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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.
AFLP 마커를 이용한 국내수집 염생식물 번행초 유전다양성 평가
전용삼,진용태,최서희,박누리,김인경,이가연,최종진,이긍주,Jeon, Yongsam,Jin, Yong-Tae,Choi, Seo-Hee,Park, Nuri,Kim, In-Kyung,Lee, Ka Youn,Choi, Jong-Jin,Lee, Geung-Joo 한국식물생명공학회 2016 식물생명공학회지 Vol.43 No.2
본 연구는 국내 동, 서 및 남해안 바닷가 근처 사구지역에서 자생하는 번행초 55개체를 수집하여 AFLP 마커시스템을 적용하고 이들 유전자원들간의 유전다양성 차이를 알아보기 위하여 실시하였다. 우선 전체 게놈의 특이적 부위를 절단하기 위하여 제한효소로 EcoRI과 MseI 12개 조합을 활용하였고, 그 결과 총 1,279 절편을 확보할 수 있었다. 이 결과는 제한효소 조합당 평균 107개의 절편이 생산된 것으로 이 중 평균 62개(약 58%)가 유전자원간에 다형성을 나타냈다. 이와 같이 유전자원간에 다형성을 보인 게놈 절편을 대상으로 유전다양성을 분석한 결과 조사된 55개체 번행초 유전자원 집단은 29%의 유전적 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 또한 군집분석을 통해 유전적 차이를 보이는 그룹을 분류한 결과 국내 자생 번행초 유전자원은 총 7개의 집단으로 나누어짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 국내외 최초의 번행초 유전 다양성 평가 정보는 향 후 품종 육성을 위한 교배친의 선발에 적용하여 다양한 유전적 차이를 보이는 분리집단을 확보하는 데 활용이 가능할 것으로 생각된다. This study was conducted to investigate the potential use of New Zealand spinach (Tetragonia tetragonioides) as a new vegetable crop which will be cultivated in salt-affected soils such as reclaimed areas. New Zealand spinach ecotypes native to Korea were collected across the Southern, Western and Eastern seashore regions of the Korean peninsula, among which fifty-five accessions were later further propagated and evaluated genetically by using an AFLP (amplified fragment length polymorphism) marker. Based on the AFLP analysis performed to uncover the genetic diversity of the collected ecotypes, enzymatic cleavage of the extracted DNA was implemented based on 12 EcoRI and MseI combinations. A total of 1,279 alleles (107 alleles per EcoRI and MseI enzyme combination) were successfully amplified, among which 62 alleles per enzyme combination were polymorphic (58%). The AFLP analysis indicated that the rate of genetic dissimilarity was 29% among the New Zealand spinach collections, which were clustered into the 7 genetic diversity group. This is the first report on the genetic variation in the genus Tetragonia, and the basic information can be applied to select parental lines for enhancing the segregation spectrum of the new halophytic vegetable plant grown in salt-affected areas.