KR100996667B1 - 벼의 캘러스 또는 분화중인 캘러스에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 전사인자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 유전자의 프로모터 또는 전사인자, 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 포함하는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 유전자를 특이적으로 발현시키기 위한 조성물; 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터; 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체; 및 상기 프로모터를 이용하여 외래 유전자를 형질전환 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 발현시키는 방법에 관한 것이다.
벼, 캘러스, 분화중인 캘러스, 프로모터, 전사인자, 식물 발현 벡터

Description

벼의 캘러스 또는 분화중인 캘러스에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 전사인자{Promoters of genes and transcription factors specifically expressed in callus or regenerating callus of rice}
본 발명은 벼의 캘러스 또는 분화중인 캘러스에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 전사인자에 관한 것이다.
분자 생물학이 발전하면서 유전자의 발현을 조절하는 여러 가지 기작이 밝혀져 왔다. 유전자의 발현이라 함은 세포내에서 일어나는 전사(transcription) 및 번역(translation)을 통해 유전자에 입력되어 있는 코드에 따라 단백질을 합성하는 일련의 과정을 일컫는다. 특히, 전사 과정은 유전자 발현의 초기 단계로서, RNA 중합 효소가 여러 보조 인자들의 도움을 받아서 유전자의 상위에 존재하는 프로모터(promoter) 서열에 결합함으로서 개시가 되고, 전사인자(TF, transcription factor)는 그러한 보조 인자들 가운데 하나로서, 프로모터 서열에 직접 결합을 하는 것으로 알려져 있다. 진핵생물에서는 대표적으로 TFIIA, TFIIB 및 TFIID와 같은 전사인자가 밝혀졌으며, TATA box 및 E-box와 같은 여러 종류의 프로모터 서열이 알려져 있고, 연구자들에 의해 계속 새로운 전사인자 및 프로모터 서열이 밝혀지고 있다.
외래 유전자의 발현을 식물체의 특별한 조직에만 국한시켜 형질전환 목적을 달성하는데 이용되는 공지된 프로모터들은 그 기능에 따라서 다음과 같이 분류할 수 있다.
첫째로, 뿌리 조직 특이 발현 프로모터이다. 아직 상용화된 사례는 없으나 애기장대 퍼옥시다제(peroxidase, prxEa)가 분리되어 뿌리 조직 특이적 발현을 확인하였고, 최근 고구마 유래의 매즈 유전자(ibMADS)와 당 유도성 ADP-글루코오스 파이로포스파타제(ADP-glucose pyrophosphatase, AGPase) 유전자가 분리되어 해당 프로모터가 뿌리에서 특이 발현을 유도하며 당근, 무에서 뿌리 특이적 일시적 발현을 유도함을 확인한 바 있다 (한국특허등록 제10-18771호 및 제10-604191호). 이들 프로모터는 식량이나 식품, 또는 식품의 원료로 사용되는 주요 뿌리작물에서 농업적 형질 개량이나 유용 단백질 축적 및 유용 물질 생성 등을 목적으로 주로 사용이 기대될 수 있다.
둘째로, 종자 특이적 프로모터를 들 수 있다. 대표적인 예로서 벼 주요 저장 단백질 유전자의 프로모터들로서 황금쌀(golden rice) 개발에 사용된 벼 글루텔린(glutelin) 프로모터가 현재까지 외떡잎 식물의 종자 특이적 발현을 유도하는 경우에 많이 사용되고 있고, 쌍떡잎 식물의 종자 특이적 발현을 유도하는데 주로 사용되는 프로모터로는 콩 유래 렉틴(lectin) 프로모터, 배추 유래 나핀(napin) 프로모터 및 애기장대의 종자에서 감마 토코페롤 메틸기 전이효소(γ-tocopherol methyl transferase:γ-TMT) 유전자 발현을 유도함으로써 비타민 E 생성을 증진시 킨 연구에 사용된 당근 유래 DC-3 프로모터 등을 들 수 있으며, 들깨 유래 올레오신(oleosin) 프로모터의 종자 특이발현 유도를 확인한 사례가 있다. 상기 종자 특이적 프로모터들은 주로 종자 자체가 식량이나 식품 또는 식품의 원료로 사용되는 주요 작물에서 유용 단백질 축적 및 유용 물질 생성 등을 목적으로 주로 사용되고 있다.
