방사선 스트레스 반응 방어 유전자의 탐색 및 발현 분석

박누리,하혜정,사미나단 수브라야,최서희,전용삼,진용태,도옥화,쉬프라 쿠마리,이긍주,Park, Nuri,Ha, Hye-Jeong,Subburaj, Saminathan,Choi, Seo-Hee,Jeon, Yongsam,Jin, Yong-Tae,Tu, Luhua,Kumari, Shipra,Lee, Geung-Joo 한국식물생명공학회 2016 식물생명공학회지 Vol.43 No.3

자주달개비는 닭의장풀과의 다년생 식물로, 자주달개비의 수술털은 이온화 방사선에 노출될 경우 분홍색 또는 흰색으로 체세포 돌연변이가 쉽게 일어나 방사선 지표식물로 생물학적인 반응 연구 등에 효과적으로 이용되어 왔다. 본 연구에서는, 자주달개비 BNL 4430을 대상으로 50, 250, 500, 1000 mGy에 해당하는 감마선($^{60}Co$)을 조사한 후 13일차에 있는 샘플을 대상으로 만개한 꽃을 채취하여 RNA를 추출하였다. 추출한 RNA를 바탕으로 Illumina Hi-seq를 이용하여 각 선량에 해당하는 전사체 및 특이발현유전자(Differentially expressed genes, DEGs)를 분석하였다. 전사체는 총 77,326개로, 방사선 비처리구에 비해 2배 이상 상향 발현된 유전자는 50 mGy에서 116개, 250 mGy에서 222개, 500 mGy에서 246개, 1000 mGy에서 308개로 밝혀졌으며, 이 중 각 선량별 특이적으로 반응하는 유전자인 heat shock protein 70 famaily protein, IQ-domain 6, KAR-UP oxidoreductase, zinc transporter 1 precursor를 선발하여 13일차의 RNA 샘플을 대상으로 RT-PCR 및 qRT-PCR을 이용하여 저선량 방사선에 반응하는 유전자를 검정하였다. 검정 결과 DEGs data와 매우 유사한 양상을 보였으며, 선량별로 2.3배에서 최대 96.59배의 높은 발현을 확인하였다. 선발한 유전자는 대부분 세포 내 방어기작과 관련이 되어있는 유전자였으며, 이중 KAR-UP oxidoreductase의 경우 A. thaliana에서 발아와 관련이 있는 유전자로 알려져 있었는데, 이번 연구를 통해 저선량 방사선에 의해서 반응하는 유전자로도 확인이 되었다. 저선량 방사선에 노출된 자주달개비의 유전자 정보를 바탕으로, 저선량의 방사선이 식물체에 미치는 영향과 발현 기작을 연구하는 데에 분자적 수준의 정보를 제공할 수 있게 되었으며, 저선량 방사선의 생물학적 안정성 확보를 위한 감시 보조수단으로 자주달개비가 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Tradescantia is a perennial plant in the family of Commelinaceae. It is known to be sensitive to radiation. In this study, Tradescantia BNL 4430 was irradiated with gamma radiation at doses of 50 to 1,000 mGy in a phytotron equipped with a $^{60}Co$ radiation source at Korea Atomic Energy Research Institute, Korea. At 13 days after irradiation, we extracted RNA from irradiated floral tissues for RNA-seq. Transcriptome assembly produced a total of 77, 326 unique transcripts. In plantlets exposed to 50, 250, 500, and 1000 mGy, the numbers of up-regulated genes with more than 2-fold of expression compared that in the control were 116, 222, 246, and 308, respectively. Most of the up-regulated genes induced by 50 mGy were heat shock proteins (HSPs) such as HSP 70, indicating that protein misfolding, aggregation, and translocation might have occurred during radiation stress. Similarly, highly up-regulated transcripts of the IQ-domain 6 were induced by 250 mGy, KAR-UP oxidoreductase 1 was induced by 500 mGy, and zinc transporter 1 precursor was induced by 1000 mGy. Reverse transcriptase (RT) PCR and quantitative real time PCR (qRT-PCR) further validated the increased mRNA expression levels of selected genes, consistent with DEG analysis results. However, 2.3 to 97- fold higher expression activities were induced by different doses of radiation based on qRT-PCR results. Results on the transcriptome of Tradescantia in response to radiation might provide unique identifiers to develop in situ monitoring kit for measuring radiation exposure around radiation facilities.

