KR20240018731A - Preparation method of male sterility rice using Os09g03890 gene, composition for inducing male sterility of rice and male sterility rice - Google Patents

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홍우종
문선옥
김의정
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Abstract

본 발명은 웅성불임 제조방법 및 이로부터 제조된 웅성불임 벼에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 Os09g03890 유전자가 돌연변이되어 발현 억제 및 기능이 억제되는 경우, 화분 발아 및 화분관 신장이 감소되어 웅성불임이 야기된다. 따라서 본 발명에 따른 Os09g03890 유전자의 활성 조절을 통한 웅성불임 계통 제조방법 및 이로부터 제조된 웅성불임 계통은 기존의 육종 방식을 효과적으로 개선하기 위한 것으로, 환경의 영향을 거의 받지 않고 안정적으로 이용할 수 있어 벼 육종산업의 발전에 크게 기여할 수 있다. The present invention relates to a method for producing male sterility and to male sterile rice produced therefrom. According to the present invention, when the Os09g03890 gene is mutated and its expression and function are suppressed, pollen germination and pollen tube elongation are reduced, causing male sterility. . Therefore, the method for producing a male sterile line through regulating the activity of the Os09g03890 gene according to the present invention and the male sterile line produced therefrom are intended to effectively improve the existing breeding method, and can be used stably with little influence from the environment, thereby producing rice. It can greatly contribute to the development of the breeding industry.

Description

Os09g03890 유전자를 이용한 웅성불임 벼의 제조방법, 벼의 웅성불임 유도용 조성물 및 웅성불임 벼{Preparation method of male sterility rice using Os09g03890 gene, composition for inducing male sterility of rice and male sterility rice}Method for producing male sterility rice using the Os09g03890 gene, composition for inducing male sterility of rice, and male sterility rice {Preparation method of male sterility rice using Os09g03890 gene, composition for inducing male sterility of rice and male sterility rice}

본 발명은 Os09g03890 유전자를 이용한 웅성불임 벼의 제조방법, 벼의 웅성불임 유도용 조성물 및 웅성불임 벼에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing male sterile rice using the Os09g03890 gene, a composition for inducing male sterility in rice, and male sterile rice.

벼(Oryza sativa)는 국내는 물론 전 세계 나라 중 3분의 1이상에서 주식으로 삼고 있는 쌀의 생산식물이다. 경제적으로 중요한 농작물 중 하나이며 생산량 증대를 위하여 많은 연구가 수행되고 있다. 벼의 생산량 증대를 위해 웅성불임 도입을 통한 F1 하이브리드 생산은 모든 세계 연구자가 주목하고 있는 기술개발이다. 벼에서도 세포질웅성불임(cytoplasmic male sterility, CMS) 방식이 가능하나 생산비용이나 실제 이용면에서도 현실적이지 못하다. 유전자 조작에 의한 웅성불임 형질전환체 개발 방식에는 타페튬(tapetum) 특이적 프로모터를 이용하면서 외부 독성유전자(박테리아 또는 식물체 유전자)를 이용하여 선택적인 수술 조직의 사멸을 유도함으로써 웅성불임을 만드는 방법이 이용되고 있다.Rice (Oryza sativa) is a rice-producing plant that is used as a staple food not only in Korea but also in more than one-third of countries around the world. It is one of the economically important crops, and much research is being conducted to increase production. To increase rice production, F1 hybrid production through the introduction of male sterility is a technological development that all researchers around the world are paying attention to. Although cytoplasmic male sterility (CMS) is possible in rice, it is not realistic in terms of production costs or actual use. The method of developing male sterile transformants through genetic manipulation involves using a tapetum-specific promoter and using an external virulence gene (bacterial or plant gene) to induce selective death of surgical tissue to create male sterility. It is being used.

한편, 꽃 피는 식물에서 화분(pollen)의 형성과 이후의 수분 및 수정은 성적 생식을 위한 결정적인 단계이다. 소포자(microspore)의 화분 발달은 일련의 조정된 세포 사건을 포함하며, 성숙한 화분은 빠르게 발아하고 영양 세포에서 유래된 극 성장 화분관(pollen tube, PT)을 생산하며 두 개의 정자 세포를 배아 주머니에 전달하는 특수 기능을 가지고 있다. 정상적인 수정 및 수정 능력에 있어서 효율적이고 신속한 화분 발아 및 관 성장이 중요한 것으로 알려졌다.Meanwhile, in flowering plants, the formation of pollen and subsequent pollination and fertilization are crucial steps for sexual reproduction. Pollen development from microspores involves a series of coordinated cellular events in which mature pollen germinates rapidly, produces a pole-growing pollen tube (PT) derived from a vegetative cell, and delivers two sperm cells to the embryo sac. It has a special function. Efficient and rapid pollen germination and tube growth are known to be important for normal fertilization and fertility.

벼의 화분 발아 및 관 성장에 영향을 미치는 돌연변이에 있어서, 현재 극히 일부의 유전자가 기능적으로 발견되었다. 예를 들어, 벼 OsSUT1(Sucrose Transporter1)의 돌연변이가 웅성불임을 일으킨다. OsSUT1 돌연변이 화분립은 일반적으로 발달 중에 전분을 축적하지만, 발아 및 난자와 수정을 하지 않는다. 다른 예로, 벼의 OsSPS1(Sucrose Phosphate Synthase1) 유전자가 파괴되면 불임 화분이 형성된다고 알려져 있다. OsSPS1 유전자가 파괴된 돌연변이체는 화분에 충분한 전분을 축적하였지만, 발아 효율은 야생형의 절반으로 감소된 것을 확인되었다.In mutations that affect pollen germination and tube growth in rice, very few genes have currently been discovered to be functional. For example, mutations in rice OsSUT1 (Sucrose Transporter1) cause male sterility. OsSUT1 mutant pollen grains normally accumulate starch during development, but do not germinate and fertilize eggs. As another example, it is known that infertile pollen is formed when the OsSPS1 (Sucrose Phosphate Synthase1) gene of rice is destroyed. It was confirmed that the mutant in which the OsSPS1 gene was destroyed accumulated sufficient starch in the pollen, but the germination efficiency was reduced to half that of the wild type.

현재까지 벼의 화분 발아 및 관 성장 등에 영향을 미치는 유전자에 대한 연구는 극히 제한적으로 이루어진 바, 이외 웅성불임을 야기할 수 있는 유전자에 대한 더 많은 연구가 요구되고 있다.To date, very limited research has been done on genes that affect pollen germination and tube growth in rice, and more research on genes that can cause male sterility is required.

본 발명자들은 벼의 특정 유전자의 발현이 억제되어 이의 기능이 결실되는 경우, 화분 발아 및 화분관 신장이 감소되어 웅성불임이 야기되는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors completed the present invention by confirming that when the expression of a specific gene in rice is suppressed and its function is deleted, pollen germination and pollen tube elongation are reduced, causing male sterility.

따라서 본 발명의 목적은 웅성불임 벼의 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, the purpose of the present invention is to provide a method for producing male sterile rice.

본 발명의 또 다른 목적은 웅성불임 벼를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide male sterile rice.

본 발명의 또 다른 목적은 벼의 웅성불임 유도용 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a composition for inducing male sterility in rice.

본 발명의 또 다른 목적은 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for confirming male sterility of rice.

본 발명의 또 다른 목적은 벼의 웅성불임성 확인용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for confirming male sterility of rice.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 벼에서 Os09g03890 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는, 웅성불임 벼의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing male sterile rice, comprising the step of suppressing the expression of the Os09g03890 gene in rice.

또한 상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Os09g03890 유전자의 발현이 억제된, 웅성불임 벼를 제공한다.In addition, in order to achieve the above other object, the present invention provides male sterile rice in which the expression of the Os09g03890 gene is suppressed.

또한 상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Os09g03890 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도용 조성물을 제공한다.In addition, in order to achieve the above other object, the present invention provides a composition for inducing male sterility in rice, comprising an agent that inhibits the expression of the Os09g03890 gene.

또한 상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Os09g03890 유전자 발현 여부를 측정하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above other object, the present invention provides a method for confirming male sterility of rice, including the step of measuring the expression of the Os09g03890 gene.

또한 상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Os09g03890 유전자의 mRNA 또는 단백질 수준을 측정하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임성 확인용 조성물을 제공한다.In addition, in order to achieve the above other object, the present invention provides a composition for confirming male sterility of rice, which includes an agent for measuring the mRNA or protein level of the Os09g03890 gene.

본 발명은 Os09g03890 유전자의 발현 억제 및 기능이 억제된 웅성불임 벼의 제조방법 및 이로부터 제조된 웅성불임 벼에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, Os09g03890 유전자의 발현 억제 및 기능이 억제된 벼에서 화분 발아 및 화분관 신장이 감소되어 웅성불임이 야기되는 것을 확인하였다. 본 발명에 따른 Os09g03890 유전자의 활성 조절을 통한 웅성불임 계통 제조방법 및 이로부터 제조된 웅성불임 계통은 기존의 육종 방식을 효과적으로 개선하기 위한 것으로, 환경의 영향을 거의 받지 않고 안정적으로 이용할 수 있어 벼 육종산업의 발전에 크게 기여할 수 있다. The present invention relates to a method for producing male sterile rice with suppressed expression and function of the Os09g03890 gene and male sterile rice produced therefrom. According to the present invention, pollen germination in rice with suppressed expression and function of the Os09g03890 gene And it was confirmed that pollen tube elongation was reduced, causing male sterility. The method for producing a male sterile line through regulating the activity of the Os09g03890 gene according to the present invention and the male sterile line produced therefrom are intended to effectively improve the existing breeding method, and can be used stably with little influence from the environment, making them suitable for rice breeding. It can greatly contribute to the development of the industry.