셋째로, 전신발현 유도 프로모터를 들 수 있다. 식물 전신발현 유도 프로모터로는 꽃양배추 모자이크 바이러스 (CaMV: cauliflower mosaic virus)의 35S RNA 유전자의 프로모터가 대표적인 쌍떡잎식물용 프로모터로 사용되고 있으며, 벼 등의 외떡잎식물용 전신발현 유도 프로모터로는 벼 액틴(actin) 및 옥수수 유비퀴틴(ubiquithin) 유전자 프로모터들이 주로 이용되어 왔으며, 최근 벼 시토크롬 C 유전자(OsOc1)의 프로모터가 국내 연구진에 의해 개발되어 사용 중에 있다 (한국등록특허 제10-429335호). 이들은 식물형질전환 기본 운반체 내에 선발마커로 이용되는 항생제나 제초제 저항성 유전자 및 리포터 유전자의 발현을 유도하기 위해 이미 내재되어 있으며, 연구적인 측면에서 목적하는 유전자의 식물체내 기능을 밝히고자 시도할 때 우선적으로 고려되는 프로모터들이다.
넷째로, 잎 등의 기타 조직 특이 프로모터를 들 수 있다. 잎 등의 광합성 조직에서만 강력한 유전자의 발현을 유도하는 벼와 옥수수 유래의 rbcS(ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit) 프로모터, 아그로박테리움 유래의 식물 뿌리 발현을 유도하는 RolD 프로모터, 감자 유래 괴경 특이 발현 유도 파타틴 (patatin) 프로모터, 토마토 유래의 과실 성숙 특이 발현 유도 PDS(phytoene synthase) 프로모터 및 그 기능이 배추꽃의 화분 특이적임이 확인된 배추 유래 올레오신(oleosin) 프로모터 등이 포함된다.
그 외에도 다양한 목적에 따른 다양한 식물 유래의 식물체 각 조직에 대하여 많은 수의 프로모터들이 보고 되었고 현재에도 계속 개발이 진행 중이지만, 상용화 되었거나 식물 연구자들 사이에 범용되는 프로모터의 종류는 이상에서 언급된 경우에 대부분이 속하며, 개발자의 의도에 따라서 보다 정밀하게 유전자 발현의 부위를 조절할 수 있는 새로운 프로모터들이 앞으로도 계속 개발될 필요성이 있다.
또한, DNA 마이크로어레이는 유전자의 발현 정도를 비교 및 분석할 수 있는 도구로서, 유리 슬라이드 위에 각 유전자를 대표하는 특정 DNA 단편이 부착되어 있으며, 생물체에서 발현되는 유전자가 여기에 상보적인 결합을 하여 그 발현 정도를 측정할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 벼의 캘러스 또는 분화중인 캘러스 조직에서 특이적으로 발현되는 유전자를 DNA 마이크로어레이를 통해 선발하고, 상기 선발된 유전자로부터 이의 프로모터를 추출하였으며, 또한 벼의 캘러스 또는 분화중인 캘러스 조직에서 특이적으로 발현되는 전사인자를 선발하였다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 유전자의 프로모터 또는 전사인자를 포함하는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 유전자를 특이적으로 발현시키기 위한 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 포함하는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 유전자를 특이적으로 발현시키기 위한 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 프로모터를 이용하여 외래 유전자를 형질전환 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 발현시키는 방법을 제공한다.
전사인자 및 프로모터 서열은 유전자의 환경적, 시기적 및 조직적 발현을 조절하는 필수적인 요소이다. 따라서 본 출원자에 의해 확인된 조직 및 기관 특이적으로 발현하는 유전자들의 전사인자 및 프로모터를 활용하여 특정 유전자의 발현 기작을 연구하는 실험자들이 유전자가 발현하는 시기와 조직을 인위적으로 조절할 수 있을 것으로 기대한다. 또한, 본 발명의 캘러스 또는 분화중인 캘러스의 특이적인 전사인자들과 유전자의 프로모터 서열은 각각의 발생단계를 결정하는 중요한 인자들로서 관련된 분야를 연구하는 연구자들이 사용할 수 있는 중요한 표지 유전자로서의 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 발생단계를 조절하거나 특정한 단계에서의 유전자 발현을 조절하는 인위적인 유전자 조작에도 유용한 정보 및 도구로서 활용될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 유전자의 프로모터 또는 전사인자를 포함하는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 유전자를 특이적으로 발현시키기 위한 조성물을 제공한다.
