• Title/Summary/Keyword: 엽록체 유전자

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벼 엽록체 DNA내의 151 bp 반복염기서열에 의한 유전자 재배열 (Gene Reangement through 151 bp Repeated Sequence in Rice Chloroplast DNA)

  • 남백희;김한집
    • Applied Biological Chemistry
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    • 제36권3호
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    • pp.208-214
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    • 1993
  • 엽록체 DNA 내에서 반복 염기서열의 존재와 이들에 의한 유전자 재배열 현상을 고찰하기 위하여 151bp Repeated Sequence 갖는 이질적인 유전인자군의 존재를 여러가지 품종의 벼 엽록체 DNA에서 관찰 하였다. 또한 쌀 DNA를 벼의 생장과 조직부위에 따라 분리하고, rp12 probe를 이용하여 Southern blot 분석하여 엽록체의 발달에 따르는 엽록체 DNA의 재배열 현상을 관찰하였다. 아울러 유전자 재배열 현상을 유발하는 반복염기서열을 database로부터 검색하여 유전자의 상호 비교 분석하였다. 그 결과 151bp Repeated Sequence와 유사한 염기 서열을 같는 rp123유전자를 포함하는 이질적인 유전인자군은 어느 특정한 품종의 벼에 국한되는것이 아니고 본 실험에 사용된 다양한 품종의 벼에 일반적으로 나타나는 현상임이 확인되었으며 또한 이들의 양상은 벼의 조직 부위에 따라 다르게 나타나고 있음을 확인하였다. 이러한 실험적 결과와 함께 엽록체 유전자 database의 검색과 유전자의 상호비교분석을 통하여 151bp 반복 염기 저열에 의한 벼 엽록체 DNA의 유전자 재배열현상은 식물 특히 단자엽 식물의 진화와 함께 발달된 현상으로 특히 151bp반복 염기 서열은 매우 다양한 유전자 재배열을 유발하는 변이유발 위치로 발달되어 왔음을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 반복염기서열에 의한 유전자 재배열 현상은 특히 벼에 있어서 plastid의 발달에 밀접하게 관여하고 있음을 제시하고 있다.

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제비꽃종류에서 나타나는 엽록체 DNA 게놈의 특이 유전자 특징 (The Specific Gene Characteristics of Chloroplast Genome in Viola)

  • 고아름;유기억
    • 한국자원식물학회:학술대회논문집
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    • 한국자원식물학회 2023년도 임시총회 및 춘계학술대회
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    • pp.19-19
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    • 2023
  • 제비꽃속 34분류군의 61개체를 대상으로 엽록체 DNA 게놈 특이 유전자의 특징을 알아보고자 하였다. 61개체의 엽록체 게놈 전체 길이는 155,535~158,940 bp 로 모두 전형적인 사분할 구조였다. 지역별로는 LSC 지역이 84,826~87,250 bp, SSC 지역이 16,338~18,654 bp, 그리고 IR 지역이 26,029~27,192 bp 였다. 유전자 개수는 131개로 84개 protein coding-gene, 37개 tRNA 유전자, 8개 rRNA유전자, 그리고 2개의 유사유전자인 𝜓rps19, 𝜓ycf1으로 구성되어 있었다. LSC/IRa 경계에 위치한 rps19 유전자 길이는 279 bp로 모든 분류군에서 동일하였으며, 𝜓rps19의 길이는 다양했으나 유전자 개수에는 영향을 미치지 않았다. SSC/IRb 경계에 위치한 ycf1 유전자 길이는 약 5,600 bp 였으나, V. japonica (MZ151699) 1개체에서는 다른 종에 비해 약 1,000 bp 위치에서 발생한 점돌연변이로 인해 종결 코돈이 나타나는 특징을 보였다. 한편 13분류군의 23개체에서는 𝜓ycf1의 길이가 650 bp 정도 짧은 것을 확인하였는데, 이 종류들은 원예종인 V. tricolor (ON262802) 이외에는 모두 줄기가 없는 분류군들로 IR 지역의 확장과 SSC 지역의 수축에 의한 것으로 판단된다. ndhF는 대체로 SSC 지역에 위치하나, V. inconspicua (MZ065354), V. mongolica (MW802534, ON548135), V. yunnanfuensis (MW802541) 등 4개체에서는 IRa/SSC 경계에 위치하면서 유사유전자가 발생하였고, 그 결과 다른 제비꽃 종류에 비해 유전자 개수가 132개로 차이를 보였다. 또한, V. collina (OP271831), V. mirabilis (MH256000), V. tricolor (ON262802) 등 3분류군에서는 SSC 지역이 inversion 되어 엽록체 이성질체가 존재함을 확인하였다. 이상의 결과를 종합하면, 제비 꽃속 엽록체 게놈 61개체의 ycf1, 𝜓ycf1, ndhF, 𝜓ndhF 등은 유전자 길이와 개수 등에 차이를 보이는 것으로 나타났으며, 제비꽃속에서도 엽록체 이성질체가 존재함을 확인할 수 있었다.