도 1은 TAPE(Os09g03890) 유전자 동형접합 돌연변이체(tape-1 또는 tape-2)의 생성 및 표현형(phenotype)을 분석한 결과로, 도 1(A)는 TAPE 유전자 구조 및 동형접합 돌연변이체의 결실 및 삽입 부위를 나타낸 도이며, 검은색과 흰색 영역은 각각 엑손(exon) 및 번역되지 않은 영역(untranslated region)을 나타내고, 회색 상자는 TAPE에 삽입된 T-DNA 단편을 나타낸다. X2 옆의 숫자는 야생형(Wild-type, WT): 이형접합체(heterozygous, HZ): 동형접합체(homozyhous, HM)의 예측 비율(predicted ratio) 1:2:1과 비교한 X2 테스트 결과의 p값을 의미한다. 더불어 빨간색 문자는 변경된 아미노산과 함께 돌연변이체(tape-1tape-2)에 대한 염기서열의 결손 또는 삽입을 나타낸다. 도 1(B) 및 도 1(C)는 WT와 돌연변이체(tape-1tape-2)의 표현형을 나타내는 이미지이며, 도 1(B)의 바(Bar)는 10 cm를 나타내고, 도 1(C)의 바는 2cm를 나타낸다. 도 1(D)는 WT와 돌연변이체(tape-1tape-2)의 소수(spikelet) 및 꽃 부분(floret)의 형태를 나타낸 이미지이며, 바는 2mm를 나타낸다. 도 1(E) 및 도 1(F)는 화분의 전분 함량(starch content), 엑신 층(exine layer) 및 인틴 층(intine layer)을 확인한 결과로, 도 1(E)는 I2-KI 용액으로 염색한 결과이고, 도 1(F)는 칼코플루오르 화이트(calcofluor white)로 염색한 결과이다. 도 1(E)에 있어서 바는 200μm을 나타낸다.
도 2는 야생형 및 돌연변이체의 생체외(In vitro) 및 생체내(In vivo) 화분 발아를 확인한 것으로, 도 2(A) 및 도 2(B)는 WT와 돌연변이체 화분의 생체외 발아를 확인한 결과이다. 바는 200μm을 나타낸다. 도 2(C) 내지 도 2(E)는 수분(pollination) 2시간 후 생체내 발아를 확인한 결과이다. 바는 200μm을 나타낸다. 도 2(F) 및 도 2(G)는 WT와 돌연변이체의 완전히 신장된 화분관을 확대한 이미지이다. 바는 200μm을 나타낸다. 도 2(H)는 상기 도 2(F) 및 도 2(G)에서 확인한 화분관 길이를 정량한 결과이다. 이에 있어, 최소 150개의 화분관의 길이에 대해 정량하였다. ***는 스튜던트 t-검정(student’s t-test)에서 계산된 p-값<0.001을 나타낸다.
도 3은 TAPE 유전자의 기능적 역할을 확인한 결과로, 도 3(A)는 TAPE 유전자 구조 및 미오신XI(myosinXI) 결합 분석에 사용된 베이트(bait) 영역을 나타낸 도이며, 주황색 점선 영역은 옥수수(Zea mays L.)의 상동체(homolog)에 해당하는 베이트 영역을 나타낸다. 도 3(B)는 Y2H(yeast two-hybrid) 분석에 사용된 TAPE 베이트의 자가 활성화를 확인한 결과이다. 뮤린(murine) p53을 함유하는 베이트 벡터 및 SV40 큰-T항원(T-antigen)을 갖는 베이트 벡터를 양성대조군으로 사용하였고, 빈 벡터를 음성 대조군으로 사용하였다.
도 4는 TAPE 유전자(Os09g03890) 기능 결실 벼(tape)의 화분관 발달 기작에 대한 모식도를 나타낸 도이다.
Figure 1 shows the results of analyzing the production and phenotype of a TAPE ( Os09g03890 ) gene homozygous mutant ( tape-1 or tape-2 ). Figure 1(A) shows the TAPE gene structure and deletion of the homozygous mutant. and a diagram showing the insertion site, where the black and white areas represent exons and untranslated regions, respectively, and the gray box represents the T-DNA fragment inserted into TAPE . The number next to It means p value. In addition, red letters indicate deletions or insertions in the base sequence for the mutants ( tape-1 and tape-2 ) along with altered amino acids. Figures 1(B) and 1(C) are images showing the phenotypes of WT and mutants ( tape-1 and tape-2 ), the bar in Figure 1(B) represents 10 cm, and Figure 1 The bar in (C) represents 2 cm. Figure 1(D) is an image showing the morphology of spikelets and florets of WT and mutants ( tape-1 and tape-2 ), and the bar represents 2 mm. Figures 1(E) and 1(F) are the results of confirming the starch content, exine layer, and intine layer of pollen, and Figure 1(E) shows the I 2 -KI solution. This is the result of staining with , and Figure 1(F) is the result of staining with calcofluor white. In Figure 1(E), the bar represents 200 μm.
Figure 2 shows the in vitro and in vivo pollen germination of wild type and mutants, and Figures 2(A) and 2(B) show the in vitro germination of WT and mutant pollen. It is a result. Bar represents 200 μm. Figures 2(C) to 2(E) show the results of confirming in vivo germination 2 hours after pollination. Bar represents 200 μm. Figures 2(F) and 2(G) are enlarged images of fully elongated pollen tubes of WT and mutants. Bar represents 200 μm. Figure 2(H) is the result of quantifying the pollen tube length confirmed in Figures 2(F) and 2(G). In this case, the length of at least 150 pollen tubes was quantified. *** indicates p-value<0.001 calculated from Student's t-test.
Figure 3 is a result of confirming the functional role of the TAPE gene. Figure 3(A) is a diagram showing the bait region used in the TAPE gene structure and myosinXI binding analysis, and the orange dotted area is corn ( Zea) . represents the bait region corresponding to the homolog of mays L.). Figure 3(B) shows the results confirming the self-activation of the TAPE bait used in Y2H (yeast two-hybrid) analysis. A bait vector containing murine p53 and a bait vector containing the SV40 large T-antigen were used as positive controls, and an empty vector was used as a negative control.
Figure 4 is a diagram showing the mechanism of pollen tube development in rice ( tape ) with a functional deletion of the TAPE gene ( Os09g03890) .

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 웅성불임이 유도된 벼를 제조하기 위하여 다양한 연구를 수행하던 중, Os09g03890이 화분 발아 및 화분관 신장에 관여하는 유전자임을 확인하고, Os09g03890 유전자의 발현을 억제하여 웅성불임 벼를 제조할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.While conducting various studies to produce rice with induced male sterility, the present inventors confirmed that Os09g03890 is a gene involved in pollen germination and pollen tube elongation, and were able to produce male sterile rice by suppressing the expression of the Os09g03890 gene. was confirmed and the present invention was completed.

따라서 본 발명은 벼에서 Os09g03890 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는, 웅성불임 벼의 제조방법을 제공한다.Therefore, the present invention provides a method for producing male sterile rice, including the step of suppressing the expression of the Os09g03890 gene in rice.

본 발명에서 용어 “벼”는 학명이 Oryza sativa L.이며, 일년생 초본식물이고, 본 발명에서의 벼는 자포니카(Japonica)형, 인디카(Indica)형 및 자바니카(Javanica)형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.In the present invention, the term “rice” has the scientific name Oryza sativa L., an annual herbaceous plant, and the rice in the present invention is selected from the group consisting of Japonica type, Indica type, and Javanica type. It can be any one of them.

본 발명에 있어서, 상기 “Os09g03890”는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 유전자를 의미할 수 있으나, 이와 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석될 수 있다. In the present invention, “ Os09g03890 ” may refer to a gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, but may also be interpreted as including a sequence showing substantial identity.

상기 실질적인 동일성은 서열번호 1의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인(align)하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성, 더욱 구체적으로 70%의 상동성, 더더욱 구체적으로 80%의 상동성, 가장 구체적으로 90%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. 또는 상기 유전자는 서열번호 1의 유전자가 코딩하는 단백질 Os09g03890과 실질적으로 동질의 생리활성을 나타내는 단백질을 코딩하는 유전자를 의미할 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 Os09g03890 유전자는 “TAPE 유전자”로 명명될 수 있다.The substantial identity is at least 60% when aligning the sequence of SEQ ID NO. 1 and any other sequence to correspond as much as possible, and analyzing the aligned sequence using an algorithm commonly used in the art. Homology, more specifically, means a sequence that exhibits 70% homology, even more specifically, 80% homology, and most specifically, 90% homology. Alternatively, the gene may refer to a gene encoding a protein that exhibits substantially the same physiological activity as the protein Os09g03890 encoded by the gene of SEQ ID NO: 1. In the present invention, the Os09g03890 gene may be named “ TAPE gene.”

본 발명에 있어서, 상기 "웅성불임"은 웅성기관의 형태적 또는 기능적 이상 때문에 수분, 수정, 종자현상이 이루어지지 않는 현상을 의미하며, 환경적인 일시적 변이로서 발현하는 경우와 유전형질로서 발현하는 경우가 있으나, 본 발명에서의 웅성불임은 유전형질로서 유도되는 것일 수 있다. 특히, 본 발명에서의 웅성불임은 화분 발아 및 화분관 신장에 관여하는 핵의 Os09g03890 유전자의 발현을 억제하여 유도되는 것일 수 있다.In the present invention, the “male infertility” refers to a phenomenon in which pollination, fertilization, and seed development do not occur due to morphological or functional abnormalities in male organs, and can occur as a temporary environmental mutation or as a genetic trait. However, male sterility in the present invention may be induced as a genetic trait. In particular, male sterility in the present invention may be induced by suppressing the expression of the nuclear Os09g03890 gene, which is involved in pollen germination and pollen tube elongation.

본 발명에서 상기 단계는 Os09g03890 유전자의 1bp 이상의 일부 염기를 결손 또는 삽입하여 이루어지는 것일 수 있으며, 예를 들어 전장 DNA 중 10%, 구체적으로는 0.01% 이상의 염기를 결손 또는 삽입하여 이루어지는 것일 수 있다. 더불어 상기 단계는 당 분야에 공지된 다양한 유전자 편집 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 T-DNA 삽입 또는 CRISPR-Cas9에 의한 유전자 편집에 의해 이루어질 수 있다.In the present invention, the above step may be accomplished by deleting or inserting some bases of 1 bp or more of the Os09g03890 gene, for example, by deleting or inserting 10%, specifically, 0.01% or more of the bases of the full-length DNA. In addition, the above step can be accomplished by various gene editing methods known in the art, preferably by T-DNA insertion or gene editing using CRISPR-Cas9.