조직 또는 기관 특이적으로 발현하는 유전자를 선발하기 위하여, 벼의 생장 단계를 7가지, 즉 (1) 캘러스(C), (2) 재분화중인 캘러스(RC), (3) 발아중인 종자(GS), (4) 2주간 성장시킨 잎(L), (5) 2주간 성장시킨 뿌리(R), (6) 수분직전의 꽃(FBP) 및 (7) 수분직후의 꽃(FAP)을 수집하여 이들 시료들로부터 total RNA를 분 리하고 cDNA를 합성한 후 DNA 마이크로어레이를 통해 캘러스 및 분화중인 캘러스에서만 특이적으로 가장 많이 발현되는 유전자를 각각 2개씩 선발하였다. 캘러스에서만 많이 발현되는 유전자는 OsCal1 및 OsCal2 이었으며, 분화중인 캘러스에서만 많이 발현되는 유전자는 OsRC1 및 OsRC2이었다. 상기 유전자는 RT-PCR을 통해 캘러스 또는 분화중인 캘러스에서 특이적으로 발현됨을 확인하였다 (도 1 참고).
상기 4개의 유전자의 상위에 존재하는 프로모터 염기 서열을 추출하기 위하여, 기존에 밝혀진 벼의 전체 염기서열과 선발된 유전자들을 비교하여 유전자의 시작위치(ATG)를 표시하고 시작위치의 직전 염기서열로부터 약 -2,000 base 까지의 염기서열을 추출하였다 (도 2 참고).
상기 프로모터는 OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서열, 예를 들면, 서열번호 1 내지 4의 염기서열로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 구체적으로, 서열번호 1은 OsCal1의 프로모터 서열이며, 서열번호 2는 OsCal2의 프로모터 서열이며, 서열번호 3은 OsRC1의 프로모터 서열이며, 서열번호 4는 OsRC2의 프로모터 서열이다.
또한, 상기 프로모터 서열의 변이체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 변이체는 염기 서열은 변화되지만, OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서열과 각각 유사한 기능적 특성을 갖는 염기 서열이다. 구체적으로, 프로모터 서열은 OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서열과 각각 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다.
폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제(즉, 갭)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서의 용어 "특이적으로"라는 용어는 프로모터의 발현 활성이 동일한 식물체 내의 적어도 하나 이상의 다른 조직보다 특정한 조직 내에서 더 높다는 것을 의미한다. 프로모터의 발현 활성의 수준은 일반적으로 사용되는 방법을 이용하여 미리 측정된 조직 내에서의 프로모터의 발현수준을 다른 조직 내에서의 것과 비교함으로써 평가된다. 일반적으로 프로모터의 발현수준은 프로모터의 조절 하에서 발현된 유전자 생성물, 예를 들어 단백질 및 RNA 등의 생성량에 의해 측정된다.
본 명세서에서의 용어 "프로모터"는 코딩 서열 또는 기능적 RNA의 발현을 조절할 수 있는 DNA 서열을 의미한다. 프로모터 부위는 당업자라면 용이하게 인식할 수 있다. 즉, ATG 모티프를 포함하는 추정의 개시 코돈이 확인되어 있고, 이 개시코돈으로부터 업스트림이 추정 프로모터 부위이다. 프로모터는 인접 및 원거리의 업스트림 엘리먼트(element)들로 구성되어 있다. 인접 엘리먼트로서는 통상적으로 RNA 중합효소 II가 적합한 전사 개시 위치에서 RNA의 합성을 개시할 수 있게 하는 TATA 박스를 포함한다. 원 거리 엘리먼트은 인핸서 (enhancer)라고도 불리우는 조절 서열을 포함하는데, 이는 TATA 박스의 업스트림 부위에 조직 특이적 또는 시간 특이적 발현에 관여하는 추가 조절 엘리먼트이다. 인핸서는 프로모터의 활성을 촉 진할 수 있는 DNA 서열이고, 프로모터의 고유의 엘리먼트이거나, 프로모터의 조직-특이성이나 발현 수준을 향상시키기 위해서 삽입되는 이종 기원(heterologous)의 엘리먼트일 수 있다. 프로모터는 본래의 유전자로부터 그 전체가 유래한 것일 수 있고, 또는 자연계에서 발견된 상이한 프로모터들로부터 유래한 상이한 엘리먼트들로 구성될 수도 있고, 심지어 합성 DNA를 포함할 수도 있다.
