포도 VIASR 유전자 프로모터의 분리 및 발현 분석

길준영,피재호,Kihl, Joon-Yeong,Pyee, Jae-Ho 한국생명과학회 2007 생명과학회지 Vol.17 No.8

VvMSA, a grapevine ASR which is highly inducible by sugar and abscisic acid signals was previously shown to be a transcription factor for a hexose transporter gene VvHT1. We isolated a cDNA clone, VlASR which is regulated temporally during the grape berry development by ACP RT-PCR (annealing control primer reverse transcriptase-polymerase chain reaction) and it proved identical to VvMSA. RT-PCR and real-time PCR analyses revealed that the VlASR gene was expressed in berries at fruit set and that its expression increased as berries aged but decreased at the late ripening stage. In order to understand the regulatory mechanism of the asr gene, a genomic fragment was cloned from grapevine. The genomic DNA was 1375 bp long and a sugar box (sucrose box 3 and sucrose responsive element 1) was identified in the 611 bp upstream region of the open reading frame. Analysis of the VlASR promoter::reporter gene fusion demonstrated that this promoter was expressed in transgenic Arabidopsis even without sucrose treatment. This result suggests that the ASR/VvHT1-mediated sugar/ABA signaling, previously reported in grapevine, may not function in Arabidopsis which has no ASR homologue. 포도 ASR (VvMSA) 단백질은 hexose transporter 유전자 VvHT1의 전사를 조절하는 조절 인자 중의 하나로서 sugar 및 abscisic acid (ABA) 신호에 의해 발현이 유도된다. 본 연구진은 ACP RT-PCR (annealing control primer reverse transcriptase-polymerase chain reaction) 방법을 이용하여 포도 과실발달 과정에서 조절되는 유전자 중 VvMSA와 동일한 cDNA (VlASR)를 클로닝하였다. 이 유전자는 착과 시기에 발현되기 시작하여 과실이 발달하면서 점점 증가하여 착과 후 10 주에 가장 많이 발현되며, 숙기 후반에는 도리어 발현양이 감소하였다. 포도 asr 유전자의 조절기작을 밝히기 위해, 이 유전자의 genomic clone을 분리하였다. 총 1375 bp로 이루어진 이 유전자 절편에는 open reading frame과 100 bp의 intron을 포함하고 있다. 약 600 bp 길이의 프로모터 내에는 sugar 신호전달과 연관이 있는 것으로 알려진 sugar box(sucrose box 3 +sucrose response box 1)가 있다. 프로모터 절편을 reporter 유전자와 연결하여 Arabidopsis에 도입하고 형질전환체를 분석한 결과, reporter 유전자는 sucrose 처리와 상관없이 항상 발현되었다. 이러한 결과는 포도에서 보고된 ASR/VvHT1를 매개로 하는 sugar/ABA 신호전달계가 asr 유전자가 없는 Arabidopsis에서는 작동되지 않음을 시사하고 있다.

Genetic and Physiological Discrepancies from Isolates of Sclerotinia homoeocarpa causing Zoysiagrass Dollar Spot Disease

박대섭,김경덕,길준영,피재호,Park, Dae-Sup,Kim, Kyung-Duck,Kihl, Joon-Yeong,Pyee, Jae-Ho Turfgrass Society of Korea 2006 한국잔디학회지 Vol.20 No.1