본 발명에 있어서, 상기 Os09g03890 유전자의 발현 억제는 Os09g03890 유전자의 508번째 위치의 염기를 결손시켜 이루어지는 것일 수 있다. 상기 508번째 위치의 염기는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 유전자의 38번째 위치의 ATG(개시코돈)의 A를 첫번째 염기로 하는 것을 특징으로 한다. 상기 508번째 위치의 염기서열은 아데닌(A)일 수 있으며, 상기 508번째 위치의 아데닌(A)이 결손된 Os09g03890 유전자는 서열번호 2로 표시되는 염기서열로 이루어진 것일 수 있다.In the present invention, suppression of expression of the Os09g03890 gene may be achieved by deleting the base at position 508 of the Os09g03890 gene. The base at the 508th position is characterized by having A as the first base of the ATG (start codon) at the 38th position of the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. The base sequence at the 508th position may be adenine (A), and the Os09g03890 gene lacking adenine (A) at the 508th position may be composed of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2.

본 발명에 있어서, 상기 Os09g03890 유전자의 발현 억제는 Os09g03890 유전자의 1429번째 위치에 아데닌(A)을 삽입하여 이루어지는 것일 수 있다. 상기 1429번째 위치의 염기는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 유전자의 38번째 위치의 ATG(개시코돈)의 A를 첫번째 염기로 하는 것을 특징으로 한다. 상기 1429번째 위치에 아데닌(A)이 삽입된 Os09g03890 유전자는 서열번호 3으로 표시되는 염기서열로 이루어진 것일 수 있다.In the present invention, suppression of expression of the Os09g03890 gene may be achieved by inserting adenine (A) at position 1429 of the Os09g03890 gene. The base at the 1429th position is characterized by having A as the first base of the ATG (start codon) at the 38th position of the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. The Os09g03890 gene in which adenine (A) is inserted at position 1429 may consist of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3.

또한 상기 단계는 T-DNA 삽입에 의해 이루어지는 것일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 Os09g03890 유전자에 T-DNA가 삽입된 돌연변이체를 모본(자성 기증자(female donor)으로 사용하여 웅성가임의 벼와 교배시킨 경우, 정상형의 자손과 이형접합형 자손의 분리 비율이 1 : 1임을 확인하였다. 따라서 TAPE가 웅성-배우자 유전자 전달에 필수적임을 확인하였다. 본 발명에서 상기 T-DNA가 Os09g03890 유전자에 삽입되는 위치는 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 본 발명의 일실시예에서는 Os09g03890 유전자의 1번 엑손과 인트론 부위에 삽입되었다. 보다 구체적으로 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 유전자의 38번째 위치의 ATG(개시코돈)의 A를 첫번째 염기로 하여 1890bp 내지 2447bp에 삽입되었다.Additionally, the above step may be accomplished by T-DNA insertion. According to one embodiment of the present invention, when a mutant with T-DNA inserted into the Os09g03890 gene is used as a parent (female donor) and crossed with fertile rice, normal offspring and heterozygous offspring are separated. It was confirmed that the ratio was 1: 1. Therefore, it was confirmed that TAPE is essential for male-gamete gene transfer. In the present invention, the position where the T-DNA is inserted into the Os09g03890 gene is not particularly limited, and in one embodiment of the present invention In the example, it was inserted into the exon and intron region of Os09g03890 gene No. 1. More specifically, it was inserted at 1890bp to 2447bp with A of the ATG (start codon) at the 38th position of the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 as the first base. It has been inserted.

또한 상기 단계는 T-DNA와 같은 식물 게놈내 삽입이 가능한 외래 유전자 외에도, TOS17과 같은 내생 트랜스포존을 이용하거나 엑스레이(X-ray)나 감마레이(gamma-ray) 등을 주사하여 돌연변이를 유발하거나, RNAi 또는 안티센스 방법을 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, in this step, in addition to foreign genes that can be inserted into the plant genome such as T-DNA, mutations are induced by using endogenous transposons such as TOS17 or by injecting X-rays or gamma-rays, etc. This may be performed using RNAi or antisense methods, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 "T-DNA"는 아그로박테리움(Agrobacterium) 종의 Ti(tumor-inducing) 플라스미드내의 전달(transfer) DNA로서 숙주 식물세포의 핵으로 전달되는 DNA 절편을 말한다. T-DNA의 양 끝 가장자리에는 25 bp의 반복서열이 존재하며, 전달은 왼쪽 경계(border)에서 전달이 시작되어 오른쪽 경계에서 종료된다. 박테리아 T-DNA는 약 20,000bp 길이로서 이들의 삽입에 의하여 타겟 유전자를 붕괴시킴으로서 삽입 돌연변이(insertional mutagenesis)를 일으키는 데에 사용되며, 삽입된 T-DNA 서열은 돌연변이를 일으킬 뿐 아니라 타겟 유전자를 표지하기도 한다.In the present invention, the “T-DNA” refers to a DNA fragment that is transferred to the nucleus of a host plant cell as transfer DNA in a Ti (tumor-inducing) plasmid of Agrobacterium species. There is a 25 bp repeat sequence at both ends of the T-DNA, and transfer begins at the left border and ends at the right border. Bacterial T-DNA is about 20,000 bp long and is used to cause insertional mutagenesis by disrupting the target gene by insertion. The inserted T-DNA sequence not only causes mutation but also marks the target gene. do.

더불어 본 방법은 Os09g03890 유전자의 발현이 억제된 벼를 모본으로 하여, 웅성 가임의 벼와 교배시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이와는 반대로 Os09g03890 유전자의 발현이 억제된 벼를 부본으로 하여, 야생형 모분과 교배시키는 단계를 추가로 포함하게 되면 웅성불임의 벼를 제조할 수 없다.In addition, this method may further include the step of using rice in which the expression of the Os09g03890 gene is suppressed as a model and crossing it with male fertile rice. On the contrary, if the step of crossing rice with wild-type seedlings using rice in which the expression of the Os09g03890 gene is suppressed is additionally included, male sterile rice cannot be produced.

상기 교배 방법은 기존 공지된 방법 중 어느 것을 사용해도 무관하며, 예를 들어 가장 일반적으로 벼 교배 육종에 가장 많이 사용하는 절영법을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The hybridization method may be any of the previously known methods. For example, the cutting method, which is most commonly used in rice hybridization, may be used, but is not limited thereto.

더불어 본 발명은 Os09g03890 유전자의 발현이 억제된, 웅성불임 벼를 제공한다.In addition, the present invention provides male sterile rice in which the expression of the Os09g03890 gene is suppressed.

상기 벼는 자포니카(Japonica)형, 인디카(Indica)형 및 자바니카(Javanica)형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며 모든 벼 품종에 적용 가능하다.The rice may be any one selected from the group consisting of Japonica type, Indica type, and Javanica type, and is applicable to all rice varieties.

상기 벼의 웅성불임은 가역적인 것일 수 있다. 즉, 상기 웅성불임의 벼의 임성은 정상적인 Os09g03890 유전자의 도입에 의해서 회복될 수 있다.The male sterility of rice may be reversible. In other words, the fertility of the male sterile rice plant can be restored by introducing the normal Os09g03890 gene.

또한 본 발명은 Os09g03890 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for inducing male sterility in rice, comprising an agent that inhibits the expression of the Os09g03890 gene.

상기 제제는 Os09g03890 유전자 또는 mRNA에 직접 또는 간접적으로 결합하여 Os09g03890의 발현을 억제할 수 있는 물질을 의미한다.The agent refers to a substance that can inhibit the expression of Os09g03890 by directly or indirectly binding to the Os09g03890 gene or mRNA.

예를 들어 상기 제제는 Os09g03890 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하는 siRNA, shRNA, miRNA, 리보자임(ribozyme), PNA(peptide nucleic acid) 및 안티센스 올리고뉴클레오티드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기siRNA, shRNA, miRNA, 리보자임(ribozyme), PNA(peptide nucleic acid) 또는 안티센스 올리고뉴클레오티드가 Os09g03890 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하여 Os09g03890 단백질 합성을 위한 번역을 억제할 수 있다.For example, the agent may be one or more selected from the group consisting of siRNA, shRNA, miRNA, ribozyme, PNA (peptide nucleic acid), and antisense oligonucleotide that specifically binds to the mRNA of the Os09g03890 gene. It is not limited to this. That is, the siRNA, shRNA, miRNA, ribozyme, PNA (peptide nucleic acid), or antisense oligonucleotide can specifically bind to the mRNA of the Os09g03890 gene and inhibit translation for Os09g03890 protein synthesis.

본 발명에 있어서, 상기 "siRNA"는 특정 mRNA의 절단(cleavage)을 통하여 RNAi(RNA interference) 현상을 유도할 수 있는 짧은 이중사슬 RNA를 의미한다. 타겟 유전자의 mRNA와 상동인 서열을 가지는 센스 RNA 가닥과 이와 상보적인 서열을 가지는 안티센스 RNA 가닥으로 구성된다. siRNA는 타겟 유전자의 발현을 억제할 수 있기 때문에 효율적인 유전자 넉다운 방법이다.In the present invention, the “siRNA” refers to a short double-stranded RNA that can induce an RNA interference (RNAi) phenomenon through cleavage of a specific mRNA. It consists of a sense RNA strand with a sequence homologous to the mRNA of the target gene and an antisense RNA strand with a complementary sequence. siRNA is an efficient gene knockdown method because it can suppress the expression of target genes.