벼의 캘러스에서 특이적으로 발현되는 전사인자를 3개 선발하였으며, 이는 서열번호 5 내지 7의 염기서열로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 구체적으로, 서열번호 5는 OsCal-TF1 전사인자이며, 서열번호 6은 OsCal-TF2 전사인자이며, 서열번호 7은 OsCal-TF3 전사인자이다. 또한, 상기 전사인자는 RT-PCR을 통해 캘러스에서 특이적으로 발현됨을 확인하였다 (도 3 참고).
본 발명은 또한, OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서열, 예를 들면, 서열번호 1 내지 4의 염기서열로 이루어진 군으로부터 선택되는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 포함하는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 유전자를 특이적으로 발현시키기 위한 조성물을 제공한다.
상기 조성물에서, 프로모터는 전술한 바와 같다.
용어 "재조합"은 세포가 이종의 핵산을 복제하거나, 상기 핵산을 발현하거나 또는 펩티드, 이종의 펩티드 또는 이종의 핵산에 의해 암호된 단백질을 발현하는 세포를 지칭하는 것이다. 재조합 세포는 상기 세포의 천연 형태에서는 발견되지 않는 유전자 또는 유전자 절편을, 센스 또는 안티센스 형태 중 하나로 발현할 수 있 다. 또한 재조합 세포는 천연 상태의 세포에서 발견되는 유전자를 발현할 수 있으며, 그러나 상기 유전자는 변형된 것으로써 인위적인 수단에 의해 세포 내 재도입된 것이다.
용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "전달체"는 흔히 "벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.
식물 발현 벡터의 바람직한 예는 아그로박테리움 투머파시엔스와 같은 적당한 숙주에 존재할 때 그 자체의 일부, 소위 T-영역을 식물 세포로 전이시킬 수 있는 Ti-플라스미드 벡터이다. 다른 유형의 Ti-플라스미드 벡터(EP 0 116 718 B1호 참조)는 현재 식물 세포, 또는 잡종 DNA를 식물의 게놈 내에 적당하게 삽입시키는 새로운 식물이 생산될 수 있는 원형질체로 잡종 DNA 서열을 전이시키는데 이용되고 있다. Ti-플라스미드 벡터의 특히 바람직한 형태는 EP 0 120 516 B1호 및 미국 특허 제4,940,838호에 청구된 바와 같은 소위 바이너리(binary) 벡터이다. 본 발명에 따른 DNA를 식물 숙주에 도입시키는데 이용될 수 있는 다른 적합한 벡터는 이중 가닥 식물 바이러스(예를 들면, CaMV) 및 단일 가닥 바이러스, 게미니 바이러스 등으로부터 유래될 수 있는 것과 같은 바이러스 벡터, 예를 들면 비완전성 식물 바이러스 벡터로부터 선택될 수 있다. 그러한 벡터의 사용은 특히 식물 숙주를 적당하게 형질전환 하는 것이 어려울 때 유리할 수 있다.
발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함한다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 글리포세이트(glyphosate) 또는 포스피노트리신과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신, G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 식물 발현 벡터에서, 터미네이터는 통상의 터미네이터를 사용할 수 있으며, 그 예로는 노팔린 신타아제(NOS), 벼 α-아밀라아제 RAmy1 A 터미네이터, 파세올린(phaseoline) 터미네이터, 아그로박테리움 투메파시엔스(agrobacterium tumefaciens)의 옥토파인(Octopine) 유전자의 터미네이터 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 터미네이터의 필요성에 관하여, 그러한 영역이 식물 세포에서의 전사의 확실성 및 효율을 증가시키는 것으로 일반적으로 알고 있다. 그러므로, 터미네이터의 사용은 본 발명의 내용에서 매우 바람직하다.
본 발명은 또한, OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서열, 예를 들면, 서열번호 1 내지 4의 염기서열로 이루어진 군으로부터 선택되는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 제공한다. 프로모터는 전술한 바와 같다.
본 발명은 또한, OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서 열, 예를 들면, 서열번호 1 내지 4의 염기서열로 이루어진 군으로부터 선택되는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 식물체는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 대두, 감자, 밀, 팥, 귀리 및 수수로 이루어진 군에서 선택된 식량작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 및 당근으로 이루어진 군에서 선택된 채소작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 및 유채로 이루어진 군에서 선택된 특용작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 및 바나나로 이루어진 군에서 선택된 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 및 튤립으로 이루어진 군에서 선택된 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 및 페레니얼라이그라스로 이루어진 군에서 선택된 사료작물류일 수 있다. 바람직하게는, 상기 식물체는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수 수, 귀리 및 양파로 이루어진 군에서 선택되는 단자엽 식물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 식물체는 벼이다.