난지형 잔디인 한국 안양잔디에서 달라스팟의 병원균인 Sclerotinia honoeocarpa의 isolate, Scz1이 최근 새롭게 동정되었다. Scz1은 한지형 잔디인 크리핑 벤트그래스에서 분리된 표준 균주인 Scb1과는 다른 균사의 색상, 균사간의 친밀도 그리고 병 기주 특이성을 가지는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는, Scz1, Scz2(난지형 잔디에서 분리한 또 다른 달라스팟 병원균) 그리고 Scb1을 분자생물학적인 연구, internal transcribed spacer(ITS) 와 random amplified polymorphic DNA(RAPD) assays를 이용하여 동정 및 유전자적 차이를 알아보았다. ITS 실험의 결과, 3개의 isolates가 ITS 부분적 염기 서열 비교 BLAST에 등록되어 있는 S. homoeocarpa의 ITS 염기 서열과 $94{\sim}97%$의 동일성을 지니는 것으로 밝혀졌다. RAPD 실험 결과로는, Scz1과 Scb1의 similarity matrix 범위는 0.167이였고, Scz2와 Scb1은 0.139 그리고, Scz1과 Scz2은 0.713이였다. 계통수(系統樹) 결과는 Scb1과는 달리 Scz1과 Scz2는 유전적으로 높은 동일성을 지니고 있어, 같은 분류에 속한다는 것을 알 수 있었다. 달라스팟 병원균 억제에 효과적인 농약인 프로피코나졸에 대한 $EC_{50}$은 Scz1은 0.012 ${\mu}g/ml$, Scz2은 0.003 ${\mu}g/ml$ 그리고 Scb1은 0.030 ${\mu}g/ml$이었다. 상기 결과로, 동일 병원 기주성과 유사한 유전적 친밀성을 보인 Scz1과 Scz2는 S. homoeocarpa의 동일 그룹에 속하였으나 농약 민감도에서는 차이점을 보였다는 것을 알 수 있었다. 향후, 보다 더 많은 한지형과 난지형 잔디에서 분리된 병원균들을 이용하여 유전적 다양성을 밝히는 연구가 진행되어야 할 것이다. Scz1, an isolate of Sclerotinia homoeocarpa, was recently reported as a novel pathogen responsible for dollar spot disease in Zoysiagrass, a warm season turfgrass. Scz1 possessed different characteristics on mycelial pigment, mycelial affinity and host pathogenecity compared to those of Scb1, a typical isolate, obtained from creeping bentgrass, a cool season turfgrass. In this study, only three isolates, Scz1, Scz2(another analogous isolate of Sclerotinia homoeocarpa from zoysiagrass), and Scb1, were examined at the molecular level using the internal transcribed spacer(ITS) and random amplified polymorphic DNA(RAPD) assays to verify their identification and genetic variation. As a result of ITS assay, partial ITS sequences of three isolates showed 94-97% similarity with a standardized ITS sequence of S. homoeocarpa registered on BLAST. In the analysis of RAPD, range value through similarity matrix was 0.167 between Scz1 and Scb1, 0.139 between Scz2 and Scb1, and 0.713 between Scz1 and Scz2, respectively. Furthermore, tendegram analysis indicated that Scz1 and Scz2, unlike Scb1, were clustered together as accompanying a high genetic similarity. In in vitro fungicide bioassay, $EC_{50}$ value representing the sensitivity degree to propiconazole, a well-known fungicide for dollar spot disease, was 0.012 ${\mu}g/ml$ for Sczl, 0.003 ${\mu}g/ml$ for Scz2, and 0.030 ${\mu}g/ml$ for Scb1. From all data taken, we concluded that both Scz1 and Scz2 belonged to one group of S. homoeocarpa, since they exhibit the same host range and high level of genetic similarity, whereas their chemical competences to a fungicide were different. This study would provide further approach for assessing genetic diversity of S. homoeocarpa isolates as well as characterizing individual isolate against chemical exposure.

매향 딸기로부터 anthocyanin 합성 유전자의 분리 및 과실발달 과정에서의 발현 분석

배기석(Kisuk Bae),길준영(Joon Yeong Kihl),피재호(Jaeho Pyee) 한국생명과학회 2008 생명과학회지 Vol.18 No.2

