• 원예과학기술지
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• 제33권2호
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• pp.242-250
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• 2015

기능 유전체 연구에서 이동유전자 또는 T-DNA 도입을 이용한 삽입돌연변이체 분석은 미지의 유전자 기능을 분석할 수 있게 한다. 이에 따라 본 연구에서는 배추(Brassica rapa ssp. pekinensis)와 같은 고등 식물에서 genomic DNA조각을 분리할 수 있는 효과적인 PCR 방법을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 variable argument thermal asymmetric interlaced PCR(VA-TAIL PCR)은 single-step annealin-gextension PCR 방법과 길게 구성된 유전자 특이적 primer 및 touch-up PCR 방법이 적용되었으며, 증폭 효율을 증가시키기 위하여 autosegment extension 증폭 방법이 적용되었다. 또한 개발된 VA-TAIL PCR 방법은 배추에 특화된 변성 primer를 Integr8 단백질체 데이터베이스를 분석하여 작성하였으며 대량의 배추 T-DNA 삽입 돌연변이 집단에서 각각의 T-DNA 인접 염기 서열을 분석하는 데 매우 정확하고 효과적인 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 개발된 VA-TAIL PCR 방법은 기존에 확인된 염기 서열을 이용하여 양쪽 방향을 모두 분석할 수 있기 때문에, 유전체 연구에서 T-DNA 또는 기 밝혀진 염기 서열에 인접한 미지의 염기서열을 확인하는데 매우 효과적일 것으로 기대된다.

• 원예과학기술지
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• 제32권1호
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• pp.91-99
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• 2014

본 연구는 배추에서의 저온 저항성 유전자를 개발하는데 목적이 있으며 이를 위해 먼저 저온($4^{\circ}C$) 스트레스가 처리된 내혼계배추를 대상으로 한 KBGP-24K oligo chip의 결과 [BrEMD(Brassica rapa EST and Microarray Database)]를 분석하였다. 그 결과 23,929개의 배추 unigene 중 저온 처리시 대조군 대비 5배 이상 발현이 증가하는 417개(1.7%)의 저온 반응 유전자를 1차 선발하고, 이들 중 기능이 정확히 알려지지 않았으나 완전장을 갖추고 있는 BrCSR로 명명한 유전자를 선발하였다. 이 유전자의 저온 저항성을 분석하기 위하여 형질전환용 과발현 vector인 pSL101 binary vector를 제작하여 담배에 형질전환시켰다. BrCSR이 과발현된 $T_1$ 세대 담배 형질전환체들은 PCR과 Southern hybridization 분석에 의해 선발하였고, BrCSR의 기능은 저온 처리 시 유전자의 발현 수준 분석과 표현형 검정을 통해 확인하였다. Quantitative real-time RT-PCR과 Northern blot hybridization 분석 결과, 형질전환 담배에서 BrCSR의 발현이 대조군보다 약 2배 정도 높게 발현되었으며 실제로 $4^{\circ}C$ 처리 후 표현형 분석에서 BrCSR이 과발현된 형질전환체들이 대조군보다 우수한 저온 저항성을 보여 주었다. 위 결과들에 근거하여 BrCSR 유전자가 저온 환경 하에서 식물의 생장과 저항성 향상에 중요한 역할을 담당하고 있음을 확인할 수 있었다.

• 원예과학기술지
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• 제31권6호
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• pp.748-755
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• 2013

본 연구는 배추에서 염 저항성 관련 유전자를 발굴하기 위해 수행되었다. 우선 염처리(250mM NaCl)된 순계배추 'Chiifu'를 이용한 KBGP-24K oligo chip 데이터[BrEMD(B. rapa EST and microarray database)]를 분석하였다. 그 결과, 염처리 시 크게 반응하는 202개의 unigene들을 1차 선발하였고, 이들 중 기능이 정확히 알려지지 않았으나 완전장을 갖추고 있는 1개의 유전자를 최종선발하여 BrSSR(B. rapa salt sensitive resistance)로 명명하였다. BrSSR은 94개의 아미노산으로 번역되는 총 285bp의 오픈리딩프레임을 가지고 있으며, DUF581 도메인을 지니고 있다. 염 저항성을 분석하기 위하여 BrSSR이 과발현된 pSL94 vector를 제작하여 담배에 형질전환시켰다. BrSSR이 과발현된 $T_1$ 세대 담배 형질전환체들은 PCR과 DNA blot 분석에 의해 선발하였다. Quantitative real-time RT PCR 분석 결과, 형질 전환된 담배에서 BrSSR의 발현이 대조군 보다 약 3.8배까지 높게 발현되었다. 이는 RNA blot 분석 결과와도 일치했다. 또한 표현형 분석에서 5일간 250mM NaCl 염 처리 후 BrSSR이 과발현된 형질전환체들이 대조군보다 우수한 염 저항성을 보여 주었다. 위 결과들에 근거하여 염 스트레스 환경 하에서 BrSSR 유전자의 과발현은 식물의 염 저항성을 향상과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 판단된다.

