES91 line, there was little difference in expression levels before and after salt treatment. It was confirmed that the expression level of RNA binding protein and Pentatricopeptide protein was slightly lower in the 140ES91 line than in the non-mutant before salt treatment, and the expression level was decreased in the non-mutant after salt treatment, but the expression level of the 140ES91 line was increased after salt treatment. I did.
또한 Belclin-1-like protein, Xylem bark cystein, STRUBBELIG-receptor 유전자에서도 비돌연변이체에 비해 140RS91 계통에서 염 처리 전 발현량이 적었다. 염 처리 후에는 비돌연변이체는 발현에 큰 변화가 없었으나 돌연변이체인 140ES91 계통은 염 처리전에 비해 발현량이 증가됨을 확인하였다(도 4).In addition, Belclin-1-like protein, Xylem bark cystein, and STRUBBELIG-receptor genes were also expressed less in the 140RS91 line before salt treatment than in the non-mutant. After salt treatment, there was no significant change in the expression of the non-mutant, but it was confirmed that the expression level of the mutant 140ES91 line was increased compared to before salt treatment (FIG. 4).
4-3. 비돌연변이체와 돌연변이체 간 내염성 관련 유전자의 발현양상 분석4-3. Analysis of the expression patterns of genes related to inflammation between non-mutants and mutants
돌연변이체와 비돌연변이체에서의 내염성 관련 유전자의 발현양상 분석을 위하여 0.5% NaCl이 첨가된 배지를 기내에서 각각의 재료를 10일 정도 재배하여 RNA 추출 후 RT-PCR을 수행하였다(도 6).In order to analyze the expression patterns of genes related to flame resistance in mutants and non-mutants, each material was cultivated in an in-flight medium containing 0.5% NaCl for about 10 days, followed by RNA extraction, followed by RT-PCR (FIG. 6).
내염성 관련 5개의 유전자(ABF9-1, 2, CIPK21-1, 2, CIPK31)를 사용하였고, PCR 수행에 사용된 각각의 프라이머 서열은 도 5에 나타내었다. 각각의 유전자 발현 정도를 보정하기 위하여 상시 발현되는 Actin 유전자를 이용하여 비돌연변이체와 내염성이 증진된 돌연변이체에서의 발현양상을 RT-qPCR 결과를 바탕으로 분석하였다(도 7).Five genes related to flame resistance (ABF9-1, 2, CIPK21-1, 2, CIPK31) were used, and each of the primer sequences used in PCR is shown in FIG. 5. In order to correct the level of expression of each gene, the expression patterns in the non-mutant and the mutant with improved salt resistance were analyzed based on the RT-qPCR results using the always-expressed Actin gene (FIG. 7).
RT-qPCR 반응 방법은 각 샘플의 RNA를 cDNA 합성 kit (cDNA EcoDryTM, Clontech cat# 639543)를 사용하여 cDNA를 합성한 후 10배 희석시킨다. 유전자 반응은 상기 kit의 프로토콜에 따라 반응시키고, 각각 3번 반복한다. RT-qPCR 기는 BioRad CFX96 기기를 사용하였고, 반응을 실시 하였다. PCR 반응 cycle은 95.0℃에서3분간 해리시킨 후 95.0℃에서 10초간 55.0℃에서 10초간 다시 72.0℃에서 30초 동안 반응시켜 40번 반복한 분석 결과는 Actin 유전자를 기준으로 결과를 비교 분석하였다. In the RT-qPCR reaction method, after synthesizing cDNA using a cDNA synthesis kit (cDNA EcoDry TM, Clontech cat# 639543), RNA of each sample is diluted 10-fold. The gene reaction was performed according to the protocol of the kit, and each was repeated 3 times. The RT-qPCR was used with a BioRad CFX96 instrument, and the reaction was carried out. The PCR reaction cycle was dissociated at 95.0°C for 3 minutes and then reacted at 95.0°C for 10 seconds at 55.0°C for 10 seconds again at 72.0°C for 30 seconds. The results of the analysis repeated 40 times were compared and analyzed based on the Actin gene.
발현 양상을 분석한 결과, 비돌연변이체의 경우 ABP9-1, CIPK21-1, CIPK21-2 에서는 염 처리 후 발현량이 현저히 감소하였고, ABP9-2는 약간 증가하였고, CIPK31은 발현량에 거의 변화가 없음을 확인하였다. 돌연변이체 140ES91 계통은 염 처리 전보다 염 처리 후 ABP9-1, ABP9-2, CIPK21-2 유전자들에서는 발현량이 증가됨을 확인하였고, CIPK21-1과 CIPK31은 발현량이 염 처리 후 약간 감소됨을 확인하였다. As a result of analyzing the expression pattern, in the case of non-mutant, the expression level of ABP9-1, CIPK21-1, and CIPK21-2 significantly decreased after salt treatment, ABP9-2 slightly increased, and CIPK31 showed little change in expression level. Was confirmed. In the mutant 140ES91 line, the expression levels of ABP9-1, ABP9-2, and CIPK21-2 genes were increased after salt treatment than before salt treatment, and the expression levels of CIPK21-1 and CIPK31 were slightly decreased after salt treatment.