상기 siRNA는 RNA끼리 짝을 이루는 이중사슬 RNA 부분이 완전히 쌍을 이루는 것에 한정되지 않고 미스매치(대응하는 염기가 상보적이지 않음), 벌지(일방의 사슬에 대응하는 염기가 없음)등에 의하여 쌍을 이루지 않는 부분이 포함될 수 있다. 전체 길이는 10 내지 100 염기, 바람직하게는 15 내지 80 염기, 가장 바람직하게는 20 내지 70 염기이다. siRNA 말단 구조는 타겟 유전자의 발현을 RNAi 효과에 의하여 억제할 수 있는 것이면 평활(blunt) 말단 혹은 점착(cohesive) 말단 모두 가능하다. 점착 말단 구조는 3 말단 돌출한 구조와 5 말단 쪽이 돌출한 구조 모두 가능하다. 돌출하는 염기 수는 한정되지 않는다. 예를 들어, 염기 수로는 1 내지 8 염기, 바람직하게는 2 내지 6 염기로 할 수 있다. 또한, siRNA는 타겟 유전자의 발현억제 효과를 유지할 수 있는 범위에서 예를 들어, 한 쪽 말단의 돌출 부분에 저분자 RNA(예를 들어, tRNA, rRNA, 바이러스 RNA와 같은 천연의 RNA 분자 또는 인공의 RNA분자)를 포함할 수 있다. siRNA 말단구조는 양측 모두 절단 구조를 가질 필요는 없고, 이중사슬 RNA의 일방의 말단 부위가 링커 RNA에 의하여 접속된 스템 루프형 구조일 수도 있다. 링커의 길이는 스템 부분의 쌍을 이루는 데 지장이 없는 길이면 특별히 한정되지 않는다.The siRNA is not limited to complete pairing of the double-stranded RNA portion where RNAs are paired, but can be paired by mismatch (corresponding bases are not complementary), bulge (corresponding bases are missing in one chain), etc. Parts that are not completed may be included. The total length is 10 to 100 bases, preferably 15 to 80 bases, and most preferably 20 to 70 bases. The siRNA end structure can be either a blunt end or a cohesive end as long as it can inhibit the expression of the target gene through the RNAi effect. The sticky end structure can be either a structure where the 3rd end protrudes or a structure where the 5th end protrudes. The number of protruding bases is not limited. For example, the number of bases may be 1 to 8 bases, preferably 2 to 6 bases. In addition, to the extent that siRNA can maintain the effect of suppressing the expression of the target gene, for example, a small molecule RNA (for example, a natural RNA molecule such as tRNA, rRNA, viral RNA, or artificial RNA) is attached to the protrusion at one end. molecules) may be included. The siRNA terminal structure does not need to have a cut structure on both sides, and may be a stem-loop-type structure in which one terminal portion of the double-stranded RNA is connected by a linker RNA. The length of the linker is not particularly limited as long as it does not interfere with pairing of the stem portion.

본 발명에 있어서, 상기 "shRNA(short hairpin RNA)"는 단일 가닥으로 50-70개로 구성된 뉴클레오타이드를 의미하며, in vivo상에서 스템-루프(stem-loop) 구조를 이루고 있다. 5-10개의 뉴클레오타이드의 루프 부위 양쪽으로 상보적으로 19-29개의 뉴클레오타이드의 긴 RNA가 염기쌍을 이루어 이중가닥의 스템을 형성한다.In the present invention, the “shRNA (short hairpin RNA)” refers to a single strand of 50-70 nucleotides, and forms a stem-loop structure in vivo. Long RNAs of 19 to 29 nucleotides complementary to each other on both sides of the loop region of 5 to 10 nucleotides form a double-stranded stem by base pairing.

본 발명에 있어서, 상기 "miRNA(microRNA)"는 유전자 발현을 조절하며, 전장 20-50개 뉴클레오타이드, 바람직하게는 20-45개 뉴클레오타이드, 보다 바람직하게는 20-40개 뉴클레오타이드, 보다 더 바람직하게는 20-30개 뉴클레오타이드, 가장 바람직하게는 21-23개의 뉴클레오타이드로 구성된 단일 가닥 RNA분자를 의미한다. miRNA는 세포내에서 발현되지 않는 올리고뉴클레오타이드이며, 짧은 스템-루프 구조를 가진다. miRNA는 1 또는 2 이상의 mRNA(messenger RNA)와 전체 또는 부분적으로 상동성을 가지며, 상기 mRNA와 상보적인 결합을 통하여 타겟 유전자 발현을 억제시킨다.In the present invention, the “miRNA (microRNA)” regulates gene expression and has a total length of 20-50 nucleotides, preferably 20-45 nucleotides, more preferably 20-40 nucleotides, even more preferably It refers to a single-stranded RNA molecule consisting of 20-30 nucleotides, most preferably 21-23 nucleotides. MiRNAs are oligonucleotides that are not expressed within cells and have a short stem-loop structure. MiRNAs have full or partial homology to one or two or more mRNAs (messenger RNAs) and suppress target gene expression through complementary binding to the mRNAs.

본 발명에 있어서, 상기 "리보자임(ribozyme)"은 RNA의 일종으로 특정한 RNA의 염기 서열을 인식하여 자체적으로 이를 절단하는 효소와 같은 기능을 가진 RNA 분자를 의미한다. 리보자임은 타겟 전령 RNA 가닥의 상보적인 염기서열로 특이성을 가지고 결합하는 영역과 타겟 RNA를 절단하는 영역으로 되어 있다.In the present invention, the “ribozyme” is a type of RNA and refers to an RNA molecule that has the same function as an enzyme that recognizes the base sequence of a specific RNA and cleaves it on its own. The ribozyme consists of a region that specifically binds to the complementary base sequence of the target messenger RNA strand and a region that cleaves the target RNA.

본 발명에 있어서, 상기 "PNA(Peptide nucleic acid)"는 핵산과 단백질의 성질을 모두 가지고 있는 분자로서, DNA 또는 RNA와 상보적으로 결합이 가능한 분자를 의미한다. PNA는 핵산염기(nucleobase)가 펩티드 결합으로 연결된 유사 DNA로, 자연계에서는 발견되지 않고 인공적으로 화학적인 방법으로 합성된다.In the present invention, the “Peptide nucleic acid (PNA)” refers to a molecule that has the properties of both nucleic acid and protein, and is capable of complementary binding to DNA or RNA. PNA is similar to DNA in which nucleobases are linked by peptide bonds, and is not found in nature but is artificially synthesized through chemical methods.

상기 PNA는 상보적인 염기 서열의 천연 핵산과 혼성화(hybridization) 반응을 일으켜서 이중가닥을 형성한다. 길이가 같은 경우 PNA/DNA 이중가닥은 DNA/DNA 이중가닥보다, PNA/RNA 이중가닥은 DNA/RNA 이중가닥보다 안정하다. 펩티드 기본 골격으로는 N-(2-아미노에틸)글리신이 아미드 결합에 의해 반복적으로 연결된 것이 가장 흔히 쓰이며, 이 경우 펩티드 핵산의 기본골격(backbone)은 음전하를 띠는 천연 핵산의 기본골격과 달리 전기적으로 중성이다. PNA에 존재하는 4개의 핵산염기는 공간적 크기와 핵산염기 사이의 거리가 천연 핵산의 경우와 거의 같다. PNA는 화학적으로 천연 핵산보다 안정할 뿐 아니라 핵산분해효소(nuclease)나 단백질분해효소(protease)에 의해 분해되지 않아 생물학적으로도 안정하다.The PNA undergoes a hybridization reaction with a natural nucleic acid having a complementary base sequence to form a double strand. When the lengths are the same, a PNA/DNA duplex is more stable than a DNA/DNA duplex, and a PNA/RNA duplex is more stable than a DNA/RNA duplex. The most commonly used peptide backbone is N-(2-aminoethyl)glycine repeatedly linked by amide bonds. In this case, the backbone of peptide nucleic acids is electrically charged, unlike the backbone of natural nucleic acids, which are negatively charged. It is neutral. The spatial size and distance between nucleotide bases of the four nucleotide bases present in PNA are almost the same as in natural nucleic acids. PNA is not only chemically more stable than natural nucleic acids, but is also biologically stable as it is not degraded by nucleases or proteases.

본 발명에 있어서, 상기 "안티센스 올리고뉴클레오타이드"란 특정 mRNA의 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 함유하고 있는 DNA 또는 RNA 또는 이들의 유도체를 의미하고, mRNA내의 상보적인 서열에 결합하여 mRNA의 단백질로의 번역을 저해하는 특징이 있다. 본 발명의 안티센스 올리고뉴클레오타이드 서열은 타겟 유전자의 mRNA에 상보적이고 타겟 유전자의 mRNA에 결합할 수 있는 DNA 또는 RNA 서열을 의미하고 타겟 유전자의 mRNA의 번역, 세포질내로의 전위(trans의 cation), 성숙(maturation) 또는 다른 모든 전체적인 생물학적 기능에 대한 필수적인 활성을 저해할 수 있다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드의 길이는 6 내지 100 염기이고, 바람직하게는 10 내지 40 염기이다.In the present invention, the "antisense oligonucleotide" refers to DNA or RNA or a derivative thereof containing a nucleotide sequence complementary to the sequence of a specific mRNA, and binds to the complementary sequence in the mRNA to translate the mRNA into a protein. It has characteristics that hinder. The antisense oligonucleotide sequence of the present invention refers to a DNA or RNA sequence that is complementary to the mRNA of the target gene and can bind to the mRNA of the target gene, and carries out translation, translocation into the cytoplasm (cation of trans), and maturation (cation of trans) of the mRNA of the target gene. maturation) or essential activities for all other overall biological functions. The length of the antisense oligonucleotide is 6 to 100 bases, preferably 10 to 40 bases.

상기 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 효능을 증진시키기 위하여 하나 이상의 염기, 당 또는 골격(backbone)의 위치에서 변형될 수 있다. 올리고뉴클레오타이드 골격은 포스포로티오에이트, 포스포트리에스테르, 메틸 포스포네이트, 단쇄 알킬, 시클로알킬, 단쇄 헤테로아토믹, 헤테로시클릭 당간 결합 등으로 변형될 수 있다. 또한, 안티센스 핵산은 하나 이상의 치환된 당모이어티(sugar moiety)를 포함할 수 있다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 변형된 염기를 포함할 수 있다. 변형된 염기에는 하이포크잔틴, 6-메틸아데닌, 5-메틸 피리미딘(특히 5-메틸시토신), 5-하이드록시메틸시토신(HMC), 글리코실 HMC, 젠토비오실 HMC, 2-아미노아데닌, 2-티오우라실, 2-티오티민, 5-브로모우라실, 5-하이드록시메틸우라실, 8-아자구아닌, 7-데아자구아닌, N6 (6-아미노헥실)아데닌, 2,6-디아미노퓨린 등이 있다.The antisense oligonucleotide may be modified at one or more base, sugar, or backbone positions to improve efficacy. The oligonucleotide backbone can be modified with phosphorothioate, phosphotriester, methyl phosphonate, short-chain alkyl, cycloalkyl, short-chain heteroatomic, heterocyclic intersaccharide linkages, etc. Additionally, antisense nucleic acids may contain one or more substituted sugar moieties. Antisense oligonucleotides may contain modified bases. Modified bases include hypoxanthine, 6-methyladenine, 5-methyl pyrimidine (especially 5-methylcytosine), 5-hydroxymethylcytosine (HMC), glycosyl HMC, gentobiosyl HMC, 2-aminoadenine, 2 -Thiouracil, 2-thiothymine, 5-bromouracil, 5-hydroxymethyluracil, 8-azaguanine, 7-deazaguanine, N6 (6-aminohexyl)adenine, 2,6-diaminopurine, etc. There is.