방사선 스트레스 반응 방어 유전자의 탐색 및 발현 분석

박누리,하혜정,사미나단 수브라야,최서희,전용삼,진용태,도옥화,쉬프라 쿠마리,이긍주 한국식물생명공학회 2016 JOURNAL OF PLANT BIOTECHNOLOGY Vol.43 No.3

Tradescantia is a perennial plant in the family of Commelinaceae. It is known to be sensitive to radiation. In this study, Tradescantia BNL 4430 was irradiated with gamma radiation at doses of 50 to 1,000 mGy in a phytotron equipped with a 60 Co radiation source at Korea Atomic Energy Research Institute, Korea. At 13 days after irradiation, we extracted RNA from irradiated floral tissues for RNA-seq. Transcriptome assembly produced a total of 77, 326 unique transcripts. In plantlets exposed to 50, 250, 500, and 1000 mGy, the numbers of up-regulated genes with more than 2- fold of expression compared that in the control were 116, 222, 246, and 308, respectively. Most of the up-regulated genes induced by 50 mGy were heat shock proteins (HSPs) such as HSP 70, indicating that protein misfolding, aggregation, and translocation might have occurred during radiation stress. Similarly, highly up-regulated transcripts of the IQ-domain 6 were induced by 250 mGy, KAR-UP oxidoreductase 1 was induced by 500 mGy, and zinc transporter 1 precursor was induced by 1000 mGy. Reverse transcriptase (RT) PCR and quantitative real time PCR (qRT-PCR) further validated the increased mRNA expression levels of selected genes, consistent with DEG analysis results. However, 2.3 to 97- fold higher expression activities were induced by different doses of radiation based on qRT-PCR results. Results on the transcriptome of Tradescantia in response to radiation might provide unique identifiers to develop in situ monitoring kit for measuring radiation exposure around radiation facilities. 자주달개비는 닭의장풀과의 다년생 식물로, 자주달개비의수술털은 이온화 방사선에 노출될 경우 분홍색 또는 흰색으로 체세포 돌연변이가 쉽게 일어나 방사선 지표식물로생물학적인 반응 연구 등에 효과적으로 이용되어 왔다. 본연구에서는, 자주달개비 BNL 4430을 대상으로 50, 250, 500, 1000 mGy에 해당하는 감마선(60Co)을 조사한 후 13일차에있는 샘플을 대상으로 만개한 꽃을 채취하여 RNA를 추출하였다. 추출한 RNA를 바탕으로 Illumina Hi-seq를 이용하여각 선량에 해당하는 전사체 및 특이발현유전자(Differentially expressed genes, DEGs)를 분석하였다. 전사체는 총 77,326개로, 방사선 비처리구에 비해 2배 이상 상향 발현된 유전자는50 mGy에서 116개, 250 mGy에서 222개, 500 mGy에서 246개, 1000 mGy에서 308개로 밝혀졌으며, 이 중 각 선량별 특이적으로 반응하는 유전자인 heat shock protein 70 famaily protein, IQ-domain 6, KAR-UP oxidoreductase, zinc transporter 1 precursor 를 선발하여 13일차의 RNA 샘플을 대상으로 RT-PCR 및qRT-PCR을 이용하여 저선량 방사선에 반응하는 유전자를검정하였다. 검정 결과 DEGs data와 매우 유사한 양상을 보였으며, 선량별로 2.3배에서 최대 96.59배의 높은 발현을 확인하였다. 선발한 유전자는 대부분 세포 내 방어기작과 관련이 되어있는 유전자였으며, 이중 KAR-UP oxidoreductase 의 경우 A. thaliana에서 발아와 관련이 있는 유전자로 알려져 있었는데, 이번 연구를 통해 저선량 방사선에 의해서 반응하는 유전자로도 확인이 되었다. 저선량 방사선에 노출된 자주달개비의 유전자 정보를 바탕으로, 저선량의 방사선이 식물체에 미치는 영향과 발현 기작을 연구하는 데에분자적 수준의 정보를 제공할 수 있게 되었으며, 저선량 방사선의 생물학적 안정성 확보를 위한 감시 보조수단으로자주달개비가 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Isolation and characterization of cellulolytic yeast belonging to Moesziomyces sp. from the gut of Grasshopper

