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배추 시스테인 단백질 분해 효소 억제 유전자 BCPI-1의 발현과 종자 발아 및 유묘 생장과의 연관성
홍준기,이은영,김정률,양경애,최영주,정우식,김호일,윤대진,이상열,조무제,임체오 Plant molecular biology and biotechnology research 2003 Plant molecular biology and biotechnology research Vol.2003 No.-
Phytocystatins are protein inhibitors of cysteine proteinases of the papain family that have been identified in both monocot and dicot plants. A cDNA encoding a phytocystatin, BCPI-1 (Brassica Cysteine Proteinase Inhibitor-1) has been isolated from Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. pekinensis) flower buds. Here, we tested whether BCPI-1 transcription is regulated by hormones, and could be involved in regulating cysteine proteinases during and after germination. BCPI-1 was sensitive to exogenous GA_(3) and ABA, which are important factors controlling seed germination, suggesting that the expression of BCPI-1 is hormonally regulated. We introduced a recombinant plasmid containing the full-length BCPI-1 cDNA under the control of cauliflower mosaic virus 35S promoter into rice embryogenic calli using the particle delivery method, and regenerated a number of transgenic rice plants. Constitutively over-expressed BCPI-1 caused changes in overall plant growth and development, including reduced germination and seedling growth. These data support the role of the BCPI-1 in the regulation of endogenous proteinases during both seed germination and subsequent seedling development. Phylocystatins은 papain계열의 cysteine 단백질 분해 효소 활성을 특이적으로 억제하는 억제자로 다양한 식물 종으로부터 분리되었다. 본고에서는, 배추 화아 cDNA library로부터 분리된 phytocystatin인 BCPI-1(Brassica Cysteine Proteinase Inhibitor-1)의 생체 내 기능에 대해 연구하였다. 먼저, BCPI-1 전사체는 발아 조절에 중요한 영향을 미치는 GA₃와 ABA에 의해 예민하게 증가, 혹은 감소되는 반응을 보임으로써, BCPI-1이 식물 호르몬의 영향을 받으며, 특히 발아나 유묘의 생장 조절에 관련이 있음을 알 수 있었다. Particle bombardment 방법을 통하여 BCPI-1을 벼의 배 형성 세포 내에 도입, 재분화 시켜 형질 전환 벼를 생성하였다. CaMV 35S promoter의 조절에 의해 지속적인 BCPI-1 발현을 보이는 형질 전환 벼의 경우, 발아와 유묘 생장이 현저히 지연되었다. 위의 결과들을 바탕으로, BCPI-1이 식물체 내에서 생성되는 cysteine 계열의 단밸질 분해 효소 활성을 조절하여 종자의 발아와 유묘의 생장에 영향을 미치는 것으로 추측한다.
Eun-Kyoung Jang(장은경),Eun-Young Kang(강은영),Young Cheol Kim(김영철),Baik Ho Cho(조백호),Kwang-Yeol Yang(양광열) 한국생명과학회 2008 생명과학회지 Vol.18 No.8
SIPK와 WIPK의 상위 단계 인산화 효소로 알려진 NtMEK2가 DEX 유도성 시스템에 의해 밝혀졌다. 이 NtMEK2 유전자가 지속적으로 활성화된 돌연변이체인 NtMEK2<SUP>DD</SUP>의 발현은 SIPK와 WIPK를 활성화 시켜 주므로 과민감 반응과 같은 세포 괴사를 야기하는 것으로 나타나 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계가 담배에서 방어 반응을 조절하고 있음을 알 수 있었다. 그러나 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계에 의해서 조절 되는 하위 기질이나 방어관련 유전자들에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 그래서 본 연구는 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계에 매개되는 하위 유전자들을 분리하기 위하여 NtMEK2<SUP>DD</SUP> 형질전환 식물체를 이용해 ACP에 기초한 DDRT-PCR을 수행하였다. 그 결과 본 연구를 통해 처음으로 pI2-4, MTS2, SINA, CDM1, HRGP 및 DEG45를 포함해 여섯 개의 DEG들을 선발하였다. 이 유전자들의 발현은 NtMEK2<SUP>DD</SUP> 형질전환에서 다시 확인하였으며 특히 pI2-4, CDM1, HRGP의 유전자 발현은 다른 유전자들과 비교해 볼 때 살리실산과 담배모자이크바이러스에 강하게 반응하여 증폭됨을 알 수 있었다. 이러한 결과를 볼 때 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계에 의해 조절되는 세 개의 유전자는 병저항성에 관여하고 있음을 제시한다 하겠다. NtMEK2, which is the tobacco MAPK kinase that is upstream of SIPK and WIPK, was identified using the dexamethasone (DEX)-inducible gain-of-function transgenic system. Expression of NtNEK2<SUP>DD</SUP>, a constitutively active mutant of NtNEK2, leads to HR-like cell death, which indicates that the NtMEK2-SIPK/WIPK cascade controls defense responses in tobacco. However, little is known about the downstream target substrates or defense-related genes that are regulated by the NtMEK2-SIPK/WIPK cascade. In this study, ACP?based differential display RT-PCR was used to isolate the downstream effectors mediated by the NtMEK2-SIPK/WIPK cascade in NtMEK2<SUP>DD</SUP> transgenic plants. The results identified 6 novel differentially expressed genes (DEGs). These included pathogen induced protein 2-4 (pI2-4), monoterpene synthase 2 (MTS2), seven in absentia protein (SINA), cell death marker protein 1 (CDM1), hydroxyproline-rich glycoprotein (HRGP) and unknown genes (DEG45). The induction of these genes was confirmed by RT-PCR of samples obtained from NtMEK2<SUP>DD</SUP> plants. Additionally, when compared with other isolated DEGs, the pI2-4, CDM1 and HRGP genes were significantly up-regulated in response to treatment with salicylic acid and tobacco mosaic virus. Taken together, these results suggest that three novel DEGs were regulated by the NtMEK2-SIPK/WIPK cascade involved in disease resistance in tobacco.