본 발명은 또한, 상기 식물체의 종자를 제공한다. 바람직하게는, 상기 종자는 벼의 종자이다.
본 발명은 또한, OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서열, 예를 들면, 서열번호 1 내지 4의 염기서열로 이루어진 군으로부터 선택되는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터에 외래 유전자를 삽입하는 단계; 및
상기 외래 유전자가 삽입된 재조합 식물 발현 벡터를 벼에 형질전환하는 단계를 포함하는 외래 유전자를 형질전환 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 발현시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은 OsCal1, OsCal2, OsRC1 및 OsRC2의 프로모터 부위의 염기서열, 예를 들면, 서열번호 1 내지 4의 염기서열로 이루어진 군으로부터 선택되는, 벼의 캘러스 또는 분화 중인 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터에 외래 유전자를 삽입하는 단계를 포함한다.
상기 외래 유전자는 프로모터와 작동가능하게 연결된다(operatively linked). 본 명세서에서의 용어 "작동가능하게 연결된"은 핵산 발현 조절 서열 (예: 프로모터, 시그널 서열, 또는 전사 조절인자 결합위치의 배열)과 다른 핵산 서열사이의 기능적인 결합을 의미하며, 이에 의해 상기 조절 서열은 상기 다른 핵산 서열의 전사 및/또는 트랜스레이션을 조절하게 된다.
본 명세서에서의 용어 "외래 유전자"는 특정의 유전자로 한정되지 않고, 원하는 적용 또는 달성하고자 하는 표현형에 따라 선택할 수 있다. 예를 들면, 재조합 인간 치료용 당단백질인 페투인, 에리트로포이에틴(erythropoietin, EPO), B형 간염 백신(hepatitis B vaccine), 인간 성장 호르몬(Human Growth Hormone, hGH), 콜로니 촉진 인자(colony-Stimulatin Factors, CSFs)를 언급할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서의 벡터는 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으 며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.
본 발명의 방법은 상기 외래 유전자가 삽입된 재조합 식물 발현 벡터를 벼에 형질전환하는 단계를 포함한다.
식물의 형질전환은 DNA를 식물에 전이시키는 임의의 방법을 의미한다. 그러한 형질전환 방법은 반드시 재생 및(또는) 조직 배양 기간을 가질 필요는 없다. 식물 종의 형질전환은 이제는 쌍자엽 식물뿐만 아니라 단자엽 식물 양자를 포함한 식물 종에 대해 일반적이다. 원칙적으로, 임의의 형질전환 방법은 본 발명에 따른 잡종 DNA를 적당한 선조 세포로 도입시키는데 이용될 수 있다. 방법은 원형질체에 대한 칼슘/폴리에틸렌 글리콜 방법(Krens, F.A. et al., 1982, Nature 296, 72-74), 원형질체의 전기천공법(Shillito R.D. et al., 1985 Bio/Technol. 3, 1099-1102), 식물 요소로의 현미주사법(Crossway A. et al., 1986, Mol. Gen. Genet. 202, 179-185), 각종 식물 요소의 (DNA 또는 RNA-코팅된) 입자 충격법(Klein T.M. et al., 1987, Nature 327, 70), 식물의 침윤 또는 성숙 화분 또는 소포자의 형질전환에 의한 아그로박테리움 투머파시엔스 매개된 유전자 전이에서 (비완전성) 바이러스에 의한 감염 등으로부터 적당하게 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 아그로박테리움 매개된 DNA 전달을 포함한다. 특히 바람직한 것은 EP A 120 516호 및 미국 특허 제4,940,838호에 기재된 바와 같은 소위 이원 벡터 기술을 이용하는 것이다.
