nDart1의 기존 통합을 통해 개발된 쌀의 분자 및 생화학적 특성 분석

May 16, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8139(2023) 이 기사 인용

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게놈 서열의 유전적 변이인 돌연변이는 분자생물학과 생명공학에서 중요한 역할을 합니다. DNA 복제 또는 감수 분열 중에 돌연변이 중 하나는 트랜스포손 또는 점핑 유전자입니다. 토착 트랜스포존 nDart1-0은 트랜스포존 태그가 붙은 계통, 즉 GR-7895(japonica 유전자형)로부터 전통적인 육종 기술인 연속적인 역교배를 통해 지역 인디카 품종 Basmati-370에 성공적으로 도입되었습니다. 분리된 개체군에서 나온 식물은 다양한 표현형을 BM-37 돌연변이로 표시한 것으로 나타났습니다. 서열 데이터를 분석한 결과 염색체 5번의 BAC 클론 OJ1781_H11에 위치한 GTP 결합 단백질에 DNA 트랜스포존 nDart1-0이 삽입되어 있는 것으로 나타났습니다. nDart1-0은 254bp 위치에 "A"가 있는 반면, nDart1 상동체에는 "G"가 있어 nDart1-0과 동족체를 효율적으로 구별할 수 있습니다. 조직학적 분석 결과, BM-37의 엽육세포의 엽록체는 전분 과립의 크기 감소와 삼투성 plastoglobuli의 증가로 파괴되어 엽록소 함량과 카로티노이드, 가스 교환 매개변수(Pn, g, E, Ci)가 감소한 것으로 나타났습니다. ), 엽록소 생합성, 광합성 및 엽록체 발달과 관련된 유전자의 발현 수준이 감소했습니다. GTP 단백질의 증가와 함께 살리실산(SA), 지베렐린산(GA), 항산화 성분(SOD), MDA 수치가 크게 향상되었으며, 사이토키닌(CK), 아스코르베이트 퍼옥시다제(APX), 카탈라제(CAT)도 증가했습니다. , 총 플라바노이드 함량(TFC) 및 총 페놀 함량(TPC)은 WT 식물과 비교하여 BM-37 돌연변이 식물에서 크게 감소했습니다. 이러한 결과는 GTP 결합 단백질이 엽록체 형성 과정에 영향을 미친다는 개념을 뒷받침합니다. 따라서 생물학적 또는 비생물적 스트레스 조건에 대처하기 위해 Basmati-370의 nDart1-0 태그 돌연변이(BM-37)가 도움이 될 것으로 예상됩니다.

단자엽 반수생 한해살이 풀 식물인 벼는 벼과(Poaceae)에 속하며 Oryza1속에 속합니다. Oryza 속에는 22종의 야생 분류군이 있으며, 그 중 2종은 인간이 소비하는 데 매우 중요합니다2. 이러한 종은 일반적으로 아시아 쌀로 알려진 Oryza sativa L.과 아프리카 쌀로 널리 알려진 Oryza glaberrima Steud입니다. Oryza 속의 여러 분류에는 Oryza officinalis, Oryza ridelyi 및 Oryza rufipogon이 포함됩니다. 오리자(Oryza)의 야생종 22종 중 15종은 아시아에서 유래했고 7종은 사하라 사막 이남 아프리카에서 유래했습니다3. 야생 Oryza 종은 비생물적 및 생물적 스트레스 내성을 포함한 특별한 특성을 갖고 있기 때문에 이들 종은 종간 쌀 육종 프로그램에 유익합니다4,5. 전체 인류의 절반 이상이 쌀을 먹으며 쌀은 가장 중요한 곡물입니다6.

더욱이, 쌀의 전체 게놈 서열은 매우 충실하게 배열되었으며 비교적 많은 수의 트랜스포존이 발견되어 트랜스포존 연구를 위한 훌륭한 모델이 되었습니다7,8. nDart1-0 트랜스포손(pyl-v)은 Taichung-65(Oryza sativa japonica L.)9의 연한 노란색 잡색 잎을 가진 벼 신생 쌀 돌연변이에서 발견되었습니다. 특히 활성 자율 DNA 요소인 aDart1-27을 포함하는 유전자형은 트랜스포존 유전자를 가지고 있으며, nDart1 요소는 게놈 전체에 적극적으로 전달됩니다. 수퍼패밀리 hAT에 속하는 nDart1 요소는 높은 수준의 서열 유사성에도 불구하고 염색체 삽입 위치에서 잘라내어 다른 위치로 전치됩니다. nDart1-0 및 밀접하게 비교할 수 있는 비자율 구성 요소 nDart1-1 ~ nDart1-12 서로 다른 조옮김 주파수를 표시합니다11. 활성 트랜스포존은 유전자에 태그를 지정하고 그 기능을 밝히기 위해 자주 사용됩니다12,13. 태그 지정 방법은 nDart1 요소가 게놈으로 적극적으로 전치되고 게놈 위치에 통합되는 경향이 있기 때문에 효과적인 도구입니다. nDart1 요소는 특히 추정 개시 코돈 0.5kb 앞에 위치한 게놈의 근위 프로모터 위치로 전치됩니다14. iPCR 기반 방법과 트랜스포존 디스플레이(TD) 방법도 게놈에서 nDart1의 삽입된 사이트를 효율적으로 찾기 위해 만들어졌습니다.