활성표지 선별법을 이용하여 개화시기가 지연되는 표현형의 돌연변이체를 분리하여 LOng Vegetative phase 1 (LOV1) 이라 명명하였다. LOV1 돌연변이체는 특히 영양생장기가 길어져 개화가 지연되는 표현형을 보였다. 활성표지 인자가 NAC domain 을 코딩하는 유전자의 p ...

활성표지 선별법을 이용하여 개화시기가 지연되는 표현형의 돌연변이체를 분리하여 LOng Vegetative phase 1 (LOV1) 이라 명명하였다. LOV1 돌연변이체는 특히 영양생장기가 길어져 개화가 지연되는 표현형을 보였다. 활성표지 인자가 NAC domain 을 코딩하는 유전자의 promoter에서 8.9 kb 떨어진 곳에 삽입되어 유전자를 활성화시키는 것을 RNA gel blot assay로 확인하였다. LOV1 유전자를 35S 프로모터를 이용하여 야생형의 애기장대에 도입하였을때 개화시기가 지연되는 표현형이 재현되었고, 기능손실 돌연변이체 lov1-4 (Col) 에서는 개화시기가 다소 촉진되었기 때문에 개화시기에 관여하는 유전자임을 확인하였다. NAC domain 유전자는 식물에서만 발견되는 전사인자로 100여개 이상의 유전자가 존재하며 주로 식물의 발달, 스트레스반응 등에 관여하는 것으로 알려져있다.
개화시기에 관련하여, Semiquantitative RT-PCR을 이용하여 개화시기 관련 유전자의 발현을 조사하였을때 광주기 경로의 유전자 중 CO 유전자의 발현이 저해되었다. 유전학적 방법으로 조기개화를 보이는 35S::CO를 35S::LOV1과 교배하였을 때 35S::LOV1의 개화지연표현형이 35S::CO에 의해 가려져 유전학적으로 LOV1유전자가 CO의 상위에 존재함을 확인하였다. 또한 Transient assay를 통해 LOV1 이 CO 유전자의 프로모터에 작용하여 발현을 저해함을 밝혀 두 유전자 사이에 상호작용이 있음을 확인하였다.
개화시기 조절 이외에 LOV1 돌연변이체는 freezing 온도에 야생형과 다르게 반응하였다. lov1-4 (Col)는 저온에 민감하게 반응하였지만 35S::LOV1은 저온에서 대부분이 살아 남는 표현형을 보였다. 35S::LOV1에서 저온에 반응하는 유전자인 COR15A, KIN1 등의 발현이 증가하는 것을 관찰하였으며 이러한 저온 저항성은 CBF 비 의존적 경로를 통해 반응하는 것으로 여겨진다.
LOV1은 개화억제인자로서 CO의 전사를 억제하며, 저온반응과 개화시기를 조절하는 중간 경로에서 작용하는 것으로 여겨진다.

연구결과
활성표지 선별법을 이용하여 개화시기가 지연되는 표현형의 돌연변이체를 분리하여 LOng Vegetative phase 1 (LOV1) 이라 명명하였다. LOV1 돌연변이체는 특히 영양생장기가 길어져 개화가 지연되는 표현형을 보였다. 삽입 위치를 추적한 결과 활성표지 인자가 ...