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큰졸방제비꽃(Viola kusanoana)의 엽록체 염기서열 분석 (The chloroplast genome sequence of Viola kusanoana )

  • 고아름;유기억
    • 한국자원식물학회:학술대회논문집
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    • 한국자원식물학회 2021년도 춘계학술대회
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    • pp.22-22
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    • 2021
  • 큰졸방제비꽃(Viola kusanoana)의 엽록체 DNA 염기서열을 밝히고자 차세대염기서열분석법(NGS)을 이용하여 분석하였다. 재료는 경상북도 울릉군 나리분지에 자생하는 개체의 잎을 사용하였다. 염기서열 분석결과, 총 길이는 158,644 bp 였고, GC함량은 36.3%로 분석되었다. 구간별로는 LSC (Large single copy)지역이 86,999 bp (GC content: 33.9%)였고 SSC (Small single copy)지역은 17,439 bp (GC content: 29.9%)으로 분석되었으며 IR (Invertied repeats)지역은 27,103 bp (GC content: 42.2%)로 확인되었다. 유전자는 protein coding gene 77개, tRNA gene 30개, rRNA 4개 등 총 111개로 이는 선행 연구된 제비꽃속 8개 분류군과 유전자의 순서와 방향이 모두 일치하였다. 이를 통해 제비꽃속의 엽록체 게놈의 유전자는 상당히 보존되어 있음을 확인하였다.

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핵 및 엽록체 유전자를 이용한 유럽마가목에서 동의 및 비동의치환율 (The Rates of Synonymous and Nonsynonymous Substitutions in Sorbus aucuparia Using Nuclear and Chloroplast Genes)

  • 허만규
    • 생명과학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.481-486
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    • 2010
  • 유럽마가목에서 핵 및 엽록체 유전자의 서열을 이용하여 동의 및 비동의치환율을 산출하였다. 유럽마가목 엽록체 유전자의 서열은 핵 유전자에 비해 평균적으로 움진화가 느리게 일어나고 있음을 나타내었으며 다른 쌍자엽식물과 유사하였다. 핵에서 동의치환율(Ks)은 2.45-2.60이었으며 비동의치환율(Ka=1.15-1.30)보다 약 2배 정도 높았다. 엽록체에서 Ks는 1.20-1.26이었으며 엽록체에서 Ka (0.26-0.42) 보다 약 6배 높았다. 유럽마가목에서 핵 및 엽록체 Ka/Ks은 각각 0.178과 0.056이었다. 이 Ka/Ks의 비율이 1보다 작다는 것은 음의 도태에 있다는 것을 나타낸다. 엽록체 유전자는 유효유전자코돈(ENC)이 22.4-32.2로 핵의 값(35.8-38.7)에 비해 낮았다. G+C 함량 분석에서 엽록체 유전자는 동의코돈 A와 T에 대해 높은 선호성(G+C 함량은 28.4-29.1%에 불과)을 나타낸 반면 핵에서는 G와 C가 더 선호성을 나타내었다(G+C 함량은 63.2-64.2%).

엽록체 형질전환 유래 분자 농업의 연구 동향 (Current status on plant molecular farming via chloroplast transformation)

  • 민성란;정원중;김석원;이정희;정화지;유장렬
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제37권3호
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    • pp.275-282
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    • 2010
  • 고등식물의 엽록체 형질전환은 핵 형질전환에서 기대 할 수 없는 여러 가지 이점을 가진다. 외래 단백질의 발현율을 획기적으로 높일 수 있고, 여러 유전자를 동시에 발현시킬 수 있으며, 상동재조합에 의한 부위-특이적 유전자 삽입으로 인해 유전자 침묵 및 위치효과가 없다. 더욱이, 대부분 작물은 화분을 통한 도입된 유전자의 전이가 불가능한 모계 유전을 하기 때문에 엽록체 형질전환은 환경 친화적이다. 엽록체 형질전환 시스템은 핵 형질 전환과 달리 작물에서의 성공에 제한적이었으나 지난 10년 동안 이런 한계가 극복되어 콩, 당근, 상추 및 유채 등의 작물에서도 성공하게 되었다. 그러므로 이제 작물의 엽록체 형질전환은 농업적 형질의 개선뿐 만 아니라, 고부가가치 백신과 의료용 단백질 생산을 통한 의약품 산업의 성장에 활용될 수 있을 것이다.