• 원예과학기술지
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• 제33권4호
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• pp.575-584
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• 2015

건조 스트레스는 작물의 생존과 생산성을 결정하는데 매우 중요한 환경요인이다. 본 연구의 목적은 배추에서 신규 건조 스트레스 저항성 유전자를 동정 검정하는 것이다. 건조 스트레스 하에서 생육된 지부('Chiifu') 배추를 이용하여 제작된 KBGP-24K 마이크로어레이 데이터 분석을 통해 738개의 건조 반응 유전자 중 기능은 밝혀져 있지 않지만, 건조 스트레스 하에서 발현량이 6배 이상 크게 증가한 1개의 유전자를 선발하여 BrDSR(B. rapa Drought Stress Resistance)이라 명명하였다. 이의 검정을 위해 내혼계배추('CT001')에서 BrDSR을 동정한 결과 438bp의 오픈리딩프레임과 145개의 아미노산을 가지고 있음을 확인하였고, 동정된 완전장의 cDNA 염기서열은 형질전환용 과발현 vector인 'pSL100' 제작에 이용하였다. BrDSR이 식물체에서 건조 스트레스 저항성을 향상시켜줄 수 있는지 분석하기 위해 담배 형질전환을 수행하였다. PCR과 DNA 블롯 분석으로 선발된 T1 세대 담배 형질전환체들을 대상으로 quantitative real-time RT PCR 분석을 수행한 결과, 형질전환체의 BrDSR 발현량은 비형질 전환체 보다 2.6배까지 증가하였다. 또한 건조처리 10일째 수행한 표현형 분석에서 BrDSR이 발현되는 담배 형질전환체들이 비형질전환체들 보다 우수한 건조 저항성을 보였다. 연구 결과들을 종합하면 BrDSR은 건조 스트레스 하에서 식물의 생장과 생존에 효과적인 저항성 기능을 할 것으로 기대된다.

• Molecules and Cells
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• 제26권6호
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• pp.595-605
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• 2008

Genome wide transcription analysis in response to stresses is essential to provide the basis of effective engineering strategies to improve stress tolerance in crop plants. In order to perform transcriptome analysis in Brassica rapa, we constructed a B. rapa oligo microarray, KBGP-24K, using sequence information from approximately 24,000 unigenes and analyzed cold ($4^{\circ}C$), salt (250 mM NaCl), and drought (air-dry) treated B. rapa plants. Among the B. rapa unigenes represented on the microarray, 417 (1.7%), 202 (0.8%), and 738 (3.1%) were identified as responsive genes that were differently expressed 5-fold or more at least once during a 48-h treatment with cold, salt, and drought, respectively. These results were confirmed by RT-PCR analysis. In the abiotic stress responsive genes identified, we found 56 transcription factor genes and 60 commonly responsive genes. It suggests that various transcriptional regulatory mechanisms and common signaling pathway are working together under the abiotic stresses in B. rapa. In conclusion, our new developed 24K oligo microarray will be a useful tool for transcriptome profiling and this work will provide valuable insight in the response to abiotic stress in B. rapa.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제44권4호
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• pp.438-447
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• 2017