‘매향’ 딸기의 안토시아닌 생합성은 개화 후 26일째 시작되어 과실의 성숙기 동안 계속된다. 딸기로부터 안토시아닌의 생합성에 관여하는 주요 유전자를 분리하였다. 각각의 유전자에 대해, 다양한 식물체의 유사 유전자의 염기서열을 비교하여 PCR (polymerase chain reaciton) primer를 제작하였다. 숙기의 딸기에서 분리된 total RNA로부터 합성된 cDNA와각 primer를 이용하여 RT (reverse transcriptase)-PCR을 수행하였다. 각 cDNA clone의 염기서열을 작성하여 분석한 결과, 이들은 안토시아닌 생합성에 관여하는 phenylalanine ammonialyase (PAL), 4-cummarate CoA ligase (4CL), chalcone synthase (CHS), chalcone isomerase (CHI), flavanone-3-hydroxylase (F3H), dihydroflavonol 4-reductase (DFR), anthocyanidine synthase (ANS) 그리고 UDP-glucose: flavonoid-3-O-glucosyltransferase (UFGT) 효소에 해당되었다. Northern blot 분석 결과, 이들 유전자는 과실 발달 과정에서 시기적으로 조절되었다. 특히 PAL을 제외한 모든 유전자는 과실에서만 주로 발현되었다. PAL, DFR 그리고 ANS 유전자는 과실 초기 발달 단계인 개화 후 10일에 검출된 후 감소하다가, 22일에 다시 증가하기 시작하여 34일에 최대가 되었다. 한편, 다른 유전자들은 초기에는 발현되지 않다가, 안토시아닌이 축적되기 시작하는 개화 후 22~30일에 처음으로 검출되었다. 본 연구를 통해, 딸기 과실 발달과정에서 안토시아닌 생합성 과정에 관여하는 여러 유전자가 과실 숙기에 함께 조절되는 현상을 알 수 있다. 이러한 연구 결과는 안토시아닌 합성과정을 제어하는 조절 유전자가 존재한다는 것을 시사한다. 그리고 딸기의 안토시아닌 생합성 유전자의 발현 패턴을 크게 두 가지로 나눌 수 있는 것으로 보아, 딸기의 안토시아닌 생합성에는 적어도 두 가지 서로 다른 조절 기작이 관여하여 색소 발달 과정을 제어할 것으로 보인다. Anthocyanin synthesis in strawberry (Fragaria x ananassa cv Maehyang) begins approximately 26 days postflowering and continued throughout fruit ripening. A set of cDNA clones encoding the anthocyanin biosynthetic enzymes were isolated from strawberry. A pair of primers were designed for polymerase chain reaction (PCR) through the comparison of the nucleotide sequences of homologous genes from diverse plants. Reverse transcriptase-PCRs were performed using cDNA synthesized from ripe fruit total RNA and the primers corresponding to each gene. Eight genes of the anthocyanin pathway were cloned and confirmed by sequencing to code for phenylalanine ammonia lyase (PAL), 4-cummarate CoA ligase (4CL), chalcone synthase (CHS), chalcone isomerase (CHI), flavanone-3-hydroxylase (F3H), dihydroflavonol 4-reductase (DFR), anthocyanidine synthase (ANS), UDP-glucose:flavonoid-3-O-glucosyltransferase (UFGT). Northern analyses showed that the corresponding genes were differentially ex-pressed during the fruit development process. All genes except PAL were predominantly expressed in fruit. Expression of PAL, DFR and ANS was detected 10 days postflowering at the early stage of fruit development, declined for a while and sharply increased 22 days postflowering then showed a peak 34 days postflowering. The other genes, however, were not expressed up to 22 or 30 days post-flowering when the initial fruit ripening events occur at the time of initiation of anthocyanin accumulation. The onset of anthocyanin synthesis in ripening strawberry coincides with a coordinated induction of the anthocyanin pathway genes, suggesting the involvement of regulatory genes. We pro-pose that at least two different regulatory mechanisms play a role in the biosynthesis of anthocyanin during color development of strawberry.