식물의 형질전환에 이용되는 "식물 세포"는 어떤 식물 세포도 된다. 식물 세포는 바람직하게는 배양 세포, 배양 조직 또는 배양 기관 및 더욱 바람직하게는 배양 세포의 어떤 형태도 된다. 바람직하게는, 상기 식물체는 벼이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 시료의 준비 및 벼 3' tiling 마이크로어레이를 이용한 유전자 발현 분석
조직 또는 기관 특이적으로 발현하는 유전자를 선발하기 위하여, 벼의 생장 단계를 7가지로 나누었다. 시료를 준비하기 위하여 (1) 캘러스(C), (2) 재분화중인 캘러스(RC), (3) 발아중인 종자(GS), (4) 2주간 성장시킨 잎(L), (5) 2주간 성장시킨 뿌리(R), (6) 수분직전의 꽃(FBP) 및 (7) 수분직후의 꽃(FAP)을 수집하여 이들 시료들로부터 total RNA를 순수정제하였다. 정제된 RNA를 사용하여 효소반응에 의한 cDNA를 합성한 후 형광물질로 표지하고, 표지된 cDNA를 고밀도 DNA 칩인 rice 3' tiling 마이크로어레이((주)그린진바이오텍) 위에서 혼성화 반응을 실시하였으며, 스캐너를 이용하여 혼성화된 정도를 정량하였다. 유전자의 발현 정도를 분석하기 위하여, RMA(robust multi-array analysis) 기법을 사용한 수학적 기법으로 측정한 형광량을 표준화하였으며, 27,448개 유전자의 발현 정도를 각각 0 ~ 65,000로 수치화하였다. 결과의 재현성을 확인하기 위하여 위와 동일한 방법으로 반복 실험을 실시하였다.
실시예 2: 캘러스 또는 분화중인 캘러스에서 많이 발현되는 특이 유전자의 선발과 확인 및 프로모터 서열의 추출
혼성화의 결과로 발광하는 형광량의 수치화 및 표준화된 반복 실험 결과를 정렬하여 캘러스 및 분화중인 캘러스에서만 특이적으로 가장 많이 발현되는 유전자를 각각 2개씩 선발하였다 (표 1 및 표 2).
표 1. 캘러스(C)에서만 많이 발현되는 유전자 (숫자는 표준화된 형광량을 나타낸다)
Gene Name C RC GS L R FBP FAP
OsCal1 40919 2626 2897 2181 2600 2171 2305
OsCal2 43112 5078 4633 3127 3552 4212 3998
표 2. 분화중인 캘러스(RC)에서만 많이 발현되는 유전자 (숫자는 표준화된 형광량을 나타낸다)
Gene Name RC C GS L R FBP FAP
OsRC1 17839 6097 2894 2216 2616 1982 2089
OsRC2 26495 5403 4663 4255 5135 6814 5295
또한, 유전자의 발현을 확인할 수 있는 기법인 RT-PCR을 사용하여 각 유전자의 발현 정도를 확인하였다 (도 1). 우선 cDNA를 합성하기 위하여, 5ug의 total RNA에 1ul의 oligo(dT) 프라이머(5uM) 및 1ul의 dNTP(10mM)를 첨가한 후 증류수를 보충하여 10ul로 만든 다음, 65℃에서 5분간 방치하고 즉시 얼음으로 옮겨 식혀주었다. 이 반응액에 2ul의 10X RT 버퍼, 4ul의 25mM MgCl2, 2ul의 0.1M DTT, 1ul의 RNaseOUT(40U/ul) 및 1ul의 SuperScript III (200U/ul, Invitrogen)를 첨가하고, 50℃에서 50분간 방치한 후, 85℃에서 5분간 가열한 다음 얼음으로 옮겨 식혀주고 이 반응액에 1ul의 RNase H를 섞어준 후, 37℃에서 20분간 반응시키고 나서, 180ul의 증류수를 첨가하여 1/100로 희석하여 주었다. PCR 반응을 수행하기 위하여, 위에서 준비한 cDNA 용액 1ul에 각 1ul의 유전자 특이적인 양방향 프라이머(10uM), 5ul의 2X PCR premix(Intron) 및 2ul의 증류수를 섞어 준 후, 94℃에서 5 분간 가열한 후, 이어서 94℃에서 30초, 55℃에서 30초 그리고 72℃에서 1 분간 반응하는 과정을 25회 반복하였다. 이후 반응액을 7ul씩 취하여 2.0%(w/v) 아가로스 겔에 전기영동하였다.
