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모델 식물에서 확인된 환경 스트레스의 유전적 토대
모델 식물에서 확인된 환경 스트레스의 유전적 토대
  • 함승창 기자
  • 승인 2024.04.16 11:40
  • 댓글 0
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-식물의 ABA 5가지 스트레스, 216개 쌍의 메타분석
-유전자 14개 상향 조절, 8개 하향 조절 현상 밝혀

일본 바이오디지털전환혁신센터(BioDX)와 일본과학기술진흥기구가 지원해 히로시마 대학의 생명 통합 과학 대학원의 미츠오 신타니와 대학의 게놈 편집 혁신 센터의

탈레크레스유전자 변경프론티어스 인 플랜트 사이언스일본히로시마대학게놈미츠오 신타니케이타 타무라가 공동연구로 밝혀진 식물에서 환경 스트레스에 관한 연구다.

연구진은 탈레 크레스가 5가지 특정 스트레스 요인에 반응할 때 더 많이 발현하는 14개의 유전자와 식물이 억제하는 8개의 유전자를 확인했다.

탈레 크레스 사진. 연구진의 메타 분석에 따르면 14개의 유전자는 일반적으로 상향 조절되고 8개의 유전자는 탈레크레스에서 조사한 5개의 ABA 관련 스트레스 반응 모두에서 일반적으로 하향 조절되는 것으로 나타났다. 펙셀 제공
탈레 크레스 사진. 연구진의 메타 분석에 따르면 14개의 유전자는 일반적으로 상향 조절되고 8개의 유전자는 탈레크레스에서 조사한 5개의 ABA 관련 스트레스 반응 모두에서일반적으로 하향 조절되는 것으로 나타났다. 펙셀 제공

식물은 변덕스러울 수 있습니다. 고속도로 옆의 잡초나 콘크리트 보도의 갈라진 틈으로 밀려 올라오는 잡초조차도 탈수, 추위, 과도한 염분 등으로 인해 스트레스를 받을 수 있다.

히로시마 대학의 연구진은 게놈이 잘 문서화 되어 있기 때문에 유전자 조사에 일반적으로 사용되는 식물인 탈레 크레스가 5가지 특정 스트레스 요인에 반응할 때 더 많이 발현하는 14개의 유전자와 식물이 억제하는 8개의 유전자를 확인했다.

연구팀은 지난 322'프론티어스 인 플랜트 사이언스(Frontiers in Plant Science)'에 연구 결과를 발표했다.

"가뭄, 염분, 추위와 같은 해충이나 질병과 같은 생물적 스트레스와 달리 비생물적 스트레스는 식물 성장과 작물 생산성에 부정적인 영향을 미친다. 이러한 스트레스 요인에 대한 식물 반응의 기초가 되는 분자 메커니즘을 이해하는 것은 작물의 스트레스 내성에 필수적이다"라고 히로시마 대학의 생명 통합 과학 대학원의 게놈 정보학 실험실의 교신 저자 히데마사 보노 교수가 말했다. 보노는 또한 대학의 게놈 편집 혁신 센터(Genome Editing Innovation Center)Bio-DX 연구소와 제휴하고 있다.

"식물 호르몬인 아브시스산(ABA)은 비생물적 스트레스 요인에 따라 크게 증가하여 스트레스에 적응하고 유전자 발현을 조절하는 생리적 반응을 유도한다. 많은 연구가 확립된 스트레스 신호 경로의 구성 요소를 조사했지만, 알려지지 않은 다른 요소를 탐구한 연구는 거의 없다."

전사체(meta-analysis)의 개략도ABA 관련 스트레스 하의 전사체 데이터는 공공 데이터베이스에 축적된 216쌍의 애기장대 유전자 발현 데이터를 사용하여 분석됐다. 5가지 스트레스 치료(ABA, 염분, 가뭄, 삼투압, 추위)에 공통적인 다양한 발현 수준을 가진 유전자가 확인됐다. 14개의 유전자는 모든 스트레스 치료에서 상향 조절되었고, 8개의 유전자는 모든 치료에서 하향 조절됐다.
전사체(meta-analysis)의 개략도ABA 관련 스트레스 하의 전사체 데이터는 공공 데이터베이스에 축적된 216쌍의 애기장대 유전자 발현 데이터를 사용하여 분석됐다. 5가지 스트레스 치료(ABA, 염분, 가뭄, 삼투압, 추위)에 공통적인 다양한 발현 수준을 가진 유전자가 확인됐다. 14개의 유전자는 모든 스트레스 치료에서 상향 조절되었고, 8개의 유전자는 모든 치료에서 하향 조절됐다.

신타니 미츠오는 ABA가 증가할 수 있는 분자 경로를 더 잘 이해하기 위해 연구팀은 탈레 크레스(thale cress) 또는 애기장대(Arabidopsis thaliana)에 대한 공개 RNA 염기서열 분석 데이터를 분석했다. RNA 염기서열 분석은 과학자들이 유기체의 RNA에 프로그래밍된 유전 명령의 특정 염기서열을 식별하고 정량화할 수 있도록 하는 기술이다. 이 데이터는 다양한 변수가 특정 유전자의 발현을 어떻게 증가시키거나 감소시킬 수 있는지 밝힐 수 있다고 했다.

보노와 그의 팀은 특히 5가지 ABA 관련 스트레스 상태에 초점을 맞췄다. ABA는 호르몬이 식물에 직접 적용될 때 식물이 물을 사용하는 방법을 바꾸는 소금 탈수 또는 식물에 얼마나 많은 물이 있는지 삼투성, 식물 세포가 부적절하게 부풀어 오르거나 수축할 때 추울 때다.

"데이터 기반 연구는 크고 독립적인 데이터 세트를 분석할 수 있는 장점이 있으며, 이는 광범위하게 연구된 확립된 요인과 구별되는 새로운 표적을 식별하고 스트레스 내성 작물의 개발을 가속화할 수 있다."

연구진은 216개의 쌍을 이룬 데이터 세트에 대한 메타 분석을 수행했으며, 이러한 연구 결과를 결합하고 재분석하여 데이터가 겹치거나 이전에 알려지지 않은 연관성을 드러낼 수 있는 부분을 식별했다.

메타 분석 결과, 조사된 5개의 ABA 관련 스트레스 반응 모두에서 14개의 유전자가 일반적으로 상향 조절되고 8개의 유전자가 일반적으로 하향 조절되는 것으로 나타났다. 보노는 염분, 탈수, 삼투압 처리에 의해 조절되는 일부 유전자는 ABA나 저온 스트레스에 의해 조절되지 않았으며, 이는 다른 신호 전달 경로를 통해 식물 반응에 관여할 수 있음을 시사한다고 지적했다.

"우리의 메타 분석은 ABA 의존성과 ABA 독립적인 긴장 반응에 있는 불명한 분자 기계장치를 가진 후보 유전자의 명부를 계시했다," Bono는 말했다.

"이 유전자는 게놈 편집 표적을 선정하기를 위한 귀중한 자원일 수 있고 잠재적으로 식물에 있는 비발한 긴장 포용력 기계장치 그리고 통로의 발견에 공헌할 수 있었다. 앞으로도 공공 데이터베이스의 데이터를 활용하고 방법을 개발하여 다양한 각도에서 비교 분석을 수행하여 식물의 스트레스 반응에 대한 알려지지 않은 메커니즘을 밝힐 것이다."

출처: https://www.asiaresearchnews.com/content/genetic-underpinnings-environmental-stress-identified-model-plant

 


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