Genetic and Physiological Discrepancies from Isolates of Sclerotinia homoeocarpa causing Zoysiagrass Dollar Spot Disease

Dae-Sup Park(박대섭),Kyung-Duck Kim(김경덕),Joon-yeong Kihl(길준영),Jae-Ho Pyee(피재호) 한국잡초학회·한국잔디학회 2006 Weed & Turfgrass Science Vol.20 No.1

난지형 잔디인 한국 안양잔디에서 달라스팟의 병원균인 Sclerotinia homoeocarpa의 isolate, Scz1이 최근 새롭게 동정되었다. Scz1은 한지형 잔디인 크리핑 벤트그래스에서 분리된 표준 균주인 Scb1과는 다른 균사의 색상, 균사간의 친밀도 그리고 병 기주 특이성을 가지는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는, Scz1, Scz2(난지형 잔디에서 분리한 또 다른 달라스팟 병원균) 그리고 Scb1을 분자생물학적인 연구, internal transcribed spacer(ITS) 와 random amplified polymorphic DNA(RAPD) assays를 이용하여 동정 및 유전자적 차이를 알아보았다. ITS 실험의 결과, 3개의 isolates가 ITS 부분적 염기 서열 비교 BLAST에 등록되어 있는 S. homoeocarpa 의ITS 염기 서열과 94~ 97%의 동일성을 지니는 것으로 밝혀졌다. RAPD 실험 결과로는, Scz1과 Scb1의 similarity matrix 범위는 0.167이였고, Scz2와 Scb1은 0.139 그리고, Scz1과 Scz2은 0.713이였다. 계통수(系統樹) 결과는 Scb1과는 달리 Scz1과 Scz2는 유전적으로 높은 동일성을 지니고 있어, 같은 분류에 속한다는 것을 알 수 있었다. 달라스팟 병원균억제에 효과적인 농약인 프로피코나졸에 대한 EC??은 Scz1은 0.012 ㎍/㎖, Scz2은 0.003 ㎍/㎖ 그리고 Scb1은 0.030 ㎍/㎖이었다. 상기 결과로, 동일 병원 기주성과 유사한 유전적 친밀성을 보인 Scz1과 Scz2는 S. homoeocarpa의 동일 그룹에 속하였으나 농약 민감도에서는 차이점을 보였다는 것을 알 수 있었다. 향후, 보다 더 많은 한지형과 난지형 잔디에서 분리된 병원균들을 이용하여 유전적 다양성을 밝히는 연구가 진행되어야 할 것이다. Scz1, an isolate of Sclerotinia homoeocarpa, was recently reported as a novel pathogen responsible for dollar spot disease in Zoysiagrass, a warm season turfgrass. Scz1 possessed different characteristics on mycelial pigment, mycelial affinity and host pathogenecity compared to those of Scb1, a typical isolate, obtained from creeping bentgrass, a cool season turfgrass. In this study, only three isolates, Scz1, Scz2(another analogous isolate of Sclerotinia homoeocarpa from zoysiagrass), and Scb1, were examined at the molecular level using the internal transcribed spacer(ITS) and random amplified polymorphic DNA(RAPD) assays to verify their identification and genetic variation. As a result of ITS assay, partial ITS sequences of three isolates showed 94-97% similarity with a standardized ITS sequence of S. homoeocarpa registered on BLAST. In the analysis of RAPD, range value through similarity matrix was 0.167 between Scz1 and Scb1, 0.139 between Scz2 and Scb1, and 0.713 between Scz1 and Scz2, respectively. Furthermore, tendegram analysis indicated that Scz1 and Scz2, unlike Scb1, were clustered together as accompanying a high genetic similarity. In in vitro fungicide bioassay, EC?? value representing the sensitivity degree to propiconazole, a well-known fungicide for dollar spot disease, was 0.012 ㎍/㎖ for Scz1, 0.003 ㎍/㎖ for Scz2, and 0.030 ㎍/㎖ for Scb1. From all data taken, we concluded that both Scz1 and Scz2 belonged to one group of S. homoeocarpa, since they exhibit the same host range and high level of genetic similarity, whereas their chemical competences to a fungicide were different. This study would provide further approach for assessing genetic diversity of S. homoeocarpa isolates as well as characterizing individual isolate against chemical exposure.