도 1은 캘러스 및 분화중인 캘러스에서 많이 발현되는 유전자의 RT-PCR 결과이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, DNA 마이크로어레이를 통해 캘러스에서 특이적으로 많이 발현되는 유전자인 OsCal1 및 OsCal2 는 RT-PCR 결과에서도 예상대로 캘러스(C)에서 특이적으로 발현됨을 알 수 있었다. 또한, DNA 마이크로어레이를 통해 분화중인 캘러스에서 특이적으로 많이 발현되는 유전자인 OsRC1 및 OsRC2 는 RT-PCR 결과에서도 예상대로 분화중인 캘러스(RC)에서 특이적으로 발현됨을 알 수 있었다.
이상의 총 4개 유전자의 상위에 존재하는 프로모터 염기 서열을 추출하기 위하여, 기존에 밝혀진 벼의 전체 염기서열과 선발된 유전자들을 비교하여 유전자의 시작위치(ATG)를 표시하고 시작위치의 직전 염기서열로부터 약 -2,000base까지의 염기서열을 추출하였다 (도 2). 각각의 프로모터 염기서열은 OsCal1의 프로모터 염기서열 (서열번호 1), OsCal2의 프로모터 염기서열 (서열번호 2), OsRC1의 프로모터 염기서열 (서열번호 3) 및 OsRC2의 프로모터 염기서열 (서열번호 4)로 나타내었다 (단, OsRC2는 번역되지 않는 부위이기 때문에, 유전자 전체를 포함하여 상위 염기서열을 추출하였다).
도 2는 프로모터 서열의 추출예를 보여준다. 조직 및 기관 특이적인 유전자를 선발한 후 유전자 발현의 개시코돈(+1위치, 유전자의 번역 시작위치)을 중심으로 상위방향으로 약 2,000 base까지를 각각 추출하였다.
실시예 3: 캘러스에서 많이 발현되는 전사인자의 선발과 확인
혼성화의 결과로 발광하는 형광량의 수치화 및 표준화된 반복 실험 결과를 정렬하여 캘러스에서 특이적으로 가장 많이 발현되는 유전자 중에서 전사인자를 3개 선발하였다 (표 3).
표 3. 캘러스(C)에서만 많이 발현되는 전사인자
Gene Name C RC GS L R FBP FAP
OsCal-TF1 36133 16775 14427 13714 17015 10898 17126
OsCal-TF2 11459 6290 2540 1377 4508 2058 3876
OsCal-TF3 11747 1225 1294 992 1179 1190 1624
또한, 유전자의 발현을 확인할 수 있는 기법인 RT-PCR을 사용하여 각 유전자 의 발현 정도를 분석하였다 (도 3). RT-PCT은 상기와 유사하게 수행하였다. 도 3은 캘러스에서 많이 발현되는 전사인자의 RT-PCR 결과이다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, OsCal-TF1, OsCal-TF2 및 OsCal-TF3 전사인자는 캘러스(C)에서 특이적으로 발현됨을 알 수 있었다.
도 1은 캘러스 및 분화중인 캘러스에서 많이 발현되는 유전자의 RT-PCR 결과이다. 알파-튜불린은 대조군이다.
도 2는 프로모터 서열의 추출예를 보여준다.
도 3은 캘러스에서 많이 발현되는 전사인자의 RT-PCR 결과이다. 알파-튜불린은 대조군이다.
<110> GREENGENE BIOTECH INC. <120> Promoters of genes and transcription factors specifically expressed in callus or regenerating callus of rice <130> PN08087 <160> 7 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 2538 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 1 gttcgtgaga gagggagacg acaaatcgat tgcatgattt actcgtccct ttgtgcctgc 60 gctggcgggt ttttggattc tgaaatcact ccacactatg atgattgatg tgttctttct 120 tgtccttttt gagataactg aagaaaacat ctccccagga gtaaccttat gaacgaattg 180 tttggagatc tctgtgtaag gtgacatgtg acgcttgatg aggaaacagg ttcagatgat 240 gtttgaaact tatgaagtta gtgcacgcaa aacaagaaag ctattaacat gtgattaatt 300 aacttttaat tattacaaac ttgataaatg gatatatttg atattttaaa gcgattttta 360 tataaaaagt tttcgcacat aacaacatac cgtatagtag actgttcatc agagaatagt 420 cagatgaacc ttttgaccat gtggtaaaat tctcatcagg caaaaacttc catacatgta 480 aaacataaat tcgactatga aagtgttata ttatccggaa aaaaaaacga gtactagaag 540 ttttgttaat taattccaga cacagtggaa aatcacagct aaaagcctga aagagagaaa 600 cttgccggtc atatctcaga gtagttgtaa cttgtatgca agttccatgt 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1500 aattgtggtg taggtaaggt ataattttaa ttcaaataag aaaagtattc ttgctcagtt 1560 ggttagagcg gttgtgtcaa catatttaat ggatcggaaa