더불어 본 발명은 Os09g03890 유전자 발현 여부를 측정하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for confirming male sterility of rice, including the step of measuring the expression of the Os09g03890 gene.

상기 Os09g03890 유전자 발현 여부를 측정하는 단계에 있어서, 대상 벼의 Os09g03890 유전자의 발현 여부를 측정하여 그 발현이 억제된 경우 상기 대상 벼가 웅성불임인 것으로 판정할 수 있다.In the step of measuring the expression of the Os09g03890 gene, the expression of the Os09g03890 gene in the target rice may be measured, and if the expression is suppressed, it may be determined that the target rice is male sterile.

상기 웅성불임성을 확인하는 방법은 상기 Os09g03890 유전자의 mRNA 수준 또는 이로부터 발현되는 단백질의 수준을 측정하여 이루어지는 것일 수 있다.The method for confirming male sterility may be performed by measuring the mRNA level of the Os09g03890 gene or the level of the protein expressed therefrom.

상기 유전자의 mRNA 수준은 별도의 제제를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 유전자의 mRNA 수준을 측정하는 제제는 예를 들어 상기 유전자에 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 또는 프로브일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상The mRNA level of the gene can be measured using a separate preparation. An agent for measuring the mRNA level of the gene may be, for example, a primer or probe capable of specifically binding to the gene, but is not limited thereto. award

본 발명에 있어서, 상기 "프라이머"는 짧은 자유 3말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)를 가지는 핵산 서열로 상보적인 템플레이트(template)와 염기쌍(base pair)을 형성할 수 있고 템플레이트 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능을 하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응(즉, DNA 폴리머레이즈 또는 역전사효소)을 위한 시약 및 상이한 4가지 뉴클레오사이드 트리포스페이트의 존재하에서 DNA 합성이 개시될 수 있다.In the present invention, the "primer" is a nucleic acid sequence having a short free 3' hydroxyl group, which can form a base pair with a complementary template and serves as a starting point for copying the template strand. It refers to a short nucleic acid sequence that functions as a point. Primers can initiate DNA synthesis in the presence of four different nucleoside triphosphates and a reagent for polymerization (i.e., DNA polymerase or reverse transcriptase) in an appropriate buffer solution and temperature.

상기 유전자의 mRNA 수준을 측정하는 방법은 RT-PCR, 정량 실시간 PCR(quantified real time PCR), 경쟁적 RTPCR(Competitive RTPCR), 실시간 RT-PCR(real time quantitative RT-PCR), RNase 보호 분석법(RPA; RNase protection assay), 노던 블럿팅(Northern blotting), DNA 칩 분석법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Methods for measuring the mRNA level of the gene include RT-PCR, quantitative real-time PCR, competitive RT-PCR, real-time quantitative RT-PCR, and RNase protection assay (RPA). It may be, but is not limited to, RNase protection assay), Northern blotting, or DNA chip analysis.

상기 단백질의 수준은 별도의 제제를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 단백질의 수준을 측정하는 제제는 예를 들어 상기 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The level of the protein can be measured using a separate preparation. The agent for measuring the level of the protein may be, for example, an antibody or aptamer that specifically binds to the protein, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 "항체"는 단백질 또는 펩티드 분자의 항원성 부위에 특이적으로 결합할 수 있는 단백질성 분자를 의미한다. 이러한 항체는, 각 유전자를 통상적인 방법에 따라 발현벡터에 클로닝하여 상기 마커 유전자에 의해 코딩되는 단백질을 얻고, 얻어진 단백질로부터 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 항체의 형태는 특별히 제한되지 않으며 폴리클로날 항체, 모노클로날 항체 또는 항원 결합성을 갖는 것이면 그것의 일부도 본 발명의 항체에 포함되고 모든 면역 글로불린 항체가 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 인간화 항체 등의 특수 항체를 포함할 수도 있다. 아울러, 상기 항체는 2개의 전체 길이의 경쇄 및 2개의 전체 길이의 중쇄를 가지는 완전한 형태뿐만 아니라 항체 분자의 기능적인 단편을 포함한다. 항체 분자의 기능적인 단편이란 적어도 항원 결합 기능을 보유하고 있는 단편을 의미하며 Fab, F(ab'), F(ab') 2 및 Fv 등이 될 수 있다.In the present invention, the “antibody” refers to a proteinaceous molecule that can specifically bind to the antigenic site of a protein or peptide molecule. These antibodies can be produced by cloning each gene into an expression vector according to a conventional method to obtain a protein encoded by the marker gene, and from the obtained protein by a conventional method. The form of the antibody is not particularly limited, and as long as it is a polyclonal antibody, a monoclonal antibody, or has antigen-binding properties, a portion thereof may be included in the antibody of the present invention, and all immunoglobulin antibodies may be included. In addition, it may contain special antibodies such as humanized antibodies. Additionally, the antibodies include intact forms with two full-length light chains and two full-length heavy chains as well as functional fragments of the antibody molecule. A functional fragment of an antibody molecule refers to a fragment that possesses at least an antigen-binding function and may include Fab, F(ab'), F(ab') 2, and Fv.

본 발명에 있어서, 상기 "앱타머"는 단일 가닥 올리고 뉴클레오티드를 의미하는 것으로, 소정의 표적 분자에 대한 결합 활성을 갖는 핵산 분자를 말한다. 상기 앱타머는 그 염기서열에 따라 다양한 3차원 구조를 가질 수 있으며, 항원-항체 반응과 같이 특정 물질에 대하여 높은 친화력을 가질 수 있다. 앱타머는 소정의 표적 분자에 결합함으로써 소정의 표적 분자의 활성을 저해할 수 있다. 본 발명의 앱타머는 RNA, DNA, 변형된(modified) 핵산 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 그 형태가 직쇄상 또는 환상(環狀)일 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.In the present invention, the “aptamer” refers to a single-stranded oligonucleotide and refers to a nucleic acid molecule that has binding activity to a given target molecule. The aptamer may have a variety of three-dimensional structures depending on its base sequence, and may have high affinity for a specific substance, such as an antigen-antibody reaction. An aptamer can inhibit the activity of a certain target molecule by binding to it. The aptamer of the present invention may be RNA, DNA, modified nucleic acid, or a mixture thereof, and may be linear or circular in shape, but is not limited to these.

상기 단백질의 수준을 측정하는 방법은 웨스턴 블럿(western blotting), ELISA(enzyme linked immunosorbentassay), 방사선면역분석(RIA: Radioimmunoassay), 방사 면역 확산법(radioimmunodiffusion), 오우크테로니(Ouchterlony) 면역 확산법, 로케트 면역 전기영동(rocket immunoelectrophoresis), 면역조직화학염색법(immunohistochemical staining), 면역침전 분석법(Immunoprecipitation Assay), 보체 고정 분석법(Complement Fixation Assay), 면역형광법(immunofluorescence), 면역크로마토그래피법(immunochromatography), FACS(fluorescenceactivated cell sorter analysis) 및 단백질칩 분석법(protein chip technology assay) 등의 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.Methods for measuring the level of the protein include western blotting, ELISA (enzyme linked immunosorbent assay), radioimmunoassay (RIA), radioimmunodiffusion, Ouchterlony immunodiffusion, and rocket. Rocket immunoelectrophoresis, immunohistochemical staining, Immunoprecipitation Assay, Complement Fixation Assay, immunofluorescence, immunochromatography, FACS ( Methods such as fluorescence activated cell sorter analysis and protein chip technology assay may be used, but are not limited thereto.

또한 본 발명은 Os09g03890 유전자의 mRNA 또는 단백질 수준을 측정하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임성 확인용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for confirming male sterility in rice, comprising an agent for measuring the mRNA or protein level of the Os09g03890 gene.

상기 제제는 상기 Os09g03890 유전자에 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 또는 프로브일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The agent may be a primer or probe capable of specifically binding to the Os09g03890 gene, but is not limited thereto.

상기 제제는 상기 Os09g03890 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The agent may be an antibody or aptamer that specifically binds to the Os09g03890 protein, but is not limited thereto.

상술한 본 발명의 내용은 상호 모순되지 않는 한, 서로 동일하게 적용되며, 당해 기술분야의 통상의 기술자가 적절한 변경을 가해 실시하는 것 또한 본 발명의 범주에 포함된다.The contents of the present invention described above are applied equally to each other unless they contradict each other, and implementation by a person skilled in the art with appropriate changes is also included in the scope of the present invention.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세하게 설명하나 본 발명의 범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1. CRISPR/Cas을 사용한 TAPE 유전자(Example 1. TAPE gene using CRISPR/Cas ( Os09g03890)os09g03890) 돌연변이체의 제작 Creation of Mutants

1-1. 식물 및 성장 조건1-1. Plants and growing conditions

야생형 벼(Wild-type(WT), (Oryza sativa L. spp. japonica cv. Dongin과 Hwayoung)와 형질전환 계통을 성장 챔버(growth chamber)에서 28℃/25℃(낮/야간), 16시간/8시간(명(light)/암(dark)) 및 습도 80% 조건으로 2주간 재배한 후 논으로 옮겼다. 분리 분석(segregation analysis) 및 상호 교차(reciprocal crossing)를 위하여 이형 접합체(heterozyhous, HZ) 돌연변이를 사용하였다. 종자를 CO2 인큐베이터에서 무라시게(Murashige) 및 스쿠그(Skoog) 배지로 2주동안 재배하고 성장 챔버로 옮겼다.Wild-type (WT), ( Oryza sativa L. spp. japonica cv. Dongin and Hwayoung) and transgenic lines were grown in a growth chamber at 28°C/25°C (day/night) for 16 hours/day. After being cultivated for 2 weeks under conditions of 8 hours (light/dark) and 80% humidity, they were transferred to a rice field. For segregation analysis and reciprocal crossing, heterozygotes (HZ) were grown. Mutants were used: Seeds were grown on Murashige and Skoog media in a CO 2 incubator for 2 weeks and transferred to a growth chamber.