개화는 배추종 작물의 생산성과 연관된 중요 발달 특성 중 하나이다. 이식 후, 갑작스러운 저온에 노출되어 때이른 개화를 하게 되면 수확되는 생산물의 양과 질이 떨어지게 된다. 따라서, 개화조절 메커니즘을 이해하는 것은 배추 종 작물의 농업적 생산성을 향상시키는데 도움을 줄 것이다. 춘화는 배추과 작물에서 일반적으로 알려져 있는 개화를 유도하는 중요한 요소이다. 그러나 옐로우 사순이나 코마수나와 같은 배추 아종은 춘화처리 없이도 개화한다. 1일을 주기로 하여 생물의 생리기작을 조절하는 생체시계 유전자는 일장감응형의 개화 조절에 중요한 역할을 하지만 춘화처리를 통해 개화를 유도하는 기작과도 연관되어 있다. 본 논문에서는 22개의 배추 아종을 개화에 춘화처리가 필요한 춘화형과 춘화처리 없이도 개화하는 비춘화형으로 나누어 보존된 생체시계 유전자, BrPRR1 군의 염기서열 분석을 수행하였다. 그 중 BrPRR1b 유전자의 결손 영역으로 춘화형과 비춘화형 두 그룹을 구분할 수 있었다. 이 서열변이를 증폭할 수 있는 PCR 프라이머를 디자인하여 비춘화형 배추 아종에서는 451 bp의 긴밴드를, 춘화형 배추에서는 422 bp의 작은 크기의 밴드를 증폭할 수 있었다. 이 프라이머 세트는 43개 배추 아종과 4개의 배추속 작물, 브로콜리, 양배추, 갓, 그리고 유채의 개화형을 구분하는데 적용되었다. 각 작물의 PCR 결과와 개화시기에 대한 정보를 통하여 프라이머 세트가 개화형을 판별할 수 있는 마커로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이 마커시스템은 배추 종 작물 육종에 유묘 단계에서 개화형을 판단하는데 이용할 수 을 것이다. 또한 이 결과들은 생체시계 유전자가 배추 종 작물의 개화를 조절하는 좋은 전략이 될 수 있음을 보여주었다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제7권1호
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• pp.27-35
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• 2005

Eighty-five different cultivars of Brassica rapa, B. juncea, B. nap us, B. carinata, B. oleracea and hexaploid Brassica collected from Bangladesh, Japan, China and Denmark were analyzed by SDS-PAGE for seed and leaf protein variations, using esterase, acid phosphatase and peroxidase isozyme analysis. Ten polymorphic bands were identified from seed protein however no identifiable polymorphic band was found in the leaf protein. Polymorphic markers clearly distinguished the different Brassica species as well as yellow sarson (YS) and brown seeded (BS) cultivars of B. rapa. The $F_1$ cross between YS and brown seeded cultivars showed the existance of all poly-morphic bands of the respective parents. The Bangla-deshi and Japanese cultivars of B. rapa differed in the amount of seed protein. In the case of isozyme analysis, esterase showed the highest number of polymorphic bands (13) followed by acid phosphatase (9) and peroxidase (5). These polymorphic markers were very effec-tive for classification of all the species studied in this experiment. In parentage tests using isozymes, the hybridity of intra-and-interspecific crosses of almost all the seedlings could be identified from their respective cross combinations. Esterase polymorphism showed a clear differentiation between YS and BS types of B. rapa. In addition, two esterase polymorphic markers were iden ified to differentiate some cultivars of B. juncea. Segregation patterns in these two esterase bands showed a simple Mendelian monohybrid ratio of 3:1 in $F_2$, 1:1 in test cross and 1:0 in back cross progenies. No polymorphic band was identified to distinguish different cultivars of the same species by acid phosphatase or peroxidase. Polymerase Chain Reaction (PCR) was carried out with seed coat color specific marker of B. juncea. The yellow seeded cultivars produced a strong band at 0.5 kb and weak band 1.2 kb. In the addition of these two specific bands, Japanese yellow-seeded cultivars expressed two more weak bands at 1.0 kb and 1.1 kb. Where the brown seeded cultivars generated a single strong band at 1.1 kb. In segregating population, the yellow seed coat color marker segregated at a ratio 15 (brown) : 1 (yellow), indicating the digenic inheritance pattern of the trait.