연구결과
활성표지 선별법을 이용하여 개화시기가 지연되는 표현형의 돌연변이체를 분리하여 LOng Vegetative phase 1 (LOV1) 이라 명명하였다. LOV1 돌연변이체는 특히 영양생장기가 길어져 개화가 지연되는 표현형을 보였다. 삽입 위치를 추적한 결과 활성표지 인자가 NAC domain 을 코딩하는 유전자를 활성화시키는 것을 확인하였다. LOV1 유전자를 35S 프로모터를 이용하여 야생형의 애기장대에 도입하였을 때 개화시기가 지연되는 표현형이 재현되었고, 기능손실 돌연변이체 lov1-4 (Col) 에서는 개화시기가 다소 촉진되었기 때문에 개화시기에 관여하는 유전자임을 확인하였다. NAC domain 유전자는 식물에서만 발견되는 전사인자로 100여개 이상의 유전자가 존재하며 주로 식물의 발달, 스트레스반응 등에 관여하는 것으로 알려져 있다.
개화시기에 관련하여 Semiquantitative RT-PCR을 이용하여 개화시기 관련 유전 발현을 조사하였을 때 광주기 경로의 유전자 중 CO 유전자의 발현이 저해되었다. 유전학적 방법으로 조기개화를 보이는 35S::CO를 35S::LOV1과 교배하였을 때 35S::LOV1의 개화지연표현형이 35S::CO에 의해 가려져 유전학적으로 LOV1유전자가 CO의 상위에 존재함을 확인하였다. 또한 Transient assay를 통해 LOV1 이 CO 유전자의 프로모터에 작용하여 발현을 저해함을 밝혀 두 유전자 사이에 상호작용이 있음을 확인하였다. 개화시기 조절 이외에 LOV1 유전자의 상위 신호가 무엇인지 확인하기 위하여 다양한 환경 스트레스에 관한 실험을 수행하였다. 그 결과 LOV1 돌연변이체는 호르몬 등에는 반응하지 않았지만 freezing 온도에서 야생형과 다르게 반응하였다. 즉, lov1-4 (Col)는 저온에 민감하게 반응하였지만 35S::LOV1은 저온에서 대부분이 살아남는 표현형을 보였다. 35S::LOV1에서 저온에 반응하는 유전자인 COR15A, KIN1 등의 발현이 증가하는 것을 관찰하였으며 lov1-4 에서는 발현이 다소 감소하는 것을 관찰하였다. 이들 저온반응 유전자를 상위에서 조절하는 것으로 알려진 CBF 유전자의 발현에 변화가 없이 하위 유전자들의 발현 변화로 저온 저항성의 표현형을 보였기 때문에 LOV1에서 보여지는 저온 저항성은 CBF 비 의존적 경로를 통해 반응하는 것으로 여겨진다. 개화 조절 경로에서의 작용과 저온 스트레스 환경에서의 반응과 관련 유전자의 발현을 종합하여 보았을때, LOV1은 개화억제인자로서 광주기 경로에서 CO의 전사를 억제하며, 저온반응에서 CBF유전자에 독립적으로 저온에 반응한다. 일반적으로 관찰되어지는 저온 스트레스에서의 개화시기 변화와 같은 표현형은 두 경로의 중간에서 작용하는 LOV1과 같은 유전자의 기능에 의한 것으로 여겨진다.
활용방안
본 연구에서 분리한 LOV1 유전자는 개화시기 저해인자로 광주기 경로의 CO 유전자의 발현을 억제하여 개화를 지연시킨다. CO 유전자는 광주기 경로에서 생체시계의 신호를 통합하는 위치에 있으면서 조절하는 인자들이 많이 알려져 있지 않다. 개화억제 뿐만 아니라 저온에서 저항성을 보이는 표현형은 저온 처리 시 나타나는 개화 지연 현상을 설명할 수 있는 하나의 근거가 될 수 있다. 따라서 학술적으로 개화시기 연구에 있어 온도 반응 경로와 광주기 경로의 접점을 규명할 수 있는 실마리를 제공 할 수 있었다.
산업적인 측면에서 작물에서 LOV1 상동 유전자를 분리하거나 혹은 애기장대의 LOV1 유전자를 작물에 도입하여 유용유전자가 삽입이 된 작물을 만들 수 있다. 해당 작물에서 유전자의 발현 양을 조절하여 원예작물의 경우 꽃과 종자의 생산을 조절할 수 있으며, 농작물의 영양생장기를 유도하여 유용한 부분의 생산량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 과량 발현 시 저온에서 저항성을 나타내는 기능은 냉해 저항성을 보이는 작물로 개량하는데 응용될 수 있다.