적은 수의 거대 엽록체를 가진 핵 형질전환 식물체를 이용한 담배 엽록체 형질전환 빈도 제고 (Enhancement of Chloroplast Transformation Frequency by Using Mesophyll Cells Containing a Few Enlarged Chloroplasts from Nuclear Transformed Plants in Tobacco)

  • 정원중;민성란;유장렬
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제34권3호
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    • pp.271-275
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    • 2007
  • 엽록체 형질전환된 식물체를 얻으려면 먼저 세포수준에서 모든 엽록체가 형질전환되어야 하는데, 세포내에는 많은 수의 엽록체가 존재하므로, 엽록체 형질전환 벡터가 전이되어 형질전환된 엽록체는 선발배지에서 선택적으로 분열을 계속하고 형질전환되지 않은 엽록체들은 분열을 하지 못하게 되어, 결국 해당 세포내의 모든 엽록체가 형질전환된 상태에 이르게 된다. 따라서 만일 해당 세포내에 엽록체의 수가 적으면 그만큼 효율적으로 엽록체 형질전환을 할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 담배의 FtsZ 유전자를 핵형질전환법으로 과잉 발현시킴으로써 엽록체의 분열이 저해되어 엽육세포내에 거대한 엽록체 3-5개를 가진 담배식물체의 엽육조직을 이용하여, 엽록체 형질전환을 한 결과, 엽록체 형질전환 빈도가 약 40% 증가되었다.

엽록체 유전자의 구조와 발현

  • 문은표
    • 한국식물학회:학술대회논문집
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    • 한국식물학회 1990년도 제4회 식물생명공학 심포지움 광합성의 분자생물학 The Fourth Symposium on Plant Biotechnology-Molecular Biology of Photosynthesis-
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    • pp.155-172
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    • 1990
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엽록체 염기서열을 통한 너도밤나무(너도밤나무과)의 기원 추론 (Sea, wind, or bird: Origin of Fagus multinervis (Fagaceae) inferred from chloroplast DNA sequences)

  • 오상훈
    • 식물분류학회지
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    • 제45권3호
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    • pp.213-220
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    • 2015
  • 울릉도의 낙엽활엽수림에 우점하고 있는 너도밤나무를 대상으로 엽록체 반수체형(haplotype)의 다양성과 공간적 분포를 파악하기 위해 울릉도 전역에서 채집한 총 144개체로부터 psbA-trnH 구간의 염기서열을 결정하였다. 너도밤나무의 근연종을 포함하여 계통분석을 수행한 결과, 너도밤나무의 엽록체 반수체형은 일본산 F. japonica와 중국산 F. engleriana 분계조와 자매관계를 이루는 것으로 나타났다. 또한, 분석한 모든 너도밤나무의 개체들은 동일한 염기서열을 갖고 있는 것으로 나타나, 엽록체 반수체형의 다양성은 매우 낮은 것으로 판명되었다. 이러한 결과는 동위효소 분석에 근거한 유전자 다양성이 매우 높다는 기존 연구 결과와 대비되는 것으로서, 너도밤나무는 핵 유전자의 다양성은 높으나 엽록체 유전자의 다양성은 낮은 것으로 판단되며, 이것은 두 가지 가설로 설명할 수 있다. 하나는 너도밤나무의 조상이 울릉도로 이주하여 정착할 초기 단계에서 엽록체 반수체형이 지역적인 구조를 갖는 조상 모집단으로부터 종자가 지속적으로 유입된 결과로 해석할 수 있다. 다른 하나는 육지의 조상 모집단으로부터 새 또는 태풍에 의해 소수의 종자가 유입되어 정착한 후, 바람에 의해 조상 모집단의 화분이 지속적으로 유입된 결과인 것으로 추론할 수 있다. 울릉도 내의 대양한 고유 자생식물의 기원을 규명하는 데 있어서 모계유전을 함으로 인해 종자의 이동을 추적할 수 있는 엽록체 DNA에 근거한 비교계통지리학적 연구가 필요한 것으로 사료된다.

안정적 감자 엽록체 형질전환 식물체 생산 (Production of stable chloroplast-transformed plants in potato (Solanum tuberosum L.))

  • 민성란;정원중;박지현;유재일;이정희;오광훈;정화지;유장렬
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제38권1호
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    • pp.42-48
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    • 2011
  • 고등식물의 엽록체 유전공학은 핵 형질전환과 비교해 볼때 여러 가지 독특한 장점을 가진다. 높은 transgene 발현율, 상동 재조합에 의한 site-specific transgene의 삽입으로 인해 유전자의 position effect가 없으며, 단일 형질전환으로 동시에 여러 유전자의 도입이 가능하고 모계 유전으로 인해 화분 방출 위험을 감소시킬 수 있다. 담배 specific한 pCtVG (trnI-Prrn-aadA-mgfp-TpsbA-trnA) 벡터를 이용하여 안정적인 감자 엽록체 형질전환 시스템을 개발하였다. 감자 엽록체 게놈으로 외래유전자의 삽입과 homoplasmic level은 PCR과 Southern blot 분석으로 확인하였다. Northern과 immunoblot 분석 및 GFP fluorescence imaging을 통하여 엽록체 형질전환체의 잎에서 GFP 유전자가 강하게 발현, 축적됨을 알 수 있었다. 본 연구에서 확립된 감자 엽록체 형질전환 시스템을 이용하여 유용 유전자를 도입함으로써 농업적 형질을 개선하거나 고부가가치 단백질을 대량 생산하는 감자를 보다 효율적으로 개발할 수 있을 것이다.