1-2. 1-2. TAPETAPE 유전자( gene( Os09g03890)os09g03890) T-DNA 삽입 돌연변이체 T-DNA insertion mutants

TAPE의 T-DNA 돌연변이체(2B-00091; cv. Hwayoung)는 경희대학교 종자은행에서 입수하였다. 상기 T-DNA는 TAPE 유전자의 1번 엑손과 인트론 부위에 삽입되었다. 보다 구체적으로 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 유전자의 38번째 위치의 ATG(개시코돈)의 A를 첫번째 염기로 하여 1890bp 내지 2447bp에 삽입되었다.The T-DNA mutant of TAPE (2B-00091; cv. Hwayoung) was obtained from the Kyunghee University seed bank. The T-DNA was inserted into exon 1 and intron regions of the TAPE gene. More specifically, it was inserted between 1890bp and 2447bp using A as the first base of the ATG (start codon) at the 38th position of the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.

1-3. CRISPR/Cas을 사용한 1-3. Using CRISPR/Cas TAPE TAPE 유전자(gene( Os09g03890)os09g03890) 돌연변이체의 제작 Creation of Mutants

T-DNA가 삽입된 돌연변이는 동형접합 자손을 생산할 수 없으므로, T0 세대에서 CRISPR-Cas9 시스템을 이용하여 동형접합체 돌연변이를 제작하였다. CAFRI-Rice 및 CRISPRdirect 웹 소프트웨어를 사용하여 TAPE(Os09g03890)의 2개의 KO 돌연변이(tape-1tape-2)를 생성하기 위한 가이드 RNA(Guide RNA, gRNA)를 설계하였다. gRNA에 해당하는 올리고머(Oligomer)는 어닐링하였고, Bsal 처리된 pRGEB32 이원 벡터(binary vector)(Addgene 플리스미드 번호: 63142)에 연결하였다. 이때 클로닝에 사용한 프라이머는 하기 표 1에 나타내었다.Since mutants with T-DNA insertions cannot produce homozygous offspring, homozygous mutants were created using the CRISPR-Cas9 system in the T 0 generation. Guide RNA (gRNA) to generate two KO mutants ( tape-1 and tape-2 ) of TAPE ( Os09g03890 ) was designed using CAFRI-Rice and CRISPRdirect web software. The oligomer corresponding to the gRNA was annealed and ligated into the Bsal-treated pRGEB32 binary vector (Addgene plasmid number: 63142). The primers used for cloning at this time are shown in Table 1 below.

TAPE_sCAS1_FTAPE_sCAS1_F GGCAGGAGCTATCAGAGAGTATCA GGCAGGAGCTATCAGAGAGTATCA CRISPR/Cas9 (tape-1)CRISPR/Cas9 ( tape-1 ) TAPE_sCAS1_RTAPE_sCAS1_R AAACTGATACTCTCTGATAGCTCCAAACTGATACTTCTCTGATAGCTCC CRISPR/Cas9 (tape-1)CRISPR/Cas9 ( tape-1 ) TAPE_sCAS2_FTAPE_sCAS2_F GGCACCTCAACTGAAGAACTGCGAGGCACCTCAACTGAAGAACTGCGA CRISPR/Cas9 (tape-2)CRISPR/Cas9 ( tape-2 ) TAPE_sCAS2_RTAPE_sCAS2_R AAACTCGCAGTTCTTCAGTTGAGGAAACTCGCAGTTTCTTCAGTTGAGG CRISPR/Cas9 (tape-2)CRISPR/Cas9 ( tape-2 )

안정적인 형질전환을 위하여 공지된 아그로박테리움 매개 공동 배양 방법(Agrobacterium-mediated co-cultivation method)을 이용하여 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens, A. tumefaciens) LBA4404로 형질전환시켰다. For stable transformation, it was transformed into Agrobacterium tumefaciens (A. tumefaciens ) LBA4404 using the known Agrobacterium-mediated co-cultivation method.

아그로박테리움 컴피턴트 셀(Agrobacterium tumefaciens LB4404) 50μL와 1μg의 식물발현용 벡터를 혼합하여 얼음에 15분 방치하였다. 이어서 액체질소에 75초간 넣은 후, 37℃ 오븐에서 5분 동안 방치하고, 이에 1 ml의 LB 액체 배지를 넣은 다음 3시간 동안 28℃의 진탕배양기에서 배양하였다. 이어서, 테트라사이클린 저항성 LB 고체 배지에 도말하고 36시간후 생성되는 콜로니를 1mL의 LB 액체 배지에서 세포 배양하여 선별하였다.50 μL of Agrobacterium tumefaciens LB4404 and 1 μg of vector for plant expression were mixed and left on ice for 15 minutes. Next, it was placed in liquid nitrogen for 75 seconds, left in an oven at 37°C for 5 minutes, 1 ml of LB liquid medium was added thereto, and then cultured in a shaking incubator at 28°C for 3 hours. Next, the cells were plated on tetracycline-resistant LB solid medium, and colonies generated 36 hours later were selected by culturing the cells in 1 mL of LB liquid medium.

상기 생성된 형질전환된 아그로박테리움을 벼의 형질전환 실험에 사용하였다. 28℃ 생장실에서 동진벼 종자를 N6D 고체 배지에서 7일 정도 키워서 벼의 캘러스를 생성하였다. 생성된 캘러스와 72시간동안 배양한 pGA2707 식물 발현용 벡터로 형질 전환된 아그로박테리움 세포를 혼합하고, 22℃ 암실의 생장실에서 N6D-아세토시린곤을 포함하는 배지에서 배양하였다.The transformed Agrobacterium produced above was used in a rice transformation experiment. Dongjin rice seeds were grown on N6D solid medium in a growth room at 28°C for about 7 days to produce rice callus. The resulting callus and Agrobacterium cells transformed with the pGA2707 plant expression vector cultured for 72 hours were mixed and cultured in a medium containing N6D-acetosyringone in a dark growth room at 22°C.

아그로박테리움에 오염된 캘러스를 3차 증류수로 깨끗이 5번 정도 세척한 후 N6D 고체배지 하에서 1차(하이그로마이신(hygromycin) 30 mg/L), 2차 (하이그로마이신 40 mg/L)에 걸친 계대 배양을 통해 하이그로마이신 선발을 진행하였다. 상기 하이그로마이신 선발은 28℃ 생장실에서 4 주 동안 이루어졌다(각 차수마다 2주씩 수행). 분열된 캘러스를 재분화 배지인 MSR (hygromycin 40 mg/L) 고체배지에 옮겨 4주 28℃ 광조건 생장실에서 재분화를 유도한 후, 식물체를 MS 고체 배지로 옮기고 7일 28℃ 광조건 생장실에서 키우고 온실로 옮겨서 재분화 식물체를 키웠다.Callus contaminated with Agrobacterium was washed cleanly with tertiary distilled water about 5 times and then treated on N6D solid medium for the first time (hygromycin 30 mg/L) and the second time (hygromycin 40 mg/L). Hygromycin selection was performed through subculture. The hygromycin selection was carried out in a growth room at 28°C for 4 weeks (2 weeks for each round). The divided callus was transferred to a redifferentiation medium, MSR (hygromycin 40 mg/L) solid medium, and redifferentiation was induced in a growth room under light conditions at 28°C for 4 weeks. Then, the plants were transferred to MS solid medium and grown in a growth room under light conditions at 28°C for 7 days and then grown in a greenhouse. were transferred to and re-differentiated plants were grown.

재분화된 형질전환 식물체 잎의 DNA를 추출 후, 하기 표 2의 TAPE_Seq_F와 TAPE_Seq_R 프라이머를 이용하여 PCR을 통한 염기서열 증폭한 후 시퀀싱 분석을 통하여 염기서열의 돌연변이가 일어난 식물체를 선발하였다.After extracting the DNA from the leaves of the redifferentiated transgenic plants, the base sequences were amplified through PCR using the TAPE_Seq_F and TAPE_Seq_R primers shown in Table 2 below, and plants with base sequence mutations were selected through sequencing analysis.

TAPE_Seq1_FTAPE_Seq1_F GTAATGATGATGCAGTCCTGGTAATGATGATGCAGTCCTG Sequencing (tape-1)Sequencing ( tape-1 ) TAPE_Seq1_RTAPE_Seq1_R TTCTGCACATGGTTGTTCCCTTCTGCACATGGTTGTTCCC Sequencing (tape-1)Sequencing ( tape-1 ) TAPE_Seq2_FTAPE_Seq2_F GAAAGGTATGCCAACGGCAGGAAAGGTATGCCAACGGCAG Sequencing (tape-2)Sequencing ( tape-2 ) TAPE_Seq2_RTAPE_Seq2_R TTCTTTTCACCGCCATGCCTTTCTTTTCACCGCCATGCCT Sequencing (tape-2)Sequencing ( tape-2 )

실시예 2. Example 2. TAPETAPE 돌연변이체의 특성 분석 방법 Methods for Characterizing Mutants

2-1. 식물 표현형(phenotyping) 및 화분 발아(pollen germination) 분석2-1. Plant phenotyping and pollen germination analysis

WT와 tape-1tape-2를 수확하기 전에 COOLPIX P900s 카메라(Nikon, Tokyo, Japan)를 사용하여 사진을 찍었고, 개화 단계(anthesis stage)에서 이들 식물의 소수(spikelet)를 수집하고 SZX61 현미경(Olympus, Tokyo, Japan)을 사용하여 이미지화하였다.Before harvesting WT and tape-1 and tape-2, they were photographed using a COOLPIX P900s camera (Nikon, Tokyo, Japan), and spikelets of these plants were collected at the anthesis stage and examined under an SZX61 microscope ( Olympus, Tokyo, Japan) was used to image the images.

