애기장대 히스톤 아세틸전이효소와 DAWDLE 단백질에 의한 miRNA 생합성과 Pseudomonas syringae에 대한 식물면역반응 조절 규명

국문 초록 (Abstract)

진핵세포에서 히스톤 단백질의 N-terminal 말단은 다양한 변형인, acetylation, methylation, ubiquitination, ADP-ribosylation을 하게 되고, 이는 타켓 유전자의 발현을 후성학적으로 조절한다. 히스톤 acetyltransferase와 deacetylase 에 의한 히스톤 단백질의 acetylation은 잘 알려진 히스톤의 변형 중 하나이다. 애기장대의 P300/CBP family에 속하는 HISTONE ACETYLTRANSFERASE1 (HAC1) 은 식물의 면역에 있어서 양성 조절인자로서 알려져 왔다. 그러나 우리 실험실의 선행연구에 따르면, 식물의 면역 반응에 HAC1은 음성조절인자로 밝혀졌다. 모델식물인 애기장대 (Arabidopsis thaliana) hac1 돌연변이 식물은 Pseudomonas syingae 감염에 증가된 초기 방어 대응과 강한 저항성 반응을 보였다. 이러한 결과들을 보아 병원균에 감염되지 않은 조건에서의 HAC1은 기초 방어반응을 억제할 수도 있다는 것을 보여준다. miRNA 생합성 과정에 역할을 하는 DAWDLE은 HAC1과 물리적으로 상호작용한다고 알려져 있다. hac1-3 ddl 이중돌연변이 식물은 애기장대 Columbia-0 (Col-0) (Wild type, WT) 에 비해 짧은 잎자루, 많은 로제트 잎, 낮은 수정률, 지연된 개화의 표현형을 보인다. 뿐만 아니라 virulent P. syringae 계열에 대해서는 WT 식물과 상당한 차이가 없는 병 반응을 볼 수 있었다. 이러한 식물의 면역과 발달에 있어서의 HAC1과 DDL 사이의 기능적인 상호작용을 알아보기 위해, WT 식물과 hac1-3 및 hac1-3 ddl 돌연변이 식물에서에서 microRNAome 분석을 진행 하였다. Pearson correlation coefficient 분석을 통해 WT과 돌연변이에서의 서로 다르게 발현이 되고 있는 miRNA 분포 정도를 알 수 있었으며, Differentially expressed miRNA 분석을 통해 HAC1과 DDL에 의해서 조절이 되어지는 31개의 알려진 miRNA와 8개의 새로운 miRNA을 동정 하였다. 병원 감염 후, HAC1과 DDL에 의해서 조절이 되고, hac1-3 ddl 에서 각각 증가 또는 감소되는 miR159b, miR171b의 발현량을 확인하였다. 병원균 감염 후 발현량이 증가하는 miR159b와는 다르게 miR171b는 감염 전과 후의 상당한 차이를 볼 수 없었다. 이를 통해, 본 연구에서는 histone acetylation이 식물 면역 반응 동안 miRNA 생합성을 조절에 역할을 한다는 것을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 5
• 2.1. Plant materials and plant condition 5
• 2.2. Pathogen infection and bacteria growth 5
• 2.3. miRNA extraction 6
• 2.4. miRNA sequence and Stem-loop RT-PCR primer design 6
• 2.5. DNase treatment and Stem-loop RT-PCR 7
• 2.6. qRT-PCR quantification of microRNA 8
• 2.7. Library preparation and microRNAome analysis 8
• 2.8. Pearson correlation coefficient analysis 9
• 2.9. Differentially expressed miRNA analysis 9
• 3. Results 17
• 3.1. Phenotype hac1-3 ddl double mutant 17
• 3.2. hac1-3 ddl show wild type-like disease susceptibility, unlike hac1-3 and ddl 20
• 3.3. microRNAome analysis of hac1-3 ddl double mutant 23
• 3.4. Known miRNA and Novel miRNA identified in the study 26
• 3.5. Expression levels of miRNA159b and miRNA171b in wild-type Arabidopsis plants after pathogen infection 34
• 3.6. Putative novel miRNA structure and their locus on Arabidopsis chromosome 37
• 4. Conclusion & Discussion 40
• References 44
• Abstract 49