국가연구개발성과

연구보고서
개화 단백질 LUMINIDEPENDENS에 의한 애기장대 FLC 유전자의 전사발현 억제 기작 연구 (Studies on the mechanism how LUMINIDEPENDENS regulates transcriptional repression of FLC)

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등록번호 TRKO202500025192 발행년월 2025-03
발행기관명 서울대학교 발행국가/사용언어 대한민국 /국문
발주기관 한국연구재단 과제관리(전문)기관 한국연구재단
키워드 전사 억제;전사인자;자율적 개화 경로;조기 폴리아데닐화;
Transcriptional repression;Transcription factor;FLC;Autonomous pathway for flowering;Premature polyadenylation;
초록
□ 연구개요
본 연구의 목표는 Autonomous Pathway for Flowering (AP)에 속하는 개화유도 단백질들의 FLC 유전자 억제 기전을 밝히는 것이다. 현재 제안된 AP 단백질에 의한 FLC 전사 억제 모델은 발표된 여러 데이터들과 상충될 뿐만 아니라, 모델 내에서도 여러 모순점을 보이고 있다. 따라서, 해당 모델에 대한 검증 및 AP 단백질에 의한 FLC 전사 억제에 관한 대안적 모델의 제안이 필요하다. 이를 위하여 AP 단백질 중에서 특이적 전사인자로 추정되는 LUMINIDEPENDENS(LD) 단백질의 전사 억제 기전을 밝히는 연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. LD의 FLC 유전자 좌위 결합 검증
해당 목표의 달성을 위해 LD 단백질을 in vitro 정제하여, 이를 이용한 실험을 수행하는 EMSA와 in planta chromatin immunoprecipitation (ChIP)를 실시하였다. 수행 결과, LD 단백질의 특이성으로 인하여 단백질 정제에 실패하였고, EMSA 수행은 불가능하다는 점을 확인하였다. 하지만, protoplast와 pLD::EGFP:gLD 형질전환 식물체를 이용한 in planta ChIP 실험에서 LD 단백질이 FLC 좌위, 그 중에서도 promoter와 first exon 부위 근처에 결합하는 것을 확인하였다.

2. LD 복합체의 구성 단백질 검출
해당 목표 달성을 위해 LD 과발현 식물체를 이용한 IP-MS 실험과, pLD::TbID:gLD 형질전환 식물체를 이용한 proximity labeling을 계획하였다. 현재까지 해당 실험 수행을 위한 LD 단백질의 immunoblot에 의한 검출을 지속적으로 시도하였고, 해당 조건을 확립하여 근시일 내에 해당 실험을 수행할 수 있을 것으로 생각된다. Proximity lebeling 실험은, 예비 실험 수행 결과, 다양한 조건을 적용하여 수행하였으나 LD 단백질의 적은 발현량으로 인하여 immunoblot 상에서 명확한 target을 확인할 수 없었다. 최근 이와 같은 경우에도 IP-MS 수행시 유의미한 결과를 확인할 수 있다는 점이 보고됨에 따라, 근시일 내에 IP-MS를 수행할 예정이다.

3. LD의 전사 억제 기전 검증
해당 목표 달성을 위해 protoplast를 이용한 repressor activity 확인과 LD에 의한 PolII의 pausing 관찰을 목표로 하였다. Protoplast에서 pFLC::LUC과 LD를 과발현시켜 luciferase activity를 측정하고자 하였으나, FLC promoter에 의한 LUC의 발현이 매우 낮아 실험의 수행이 불가함을 확인하였다. PolII ChIP을 수행한 결과에서, PolII가 ld 돌연변이체에서 promoter 부위에 많이 축적되는 것을 확인하였다. 또한, 기존에 보고되지 않았던 proximal premature polyadenylation된 형태의 proximal FLC 전사체가 AP 돌연변이체에서 야생형에 비해 더 적은 비율로 존재함을 확인하였다. 이를 통해 AP 단백질이 FLC 유전자를 proximal polyadenylation을 통해 억제할 가능성을 확인할 수 있었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
Autonomous pathway 개화 조절 기전의 생화학적 작동 원리는 현재까지 명확하게 밝혀지지 않았다. FLC 유전자에 작동하는 전사 조절 메커니즘을 새롭게 밝혔던 연구들은 발표될 때마다 학계 전반에 큰 반향을 불러일으켰다. 특히 autonomous pathway 유전자 LD가 암호화하고 있는 단백질은 TFIIS domain, prion-like domain 등을 지녀 전사 조절 기전에 연관성이 깊을 것으로 생각되고, 전사 억제의 새로운 기전을 확인할 수 있을 것으로 기대된다. 본 과제는 기초학문으로서의 의의뿐 아니라 농생명공학적 확장성도 지니고 있다. 개화 시기는 작물의 상품성을 결정짓는 중요한 형질 중 하나다. 따라서 개화 시기를 인위적으로 조절하는 기술은 작물이나 원예 분야에서 중요하다. 본 과제에서는 환경 신호와 무관하게 개화를 지속적으로 촉진하는 단백질의 개화 유전자 발현 조절 메커니즘을 다루므로, 특정한 개화 시기를 갖는 작물 품종이나 원예 식물 개발과 관련된 후속 과제 수행에 기반이 되는 결과로 활용가능할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

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