화분 형태를 관찰하기 위하여, 화분립(pollen grain)을 핀셋으로 수집한 후 내부 및 외부 세포벽 층에서 전분 함량을 확인하기 위하여 염색하였다. 간략하게, 1% I2-KI 용액을 이용하여 전분을 염색하고 0.1% 칼코플루오르 화이트(calcofluor white) 및 0.001% 아우로민 O 용액(auromine O solution)을 사용하여 인틴 층(intine layer) 및 엑신 층(extine layer)을 각각 염색하였다.To observe pollen morphology, pollen grains were collected with tweezers and then stained to determine starch content in the inner and outer cell wall layers. Briefly, starch was stained using 1% I 2 -KI solution and the intine layer and exine were stained using 0.1% calcofluor white and 0.001% auromine O solution. Each extine layer was stained.

염색된 화분은 브라이트 필드(bright field), 울트라-바이올렛(ulter-violet(UV)) 및 플루오레세인 이소티오사이네이트 채널(fluorescein isothiocyanate channel)이 있는 BX61 현미경(Olympus, Tokyo, Japan)을 사용하여 확인하였다.Stained pollen was examined using a BX61 microscope (Olympus, Tokyo, Japan) with bright field, ultra-violet (UV), and fluorescein isothiocyanate channels. Confirmed.

화분 발아 분석을 통해 열개(dehiscent) 꽃밥(anther)로부터 방출된 화분립을 당 분야에 공지된 방법으로 액체 또는 고체 화분 발아 배지(pollen germination media)를 이용해 수집하였다. ImageJ 소프트웨어를 사용하여 150개 이상의 화분립에 대해 화분관(pollen tube, PT) 길이와 화분 발아율(pollen germination ratio)를 측정하였다. 암술(pistil)에서 PT 신장(elongation)을 관찰하기 위하여 암술을 아닐린 블루 용액(aniline blue solution)을 이용해 염색하였다. 간략하게, 수분(pollination) 2시간 후에 암술을 수집하고 카르누아 용액(Carnoy’s solution)에서 밤새 배양하였다. 그 후 증류수로 5회 세척(회 당 5분)한 후, 1M NaOH에서 6시간 동안 배양하였다. 암술을 2회 세척(회 당 10분)한 후, 0.05%의 아닐린 블루(0.1 M K2HPO4(pH 8.5)에 포함)로 1시간 동안 암흑에서 염색하였다. 염색된 암술은 UV 채널 아래에서 관찰하였다.Through pollen germination analysis, pollen grains released from dehiscent anthers were collected using liquid or solid pollen germination media by a method known in the art. Pollen tube (PT) length and pollen germination ratio were measured for more than 150 pollen grains using ImageJ software. To observe PT elongation in the pistil, the pistil was stained using an aniline blue solution. Briefly, pistils were collected 2 hours after pollination and cultured overnight in Carnoy's solution. Afterwards, the cells were washed 5 times with distilled water (5 minutes each time) and then incubated in 1M NaOH for 6 hours. Pistils were washed twice (10 minutes each time) and then stained with 0.05% aniline blue (in 0.1 MK 2 HPO 4 (pH 8.5)) for 1 hour in the dark. Stained pistils were observed under a UV channel.

2-2. 효모 이중잡종체계(Yeast two-hybrid, Y2H) 분석2-2. Yeast two-hybrid (Y2H) analysis

TAPE 유전자 CDS의 4-561bp, 1252-1488 bp, 및 1726-2619 bp 단편을 증폭하고 EcoRI/BamHI 분해 pGBKT7 벡터로 클로닝하여 GAL4 DNA 결합 도메인 융합 베이트(bait)(각각 Bait A, B 및 C)를 생성하였다. 자가 활성화 테스트(self-activation test)를 위하여, 구조체를 효모 AH109로 형질전환하였다. 상기 베이트-효모 형질전환체(bait-yeast transformants)는 최소한의 SD(synthetic defined) 배지에서 성장하지 않아, 전사 활성제 (transcriptional actibator) 기능이 부족함을 확인하였다.The 4-561 bp, 1252-1488 bp, and 1726-2619 bp fragments of the TAPE gene CDS were amplified and cloned into the EcoRI/BamHI digested pGBKT7 vector to generate GAL4 DNA binding domain fusion baits (Baits A, B, and C, respectively). created. For self-activation test, the construct was transformed into yeast AH109. The bait-yeast transformants did not grow in minimal SD (synthetic defined) medium, confirming that they lacked the transcriptional activator function.

베이트 A와 B는 Y2H 스크리닝 분석에 사용하였다. 상기 Y2H 스크리닝 분석은 벼 꽃밥 cDNA 라이브러리를 사용하여 판바이오넷 회사(Panbionet Corp, (Pohang, Republic of Korea))에서 수행하였다.Bait A and B were used in Y2H screening analysis. The Y2H screening analysis was performed by Panbionet Corp, (Pohang, Republic of Korea) using a rice anther cDNA library.

TAPE가 미오신XI(myosinXI)에 결합할 수 있는지 확인하기 위하여, 베이트 C를 이용하여 Y2H 분석을 수행하였다. 미오신XI(LOC4330906)의 GTD를 GAL4 활성화 도메인과 융합하였다. SD 배지에는 류신(leucine), 트립토판(tryptophan) 및 히스티딘(histidine)이 결여되어 있으며(SD-LWH), 5mM의 3-AT(3-Amino-1,2,4-triazole)를 포함하는 선택배지(selection media)를 사용하였다.To confirm whether TAPE can bind to myosinXI, Y2H analysis was performed using bait C. The GTD of myosinXI (LOC4330906) was fused with the GAL4 activation domain. SD medium lacks leucine, tryptophan, and histidine (SD-LWH) and is a selective medium containing 5mM of 3-Amino-1,2,4-triazole (3-AT). (selection media) was used.

실시예 3. Example 3. TAPETAPE 식별 및 벼 웅성-배우자(male-gamete) 전달(transmission)에 미치는 영향 확인 Identification and determination of impact on rice male-gamete transmission

벼에서 웅성-배우자 유전자 전달과 관련된 유전자를 확인하기 위하여, 공지된 627개의 후기 화분 선호 유전자(late pollen preferred genes)에 대한 대규모 TDNA 돌연변이 스크리닝을 수행했다(Plant Mol. Biol. 2018, 96, 17-34. 참고). 그 결과 동형접합 식물(homozygous plant)이 없는 이형접합 식물(heterozyhous plant (TAPE/tape) 및 WT의 1 : 1 분리비율(segregation ratio)를 보이는, 상기 실시예 1-2의 T-DNA 삽입주(2B-00091)을 확인하였다. 이 라인(line)은 3개의 TPR과 PB1 도메인 사이에 위치한 TAPE의 1번 엑손과 인트론 부위에 T-DNA를 가지고 있다(도 1A).To identify genes involved in male-gametogene transfer in rice, we performed a large-scale TDNA mutation screening of 627 known late pollen preferred genes (Plant Mol. Biol. 2018, 96, 17- 34. Reference). As a result, the T -DNA insertion strain of Example 1-2 ( 2B-00091). This line has T-DNA in the 1st exon and intron region of TAPE located between the three TPR and PB1 domains (Figure 1A).

또한 TAPE/tape 식물을 사용하여 배우자 전달 결함을 유발하는 성별을 결정하기 위하여 상호 교차 분석(reciprocal crossing analysis)를 수행하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.In addition, reciprocal crossing analysis was performed using TAPE / tape plants to determine the gender causing the gamete transfer defect, and the results are shown in Table 3 below.

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, T-DNA 삽입된 돌연변이 TAPE/tape 식물을 부본(웅성 기증자(male donor)로 사용하여 WT와 교배시켰을 때 TAPE/tape(이형접합체) 자손(progenies)이 없는 TAPE/TAPE 자손(WT)만 발생하는 것을 확인하였다. 대조적으로 TAPE/tape 식물을 모본(자성 기증자(female donor)으로 사용한 경우, TAPE/TAPETAPE/tape 자손의 분리 비율이 거의 1:1이었다.As shown in Table 3 above, when the T-DNA inserted mutant TAPE / tape plants were crossed with WT using a duplicate (male donor), TAPE / tape (heterozygous) progenies were produced without TAPE /tape (progenies). It was confirmed that only TAPE progeny (WT) were generated. In contrast, when TAPE / tape plants were used as mother plants (female donors), the separation ratio of TAPE / TAPE and TAPE / tape progeny was almost 1:1.

이를 통해 TAPE가 웅성-배우자 유전자 전달에 필수적인 유전자임을 확인하였다.Through this, it was confirmed that TAPE is an essential gene for male-gamete gene transfer.

실시예 4. Example 4. TAPE TAPE 돌연변이의 불임(sterile) 표현형 및 PT 길이 확인Confirmation of sterile phenotype and PT length of mutants

T-DNA 인덱싱된 라인(T-DNA indexed line)에서 TAPE의 동형접합 돌연변이를 얻을 수 없었기 때문에, 표현형을 조사하기 위해 CRISPR/cas9 시스템을 사용하여 두 개의 독립적인 동형 접합 돌연변이(tape-1 또는 tape-2라 명시)를 생성하였다(도 1A 참고).Since we were unable to obtain a homozygous mutant of TAPE in the T-DNA indexed line, we used the CRISPR/cas9 system to investigate the phenotype by generating two independent homozygous mutants ( tape-1 or tape (specified as -2 ) was generated (see Figure 1A).

상기 독립적인 동형 접합 돌연변이에서 불임 표현형을 관찰하여 도 1B 및 도 1C에 나타내었다. 일부 종류의 불임 표현형은 꽃밥의 발달 결함과 화분 성숙 과정의 결함으로 인해 발생한다고 알려져 있으므로, 성숙 단계에서 꽃밥과 화분의 형태와 내부 특징을 확인하여 도 1D 내지 도 1F에 나타내었다.The infertility phenotype was observed in the independent homozygous mutants and is shown in Figure 1B and Figure 1C. Since it is known that some types of infertility phenotypes are caused by defects in the development of anthers and defects in the pollen maturation process, the shapes and internal characteristics of anthers and pollen at the maturation stage were confirmed and shown in Figures 1D to 1F.

