월동 배추의 추위 스트레스 반응성 ERF 유전자 발굴과 활용
Identification and Utilization of Cold Stress Responsive ERF Genes in Overwintering Chinese Cabbage
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초록
기상 이변으로 인한 식물동결 피해를 완화하기 위해서는 분자생물학적 접근을 통해 동결 내성 식물의 동결저항 기작에 관한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 월동 배추에서 추위 스트레스에 반응하는 동결 내성 관련 ERF(Ethylene-Responsive transcription Factor) 유전자를 발굴하고자 한다. 또한, 형질전환을 통해 다른 생물에 동결 내성을 부여하기 위한 분자생물학적 기초를 탐색하고자 한다. 월동 배추에 동결 스트레스 저항성 유전자인 ERF가 발현되면 AFP(부동 단백질)가 합성되어 세포 동결 내성이 생긴다. 우리는 ERF 유전자 내에서 기능적으로 중요한 ERF 도메인 영역의 DNA를 확보하였고, 그 염기서열을 분석했으며 이를 BrERF1과 BrERF2라고 명명하였다. 이들의 추위 스트레스에 대한 반응성은 RT-PCR 및 qRT-PCR을 통해 확인하였다. 더 나아가 ERF 유전자가 삽입된 플라스미드의 도입으로 다른 생명체의 형질전환을 이끄는 전략을 제안하였다. 동결 내성 관련 유전자 도입에 의한 형질전환 생물체의 동결 내성이 유의미하게 향상된다면, 표적 생물체의 생산성이 향상될 것이다. 특히, BrERFs 유전자에 의한 영구적인 형질전환 식물체 개발은 추위 스트레스 상황에서의 식물 생산량을 증가시킬 가능성을 제안한다.
Abstract
To mitigate plant freeze damage caused by extreme weather events, we need to elucidate the freeze resistance mechanism of freeze-tolerant plants through molecular biological approaches. Our research focuses on identifying the cold stress responsive, ERF(Ethylene-Responsive transcription Factor) genes that confer freeze tolerance in overwintering Chinese cabbage. Additionally, we aim to explore the molecular basis for conferring freezing tolerance to other organisms through genetic transformation. Expression of the ERF, cold stress responsive gene in overwintering Chinese cabbage, leads to the synthesis of AFP(Antifreeze Protein), which results in cellular freezing tolerance. We identified and sequenced functionally important ERF domain regions within the ERF genes, which we named BrERF1 and BrERF2. Their responsiveness to cold stress was confirmed through RT-PCR and qRT-PCR. Furthermore, we propose strategies to introduce BrERF1 and BrERF2 insertion plasmids into other organisms for transformation. Significant improvements in the freezing tolerance of transgenic organisms are expected to improve the productivity of these target organisms. In particular, the development of permanently transgenic plants using the BrERFs gene offers the possibility of increasing plant production under cold stress.
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