tcgatcaaca tctctactaa 1620 ccccttgaac ttaatagtgg tgtcagtgaa tctgtcaacc cactctaatt gcagttttta 1680 cacataaccc ttgaacttct taatatgtaa aaaacaatta gatctaaata catggatagc 1740 atcatataaa attaaattga tgtgagtttt tttttagcaa agaggtgagt aacatattga 1800 tgaaaaatat gattttattt attttatata gtattataat atatttttta ttttatccat 1860 agcaatagta gtatatttaa agaaaaatat gtcaacagat tttttttaag cctttatgtt 1920 ttccaaagac gaactggaca cagccaggcc ggcccaaaag ccaagcccgt aggtagactc 1980 ttttttcgat tttttttcca ccagctagag aggccgatgg agagagaaag gcttacgtta 2040 cggcccatcg gctaagcacc cacatgtcgc gctcgcacgc atccacggat ccaccgacgg 2100 cagacacggt acgtacgtgt tccgcttcgc ttttcaccac gggcgagcgc cgagcgcggc 2160 gacaccgcca cccgtcgcgc ggtgaaaccc aacctccccc cgcggccgcc gcgtgtttac 2220 ccgtggtctc tgaacccgcg cgcgcgtgcc acccgcgcat ggccaccacg ccgccctgct 2280 gctgctgcct cggttaaacg gccgcggcta cgtgagtacg tagcagcggc gcatgcgcgc 2340 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tgaaggagga 900 caacgactgg ttcaccggcc tcaacttcga cgagctgcag ccgccgtaca tgatgaacct 960 gcagcacatg cagatgcaga tggtgaatcc ggcggcgcca gggcacgacg gcggctactt 1020 gcagtccatc agctcgcggc agatgaagat gtggcagaca atcctgccac cattctgaga 1080 tggatggagc aagaaaaagg ttgctgtaga taaagggcgg aaataggagt gatggctaga 1140 aaattattag atttactaga acgaaaatga ttagaaatct ggcaagcatg attctgcaaa 1200 tgtggtggta gatgcttgca gtatgtaatt catttgttca gtatatgcat ttggtaatct 1260 gcaaaacatc tccttttgtt ctc 1283 <210> 7 <211> 1062 <212> DNA <213> Oryza sativa <400> 7 cacactttag ctgctagcta gtgctaccac ccacaggagg caaccctagc tttcccacgc 60 agccaatgga ggcggctacc cgggcgcggc ggcggaacgg cgctgccgcc gacgggaacg 120 gtggcgcgca acaggcggcg gccgcgccgg ctatacgtga gcaggaccgg ctgatgccga 180 tcgcgaacgt gatccgcatc atgcgccgcg tgctcccggc gcacgccaag atctcggacg 240 acgccaagga gacgatccag gagtgcgtgt cggagtacat cagcttcatc accggggagg 300 ccaacgagcg gtgccagcgc gagcagcgca agaccatcac cgccgaggac gtgctctggg 360 ccatgagccg cctcggcttc gacgactacg tcgagcccct cggcgtctac 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Claims (5)

  1. 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 프로모터를 포함하는, 벼의 캘러스에서 유전자를 특이적으로 발현시키기 위한 조성물.
  2. 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터를 포함하는, 벼의 캘러스에서 유전자를 특이적으로 발현시키기 위한 조성물.
  3. 서열번호 1의 염기서열로 이루어진, 벼의 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터.
  4. 서열번호 1의 염기서열로 이루어진, 벼의 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터로 형질전환된 식물체.
  5. 서열번호 1의 염기서열로 이루어진, 벼의 캘러스에서 특이적으로 발현되는 프로모터를 포함하는 재조합 식물 발현 벡터에 외래 유전자를 삽입하는 단계; 및
    상기 외래 유전자가 삽입된 재조합 식물 발현 벡터를 벼에 형질전환하는 단계를 포함하는 외래 유전자를 형질전환 벼의 캘러스에서 발현시키는 방법.
KR1020080048426A 2008-05-26 2008-05-26 벼의 캘러스 또는 분화중인 캘러스에서 특이적으로 발현하는 유전자의 프로모터 및 전사인자 KR100996667B1 (ko)

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