이를 통해 비돌연변이체와 돌연변이체 140ES91 계통간에 발현 패턴에는 많은 차이가 있음을 시사한다. 대체로 내염성이 증진된 돌연변이체에서 내염성 관련 유전자들의 발현량이 염 처리 전보다 처리 후 증가됨을 확인하였다.This suggests that there are many differences in expression patterns between non-mutant and mutant 140ES91 lines. In general, it was confirmed that in the mutant with improved flame resistance, the expression level of the flame resistance-related genes was increased after treatment compared to before salt treatment.
실시예 5: 내염성이 증진된 돌연변이체 생육 특성 분석Example 5: Analysis of growth characteristics of mutants with improved flame resistance
5-1. 비돌연변이체 KS140과 돌연변이체 140ES91 계통 NaCl 처리에 의한 내염성 분석5-1. Non-mutant KS140 and Mutant 140ES91 Lines Analysis of Flame Resistance by NaCl Treatment
EMS 처리에 의해 얻어진 내염성 증진 돌연변이체 140ES91 계통에 0.5% NaCl 를 처리한 후 10일간 기내 배양 후 발아율, 간장(stem 길이) 및 뿌리 길이를 조사하였다.The flame resistance enhancing mutant 140ES91 strain obtained by EMS treatment was treated with 0.5% NaCl and then incubated for 10 days, and then germination rate, liver (stem length) and root length were investigated.
비돌연변이체와 돌연변이체 140ES91의 기내배양에 의한 발아율 조사 결과, 비돌연변이체의 경우 절반이 발아되지 않았지만, 돌연변이체 140ES91의 경우 평균 7-8개가 발아됨을 확인하였다(도 8). 또한, 간장과 뿌리 발달에도 비돌연변이체에 비해 돌연변이체 140ES91의 생육 상태가 양호함을 확인하였다(도 9). As a result of investigation of germination rate by in-flight culture of non-mutant and mutant 140ES91, half did not germinate in the case of non-mutant, but it was confirmed that an average of 7-8 germinated in the case of mutant 140ES91 (FIG. 8). In addition, it was confirmed that the growth state of the mutant 140ES91 was better than that of the non-mutant even in the development of liver and root (FIG. 9).
이를 통해, NaCl 처리 후 발아율, 간장 및 뿌리 생육을 비교한 결과, 돌연변이체 140ES91가 비돌연변이체에 비해 발아율이 높고 줄기 및 뿌리가 길게 자란 것을 확인하였다. 이는 염 처리 시 돌연변이체 140ES91의 생육이 더 우수함을 시사한다.Through this, as a result of comparing the germination rate, liver and root growth after NaCl treatment, it was confirmed that the germination rate of mutant 140ES91 is higher than that of the non-mutant, and stems and roots are grown longer. This suggests that the growth of mutant 140ES91 is better when salt treatment.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 EMS 처리에 의해 유도된 내염성 증진된 사료용 옥수수 140ES91 돌연변이체는 제염이 되지 않아 염이 남아있는 대규모 간척지 등 넓은 지역에 재배가 가능하고, 특히 내염성 증진 사료용 옥수수를 개발하여 사료용 작물의 자급율을 높여 그 활용도가 높을 것으로 기대된다.As described above, the 140ES91 mutant for feed corn with improved salt resistance induced by the EMS treatment of the present invention is not decontaminated and can be cultivated in large areas such as large reclaimed lands where salt remains. As a result, it is expected to increase the self-sufficiency rate of feed crops and increase its utilization.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. In this regard, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention should be construed that all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims to be described later rather than the above detailed description and equivalent concepts are included in the scope of the present invention.
Claims (10)
Corn 140ES91 mutant with improved salt resistance.
The maize 140ES91 mutant according to claim 1, wherein the mutant is induced by Ethyl methane sulfate (EMS) treatment.
[화학식 Ⅰ]
The method of claim 2, wherein the EMS is represented by the following formula (I), corn 140ES91 mutant.
[Chemical Formula Ⅰ]
The corn 140ES91 mutant according to claim 1, wherein the corn is corn for feed.
The maize 140ES91 mutant according to claim 1, wherein the maize 140ES91 mutant is mutated by treating the KS140 inbred line with EMS to induce the mutation.
According to claim 1, wherein the corn 140ES91 mutant is that the expression of the flame-resistant genes ABF9-1, ABF9-2 or CIPK21-2 gene is increased after salt treatment, corn 140ES91 mutant.
According to claim 1, wherein the corn 140ES91 mutant is that the expression of the flame-resistant gene CIPK21-1 or CIPK31 gene is reduced after salt treatment, corn 140ES91 mutant.
The maize 140ES91 mutant according to claim 1, wherein the maize 140ES91 mutant has superior germination, stem length, and root growth than the non-mutant after salt treatment.
A food composition with improved salt resistance, comprising the corn 140ES91 mutant of claim 1.
A feed composition with improved salt resistance, comprising the corn 140ES91 mutant of claim 1.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right |