도 1D에 나타낸 바와 같이, WT와 돌연변이체인 tape-1tape-2의 꽃밥은 정상적으로 발달되어 노란색을 나타냈으므로, 꽃밥에 결함이 일어나지 않았음을 확인하였다. As shown in Figure 1D, the anthers of WT and the mutant tape-1 and tape-2 developed normally and showed yellow color, confirming that there was no defect in the anthers.

더불어 화분의 전분 축적과 벽 형성을 확인하기 위해, 전분을 염색하고 인틴(intine) 및 엑신(exine) 층을 염색하여 도 1E 및 도 1F에 나타내었다.In addition, to confirm starch accumulation and wall formation in pollen, starch was stained and the intine and exine layers were stained, as shown in Figures 1E and 1F.

그 결과, TAPE 돌연변이체인 tape-1tape-2의 불임 표현형은 성숙기에 있는 꽃밥과 화분의 결함으로 인한 것이 아님을 확인하였다. As a result, it was confirmed that the sterility phenotype of TAPE mutants tape-1 and tape-2 was not due to defects in anthers and pollen at maturity.

또한 화분 발아 분석(pollen germination assay)을 수행하여 WT와 tape-1 사이의 PT 표현형을 확인하였다. 그 결과 tape-1은 짧은 PT를 가짐을 확인하였다(도 2A 및 도 2B). 수정 2시간후 WT, tape-1tape-2의 암술을 이용한 생체내 발아 분석에서도 tape-1 tape-2의 짧은 PT가 관찰되었다(도 2C 내지 도 2E).Additionally, pollen germination assay was performed to confirm the PT phenotype between WT and tape-1 . As a result, it was confirmed that tape-1 had a short PT (Figures 2A and 2B). In an in vivo germination analysis using pistils of WT, tape-1 , and tape- 2 2 hours after fertilization, a short PT of tape-1 and tape-2 was observed (Figures 2C to 2E).

tape-1 tape-2의 PT는 암술머리(stigma)에 부착 및 발아되었지만 WT와는 달리 암술대(style)의 전송 트랙(transmitting track)에는 도달하지 못했다. WT와 tape-1의 PT를 확대한 결과, tape-1의 PT에 짧지만 손상되지 않은 화분관이 있음을 확인하였다(도 2F 및 도 2G 참고). WT와 tape-1 간의 PT 길이를 정량 비교하였다. 그 결과, WT와 tape-1 간에 PT 길이에 통계적으로 유의한 차이가 있음을 확인하였다(도 2H 참고).The PTs of tape-1 and tape-2 attached and germinated to the stigma, but unlike WT, they did not reach the transmitting track of the style. As a result of enlarging the PT of WT and tape-1 , it was confirmed that there was a short but intact pollen tube in the PT of tape-1 (see Figures 2F and 2G). The PT length between WT and tape-1 was quantitatively compared. As a result, it was confirmed that there was a statistically significant difference in PT length between WT and tape-1 (see Figure 2H).

실시예 4.Example 4. TAPE TAPE 유전자의 기능적 역할 확인 Confirm the functional role of genes

한편, 옥수수(Zea mays L.)에서 미오신XI 모터 단백질인 Opaque1이 TAPE 상동체 중 하나인 ZmHIP에 결합하는 것으로 보고된 바 있다. 이를 기반으로 벼의 Opaque1과 가장 가까운 상동체인 미오신XI의 GTD와 TAPE간의 결합을 확인하였다. TAPE의 C-말단으로 구성된 베이트(도 3A 참고)를 사용하여 Y2H 분석을 수행하였다. 그 결과, 베이트는 자체 활성화 효과를 나타내지 않았으나(도 3B), 선택 배지에서 미오신XI의 GTD와의 상호 작용을 확인하였다(도 3C).Meanwhile, in corn (Zea mays L.), it has been reported that Opaque1, a myosinXI motor protein, binds to ZmHIP, one of the TAPE homologs. Based on this, the binding between GTD and TAPE of myosin XI, the closest homolog to Opaque1 of rice, was confirmed. Y2H analysis was performed using a bait consisting of the C-terminus of TAPE (see Figure 3A). As a result, the bait did not show its own activation effect (Figure 3B), but interaction with the GTD of myosinXI was confirmed in the selective medium (Figure 3C).

상기에서 확인한 바를 기반으로 한 TAPE 유전자(Os09g03890) 기능 결실 벼(tape)의 화분관 발달 기작에 대한 모식도를 도 4에 나타내었다.A schematic diagram of the pollen tube development mechanism of rice ( tape ) with a functional deletion of the TAPE gene ( Os09g03890) based on what was confirmed above is shown in Figure 4.

본 발명에 따르면 TAPE는 마이오신 XI의 결합단백질로서 화분관 발달과정에서 소포체와 결합단백질의 정상적인 수송을 매개하는 것으로 확인되었다.According to the present invention, TAPE is a myosin

종합적으로 본 발명은 TAPE 유전자(Os09g03890) 기능을 결실시킨 벼의 웅성불임 동형접합 돌연변이체를 제조하였으며, 이를 통해 상기 TAPE 유전자의 발현 및/또는 기능이 억제되는 경우, 화분관 발아 및 신장이 감소되어 웅성불임이 야기되는 것을 확인하였다.Overall, the present invention produced a male sterile homozygous mutant of rice with a deletion of the function of the TAPE gene ( Os09g03890) . When the expression and/or function of the TAPE gene is suppressed, pollen tube germination and elongation are reduced, resulting in male sterility. It was confirmed that infertility was caused.

Claims (16)

벼에서 Os09g03890 유전자의 발현을 억제하는 단계를 포함하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
A method of producing male sterile rice, comprising the step of suppressing the expression of the Os09g03890 gene in rice.
제 1항에 있어서,
상기 단계는 Os09g03890 유전자의 일부 염기를 결손 또는 삽입시켜 이루어지는 것인, 웅성불임 벼의 제조방법.
According to clause 1,
The above step is a method of producing male sterile rice, which is achieved by deleting or inserting some bases of the Os09g03890 gene.
제 1항에 있어서,
상기 단계는 T-DNA 삽입 또는 CRISPR-Cas9에 의한 유전자 편집에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
According to clause 1,
A method of producing male sterile rice, characterized in that the step is performed by T-DNA insertion or gene editing by CRISPR-Cas9.
제1항에 있어서,
Os09g03890 유전자의 발현이 억제된 벼를 모본으로 하여, 웅성 가임의 벼와 교배시키는 단계;를 더 포함하는 웅성불임 벼의 제조방법.
According to paragraph 1,
A method for producing male-sterile rice, further comprising the step of using rice in which expression of the Os09g03890 gene is suppressed as a model and crossing it with male-fertile rice.
제 1항에 있어서,
상기 Os09g03890 유전자의 발현 억제는 Os09g03890 유전자의 508번째 위치의 염기를 결손시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
According to clause 1,
A method for producing male sterile rice, characterized in that suppression of expression of the Os09g03890 gene is achieved by deleting the base at position 508 of the Os09g03890 gene.
제 5항에 있어서,
상기 508번째 위치의 염기는 아데닌(A)인 것을 특징으로 하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
According to clause 5,
A method for producing male sterile rice, characterized in that the base at position 508 is adenine (A).
제 5항에 있어서,
상기 508번째 위치의 염기가 결손된 Os09g03890 유전자는 서열번호 2로 표시되는 염기서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
According to clause 5,
A method for producing male sterile rice, characterized in that the Os09g03890 gene with a base deletion at position 508 consists of a base sequence represented by SEQ ID NO: 2.
제 1항에 있어서,
상기 Os09g03890 유전자의 발현 억제는 Os09g03890 유전자의 1429번째 위치에 아데닌(A)을 삽입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
According to clause 1,
A method for producing male sterile rice, characterized in that suppression of expression of the Os09g03890 gene is achieved by inserting adenine (A) at position 1429 of the Os09g03890 gene.
제 8항에 있어서,
상기 1429번째 위치에 아데닌(A)이 삽입된 Os09g03890 유전자는 서열번호 3으로 표시되는 염기서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 웅성불임 벼의 제조방법.
According to clause 8,
A method for producing male sterile rice, characterized in that the Os09g03890 gene in which adenine (A) is inserted at position 1429 consists of a base sequence represented by SEQ ID NO: 3.
Os09g03890 유전자의 발현이 억제된, 웅성불임 벼.
Male sterile rice with suppressed expression of the Os09g03890 gene.
Os09g03890 유전자의 발현을 억제하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임 유도용 조성물.
A composition for inducing male sterility in rice, comprising an agent that inhibits the expression of the Os09g03890 gene.
제 11항에 있어서,
상기 제제는 Os09g03890 유전자의 mRNA에 특이적으로 결합하는 siRNA, shRNA, miRNA, 리보자임(ribozyme), PNA(peptide nucleic acid) 및 안티센스 올리고뉴클레오티드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 벼의 웅성불임 유도용 조성물.
According to clause 11,
The agent is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of siRNA, shRNA, miRNA, ribozyme, PNA (peptide nucleic acid), and antisense oligonucleotide that specifically binds to the mRNA of the Os09g03890 gene. Composition for inducing male infertility.
Os09g03890 유전자 발현 여부를 측정하는 단계를 포함하는, 벼의 웅성불임성을 확인하는 방법.
Os09g03890 A method of confirming male sterility of rice, including the step of measuring gene expression.
Os09g03890 유전자의 mRNA 또는 단백질 수준을 측정하는 제제를 포함하는, 벼의 웅성불임성 확인용 조성물.
Os09g03890 A composition for confirming male sterility in rice, comprising an agent for measuring the mRNA or protein level of the gene.
제 14항에 있어서,
상기 제제는 상기 Os09g03890 유전자에 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 또는 프로브인 것인, 벼의 웅성불임성 확인용 조성물.
According to clause 14,
A composition for confirming male sterility of rice, wherein the agent is a primer or probe capable of specifically binding to the Os09g03890 gene.
제 14항에 있어서,
상기 제제는 상기 Os09g03890 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 앱타머인 것인, 벼의 웅성불임성 확인용 조성물.
According to clause 14,
A composition for confirming male sterility of rice, wherein the agent is an antibody or aptamer that specifically binds to the Os09g03890 protein.
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