Isolation and Molecular Characterization of a Pepper mottle virus Resistance Gene from Capsicum annuum

Abstract

식물에서 유전자에 의해 매개되는 저항성 반응은 바이러스 감염을 차단하거나 감소시키는 방어 기작 중 하나이다. 이러한 식물의 저항성 유전자들은 이들이 어떻게 자손에게 전달되는지에 따라 우성 및 열성 유전자로 분류된다. 이 연구에서는 Agroinfiltration과 바이러스 접종을 기반으로 바이러스에 대한 식물체의 과민성반응을 유도함으로써 보다 간단하고 저 비용으로 저항성 유전자들을 선별할 수 있는 방법이 개발되었다. Potato virus X(PVX) 및 Tobacco mosaic virus(TMV)에 대한 저항성에 기여하며 그 특성이 잘 규명된 유전자인 Rx와 N 유전자가 Nicotiana benthamiana에서 과민성반응을 검출하기 위한 transient expression assay를 최적화하는데 이용되었으며 이러한 Rx gene 및 N gene이 처리된 잎에 HR 반응을 유도하기 위하여 PVX와 TMV에 감염된 조직의 즙액접종이 각각 사용되었다. 이러한 선별 방법을 이용하여 고추에서 99개의 저항성 유전자 후보군으로부터 Potyvirus에 속하는 Pepper mottle virus의 감염에 대하여 과민성반응을 일으키는 저항성 유전자(Pvr9)이 동정되었으며 이러한 Pvr9 유전자의 분자적 특성 규명을 통하여 이 유전자가 1298개의 아미노산으로 이루어진 CC-NBS-LRR 으로 추정되는 단백질을 암호화 하고 있다는 것이 밝혀졌다. Pvr9은 다른 저항성 유전자들이 모여 있는 6번 염색체에 위치하고 있는 것으로 예측된다. 바이러스의 유전자 산물 중 하나인 NIb는 Pvr9에 의해 매개되는 과민성반응의 elicitor로써 작용하며 Y2H 와 BiFC 방법을 이용하였을 때 R gene 산물과 elicitor간의 직접적인 상호작용은 나타나지 않았다. PepMoV의 NIb와 근연관계가 가까운 몇몇 Potyvirus의 NIb들도 과민성반응을 유도하였으며 이러한 과민성반응의 유도는 PepMoV NIb의 두 internal region에 의해 결정된다. PepMoV를 고추에 접종한 결과 Pvr9의 전사가 저항성 품종인 Capsicum annuum CM334 에서는 소폭 증가하였으나 감수성 품종인 C. annuum Floral Gem 에서는 하향조절 되었다. 이는 CM334 품종에서 분리된 Pvr9의 5 상위 지역에서 Floral Gem에서 분리된 Pvr9에 비해 높은 transcription activity가 나타났기 때문인 것으로 여겨진다. 또한 CM334와 Floral Gem 품종에는 non-functional Pvr9 homolog가 존재하고 이는 CC, NBS 그리고 LRR domain의 아미노산 변이에 의하여 그 기능을 상실한 것으로 나타났다.