Analysis of the Glycinin Gy2 Promoter Activity in Soybean Protoplasts and Transgenic Tobacco Plants

대두 원형질체와 형질전환된 담배에서의 대두 glycinin 유전자 Gy2 promoter의 발현조절 기작

To study the regulatory expression mechanism of soybean glycinin gone, Gy2, the 5' upstream region of the gene was searched for the presence of putative regulatory elements by nucleotide sequencing. It revealed various kinds of regulatory sequence elements commonly found in plant storage protein genes. There were canonical promoter sequences, TATA box (TATAAT) and AGGA box (GAAT) which are common in the 5' upstream region of the plant genes. The embryo factor binding sequence, RY repeat, CACA sequences, ${\alpha}$-conglycinin enhancer-like sequences were also found. To delineate the function of these sequences, 5' upstream deletion mutants of Gy2 were prepared and fused to the ${\alpha}$-glucuronidase (GUS) gene. Each chimeric construct was transferred into soybean protoplasts for transient assay, which led to the identification of the sequences between -281 and -223, -170 and -122, of Gy2 promoter as negative regulatory elements, and the sequences between -223 and -170, -122 and -16 as positive regulatory elements. These results are consistent in transformed tobacco plants as well. The serially deleted promoter fragments fused to the GUS were transformed into Nicotiana tabacum by Agrobacterium tumefaciens using the binary vector system. GUS activity of Gy2 promoter deletion constructs was detected only in seeds but not in leaves with different levels of expression as in transient assay. These results suggest that the glycinin Gy2 promoter drives a tissue-specific expression in transgenic tobacco plants.

대두 glycinin 유전자의 조직 특이적이고 분화 발달 특이적인 발현 조절 메카니즘을 연구하기 위하여 Gy2 유전자의 5' upstream 부위 염기서열을 조사한 결과, glycinin 유전자의 발현을 조절하는 인자로 여겨지는 여러 가지 조절 인자들을 발견하였다. 진핵세포 유전자에 공통적으로 존재하는 TATA box와 AGGA box가 존재하고, 종자 저장 단백질에서 공통적으로 발견되는 embryo factor binding sequence, RY repeat CACA sequence, ${\beta}$-conglycinin enhancer 와 유사한 sequence 등이 발견되었다. 이러한 조절 요소들이 Gy2 유전자의 발현 조절에 미치는 영향을 알아보기 위해 Gy2유전자의 5' upstream부위를 Exo III nuclease와 여러가지 제한효소를 이용하여 일련의 deletion mutants를 제조한 후 GUS 유전자와 결합시켰다. 이들 여러가지 chimeric constructs를 대두 원형질체에 전입하고 원형질체로부터 추출물을 분리하여 GUS 활성을 조사한 결과, $-28l{\sim}-223$ 혹은 $-l70{\sim}-122$ 부위를 포함하였을 경우 활성이 감소하였고, $-223{\sim}-170$ 혹은 $-l22{\sim}-16$ 부위를 포함하였을 경우 활성이 높게 나타났다. 이러한 Gy2 유전자의 이중적인 발현 양상은 glycinin 유전자의 발현조절에 음성 조절 요소와 양성 조절 요소가 관여하고있다는 사실을 제시해 주고 있다. 또한 이들 여러가지 chimeric constructs로 형질 전환된 담배의 종자와 잎에서 GUS활성을 조사한 결과, CaMV promoter를 포함하는 chimeric construct는 종자와 잎에서 모두 활성을 나타냈으나, Gy2 Promoter를 포함하는 chimeric constructs는 종자에서만 GUS 활성을 나타내고 잎에서는 활성이 나타나지 않는 조직 특이적인 발현 양상을 나타내었다.