김주영,정희영,박종석,조성진,이훈복,성기호,가야쓰리 수브라마니,김명겸,Kim, Ju-Young,Jung, Hee-Young,Park, Jong-Seok,Cho, Sung-Jin,Lee, Hoon Bok,Sung, Gi-Ho,Subramani, Gayathri,Kim, Myung Kyum The Microbiological Society of Korea 2019 미생물학회지 Vol.55 No.3

효모와 곤충 간의 집중적인 상호 작용은 곤충의 먹이에 대한 유인과 발달 및 행동에 대한 관련성을 보였다. 곤충 내장에서 분리된 효모는 먹이의 소화를 돕는 셀룰라아제(셀룰로오스 분해)를 분비한다. 한국의 경기도에서 수집한 메뚜기의 장에서 셀룰로오스를 분해하는 효모 세 균주를 분리 하였다. 효모 균주의 cellulase 활성을 확인하기 위해, 카르복시 메틸 셀룰로즈(CMC)를 함유하는 배지로 플레이트상의 투명한 영역을 요오드 용액을 사용하여 관찰하였다. 효모 $ON22^T$, $G10^T$ 및 $G15^T$ 균주는 CMC-플레이트 분석에서 양성 셀룰로오스 활성을 나타냈다. Large subunit rDNA 유전자와 Internal transcribed spacer (ITS) 영역의 D1/D2 영역의 서열 분석에 기초한 계통수를 통해 $ON22^T$와 $G10^T$ 균주가 Moesziomyces aphidis JCM 10318 (D1/D2 영역에서 각 100%와 99.8%, ITS 영역에서 각 98.4% 및 99.5% 서열유사성)와 가장 가깝고 G15는 Moesziomyces antarcticus JCM $10317^T$ 종 (D1/D2 영역에서 100%, ITS에서 100% 서열 유사성)에 속한다는 것을 밝혔다. 셀룰라아제는 바이오 에탄올 생산과 같은 바이오 연료와 같은 다양한 산업 공정에서 사용되고 있다. 따라서, 셀룰로오스 분해 미생물의 분리 및 연구는 중요성을 갖게 되었다. 이 논문은 한국의 Moesziomyces 속의 셀룰로오스 분해 효모 균주인 $ON22^T$, $G10^T$, $G15^T$에 대한 첫 번째 보고이다. An intensive interaction between yeasts and insects has highlighted their relevance for attraction to food and for the insect's development and behavior. Yeast associated in the gut of insects secretes cellulase which aided in the food digestion (cellulose degradation). Three strains of cellulose-degrading yeast were isolated from the gut of adult grasshoppers collected in Gyeonggi Province, South Korea. The strains $ON22^T$, $G10^T$, and $G15^T$, showed positive cellulolytic activity in the carboxymethyl cellulose (CMC)-plate assay. The phylogenetic tree based on sequence analysis of D1/D2 domains of the large subunit rRNA gene and the internal transcribed spacer (ITS) regions revealed that the strains $ON22^T$ (100 and 98.4% sequence similarities in D1/D2 domains and ITS) and $G10^T$ (99.8 and 99.5% in D1/D2 domain and ITS region) were most closely related to the species Moesziomyces aphidis JCM $10318^T$; $G15^T$ (100% in D1/D2 domains and ITS) belongs to the species Moesziomyces antarcticus JCM $10317^T$, respectively. Morphology and biochemical test results are provided in the species description. Cellulase with its massive applicability has been used in various industrial processes such as biofuels like bioethanol productions. Therefore, this is the first report of the cellulolytic yeast strains $ON22^T$, $G10^T$, and $G15^T$ related to the genus Moesziomyces in the family Ustilaginaceae (Ustilaginales), in Korea.