• 원예과학기술지
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• 제35권3호
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• pp.323-332
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• 2017

Homology-specific transcriptional and post-transcriptional silencing, an intrinsic mechanism of gene regulation in most eukaryotes, can be induced by anti-sense, co-suppression, or hairpin-based double-stranded RNA. Hairpin-based RNA interference (RNAi) has been applied to analyze gene function and genetically modify crops. However, RNAi vector construction usually requires high-cost cloning steps and large amounts of time, or involves methods that are protected by intellectual property rights. We describe a more effective method for generating intron-spliced RNAi constructs. To produce intron-spliced hairpin RNA, an RNAi cassette was ligated with the first intron and splicing sequences of the Brassica rapa ssp. pekinensis histone deacetylase 1 gene. This method requires a single ligation of the PCR-amplified target gene to SpeI-NcoI and SacI-BglII enzyme sites to create a gene-specific silencing construct. We named the resulting binary vector system pKHi and verified its functionality by constructing a vector to silence DIHYDROFLAVONOL 4-REDUCTASE (DFR), transforming it into tobacco plants, and confirming DFR gene-silencing via PCR, RT-qPCR, and analysis of the accumulation of small interfering RNAs. Reduction of anthocyanin biosynthesis was also confirmed by analyzing flower color of the transgenic tobacco plants. This study demonstrates that small interfering RNAs generated through the pKHi vector system can efficiently silence target genes and could be used in developing genetically modified crops.

• 원예과학기술지
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• 제34권1호
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• pp.102-111
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• 2016

본 연구의 목적은 BrDSR(Drought Stress Resistance in B. rapa) 유전자의 기능을 명확히 밝히고, 배추에서 건조 스트레스 반응 유전자들을 분석하는데 있다. 내혼계배추('CT001')와 BrDSR 완전장(438bp의 오픈리딩프레임)을 지닌 pSL100 vector를 재료로 아그로박테리아를 이용한 배추 형질전환을 수행하였다. PCR 분석을 통해 4개체의 형질전환체를 확보하였고, 이들의 BrDSR 발현량은 건조 스트레스 조건에서 비형질전환체 대비 약 1.9-3.4배 정도 더 큰 것으로 분석되었다. 또한 표현형 분석에서도 BrDSR이 과발현된 형질전환체들은 건조 스트레스에 저항성을 보이며 정상적인 생장을 하였다. 기 구축된 건조 스트레스 반응 유전자의 상호발현 네트워크를 기반으로 BrDSR과 밀접한 관련이 있는 유전자들을 분석하기 위해 B. rapa 135K cDNA microarray 데이터를 분석하였다. 그 결과, 환경 스트레스와 관련하여 식물체에서 잎의 노화와 자가소화에 관련된 것으로 보고된 'dark inducible 2(DIN2, AT3G60140)'와 'autophagy 8h(ATG8H, AT3G06420)' 유전자가 확인되었다. 위 결과들을 근거로 BrDSR 유전자는 건조 스트레스에 대한 저항성 향상에 중요한 역할을 할 것으로 판단되었다.

• Plant Biotechnology Reports
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• 제4권3호
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• pp.201-211
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• 2010

We present a highly effective T-DNA inserted gene screening method as part of a reverse genetics model system using the Chinese cabbage (Brassica rapa L. spp. pekinensis). Three-step two-dimensional (2D) matrix strategies are potentially accurate and useful for the identification of specific T-DNA inserted mutants from a large population. To construct our Chinese cabbage model, we utilized a forward genetics screening approach for the abnormal phenotypes that were obtained from transgenic plants of Brassica rapa generated with Agrobacteria tumefaciens containing the pRCV2 vector. From one transgenic plant with an abnormal phenotype, we observed that the st1 gene (which is related to senescence-associated process proteins) contained a T-DNA fragment, and that its expression level was decreased. This T-DNA insert was then used as a control to construct an effective screening pool. As a result, the optimum template concentration was found to be 0.1-1 ng in our PCR strategy. For other conditions, positive changes to the Gibbs free energy prevented the formation of oligo dimers and hairpin loop structures, and autosegment extension gave better results for long fragment amplification. Using this effective reverse genetics screening method, only 23 PCR reactions were necessary to select a target gene from a pool of 100 individual DNAs. Finally, we also confirmed that the sequence we obtained from the above method was identical to the flanking sequence isolated by rescue cloning.