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스트레스 내성 농작물 개발을 위한 프로모터 발굴 및 효과적 유전자 발현기술 확립
Development of stress-inducible promoters and an efficient gene expression system in chloroplasts for stress-tolerant crops

  • 사업명

    21C 프론티어연구개발사업

  • 과제명

    스트레스 내성 농작물 개발을 위한 프로모터 발굴 및 효과적 유전자 발현기술 확립

  • 주관연구기관

    한국생명공학연구원
    Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology

  • 연구책임자

    곽상수

  • 참여연구자

    권석윤   이행순   류선화   신승용   김윤희   김기연   최선미   조미숙   이영표   임순   탕리   ...  

  • 보고서유형

    1단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2004-08

  • 과제시작년도

    2002

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012550

  • 과제고유번호

    1350007033

  • 키워드

    스트레스 유도성 프로모터.퍼옥시다제.슈퍼옥사이드 디스뮤타제.배양세포.항산화기구.형질전화식물체.Stress-inducible promoter.peroxidase.superoxide dismutase.cultured cells.antioxidative mechanism.transgenic plant.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Environmental stress is the major limiting factor in plant productivity. Oxidative stress derived from reactive oxygen species (R...

    Environmental stress is the major limiting factor in plant productivity. Oxidative stress derived from reactive oxygen species (ROS) is associated with a number of physiological disorders in plants, which lead to disease, aging and cell death. Chloroplasts are specially sensitive to damage by ROS because electrons that escape from the photosynthetic electron transfer system are able to react with relatively abundant oxygen in chloroplasts to yield ROS. Plants have evolved a wide range of enzymatic and non-enzymatic mechanisms to cope with oxidative stress. Cultured plant cells are good sources of material for studies of antioxidative mechanisms and mass production of antioxidants, because they are considered to be grown under high oxidative stress conditions. In previous studies, we have investigated the levels of antioxidant enzymes such as POD and SOD in 100 cell lines derived from different plant species. Plant cultured cells were found to have much higher levels of POD and SOD than cells of differentiated plant tissues. In particularly, sweetpotato and cassava cell lines produced a very high level of POD and SOD activities, respectively. Thus, we attempted to isolate oxidative stress-inducible antioxidant enzyme genes from these two cell lines. In addition, we tried to develop transgenic plants with optimized tolerance to environmental stress by manipulation of the activity of antioxidants enzymes such as SOD, ascorbate peroxidase (APX) and dehydroascorbte (DHAR) in chloroplasts.


    Peroxidase (POD) 고생산 고구마 배양세포에서 8종의 새로운 POD cDNA (swpa4-6,
    swpb1-3, swprx1, swpAP X 1)와 유전자 발현조절에 관여할 것으로 여겨지는 8종 cDNA를 분리하고 전...

    Peroxidase (POD) 고생산 고구마 배양세포에서 8종의 새로운 POD cDNA (swpa4-6,
    swpb1-3, swprx1, swpAP X 1)와 유전자 발현조절에 관여할 것으로 여겨지는 8종 cDNA를 분리하고 전체 염기서열을 결정하여 물리(상처, 저온, 고온), 화학(MV, H2O2, NaCl, MeJA, ABA) 및박테리아 (P ectobacterium chrysanthemi ) 처리에 의하여 다양하게 발현이 유도되는 것을 RT-PCR 및 nortehern 분석으로 확인하였다. 특히 비생물학적 스트레스 뿐 아니라 생물학적 스트레스 모두에 강하게 발현이 유도되는 swpa4 유전자의 genomic clone (SWPA4)를 분리하여 promoter의 특성을 11개의 deletion mutant를 제작하여 BY-2 protoplast로 transient 활성을 조사하였고, 활성이 높은 3종의 deletion mutant를 사용하여 형질전환 담배식물체를 제작하여 스트레스 유도특성을 규명한 결과, SWPA4 promoter는 산업적 가치가 매우 높은 것으로 판명되어 PCT 특허를 출원하였다.
    SOD 고생산 카사바 배양세포에서 1종의 새로운 CuZnSOD cDNA를 분리하여 전체염기서열을 결정하였으며, chromosome walking으로 2개 SOD promoter를 분리하여, 스트레스 유도성 MSOD1 promoter의 특성을 규명하였다.
    엽록체에 인체 DHAR 유전자를 도입한 형질전환 담배식물체를 개발하여 스트레스 내성 특성을 규명하여, 엽록체 항산화기구 조절은 모든 식물체에 적용 가능하며 복합스트레스 내성에 중요함을 확인하였다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...2
    3. 초록 ...3
    4. 요약문 ...4
    5. SUMMARY ...8
    6. CONTENTS ...11
    7. 목차 ...12
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...13
    9. 1. 연구개발의 목적 ...13
    10. 2. 연구개발의 필요성 ......
    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...2
    3. 초록 ...3
    4. 요약문 ...4
    5. SUMMARY ...8
    6. CONTENTS ...11
    7. 목차 ...12
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...13
    9. 1. 연구개발의 목적 ...13
    10. 2. 연구개발의 필요성 ...13
    11. 3. 연구개발의 범위 ...14
    12. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...15
    13. 1. 스트레스 유도성 promoter 개발의 국내.외 현황 ...15
    14. 2. 스트레스 유도성 promoter 개발의 전망 ...15
    15. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...17
    16. 제1절 고구마 배양세포에서 POD cDNA의 분리 및 발현 특성 ...17
    17. 1. POD cDNA의 클로닝, 염기서열 분석 및 유연관계 분석 ...18
    18. 2. 고구마 조직 및 세포의 배양시기에 따른 POD 유전자의 발현 변화 분석 ...18
    19. 3. 비생물학적 스트레스에 따른 POD 유전자의 발현 변화 ...19
    20. 4. 생물학적 스트레스에 따른 POD 유전자의 발현 변화 ...20
    21. 제2절 고구마에서 복합스트레스 유도성 SWPA2 promoter의 분리 및 특성분석 ...29
    22. 1. 고구마 POD 게놈 DNA SWPA4의 분리 및 염기서열 분석 ...29
    23. 2. 퍼옥시다제 게놈 DNA SWPA4의 프로모터 활성 분석 ...30
    24. 3. SWPA4 프로모터의 결실 돌연변이체 제조 및 담배 원형질체를 이용한 transient activity ...31
    25. 4. 형질전환 식물체에서 SWPA4 프로모터의 활성분석 ...32
    26. 제3절 카사바 배양세포에서 스트레스 유도성 SOD 유전자 분리 및 발현 특성 ...40
    27. 1. SOD cDNA의 클로닝 ...41
    28. 2. mSOD2 유전자의 발현 분석 ...41
    29. 3. MSOD1 프로모터의 분리 및 활성분석 ...43
    30. 제4절 DHAR 유전자 발현 담배식물체 개발 및 특성 ...53
    31. 1. DHAR 형질전환 식물체의 개발 및 생화학적 특성분석 ...53
    32. 2. DHAR 식물체의 환경스트레스 내성특성 ...54
    33. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...63
    34. 1. 연구개발목표의 달성도 ...63
    35. 2. 관련분야의 기술발전의 기여도 ...67
    36. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...68
    37. 1. 추가연구의 필요성 ...68
    38. 2. 타 연구의 응용 ...68
    39. 3. 기업화 추진방향 ...68
    40. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...69
    41. 제7장 참고문헌 ...70
  • 참고문헌

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