De novo Transcriptome Analysis to Identify Anthocyanin Biosynthesis Genes Responsible for Tissue-Specific Pigmentation in Zoysiagrass (Zoysia japonica Steud.)

Abstract

조이시아속 잔디(Zoysiagrass, Zoysia sp.)는 전 세계적인 온난기후에서 주로 서식하고 균일한 녹색을 띄고 있다. 그러나 몇몇 잔디 품종에서 이삭 및 포복경에 붉은 색소를 띄는데 이는 심미적 가치를 떨어뜨린다. 두 개의 조이시아속 잔디 품종인 안양중지(AJ)와 그린조아(GZ)는 이삭과 포복경에서 각각 보라색과 녹색을 띄는데 시아니딘과 페츄니딘이 착색의 주 성분임을 알 수 있었다. 두 잔디 품종간에 서로 다르게 발현되는 유전자를 확인하기 위하여 신규전사체 분석을 수행하였다. 이중 두 개의 안토시아닌 생합성 관련 유전자인 안토시아니딘 합성 효소 ZjANS1(Z. japonica anthocyanidin synthase 1)와 디하이드로플라보놀 4-환원 효소 ZjDFR1(Z. japonica dihydroflavonol 4-reductase 1)이 안양중지 이삭에서 높게 발현되었다. 또한 이 유전자들은 여러 다른 조이시아속 잔디 품종들 중 보라색을 띄는 잔디 품종에서 높게 발현되었고, 반면 녹색을 띄는 잔디 품종에서는 낮게 발현되었다. 잔디의 ZjDFR1과 ZjANS1 유전자가 암호화하는 효소 활성이 실제 안토시아닌 생합성에 작용하는 것을 확인하였다. 또한 ZjDFR1과 ZjANS1 유전자를 각각 DFR과 ANS 유전자가 없는 애기장대 돌연변이체에 형질전환하여 T1 형질전환 개체에서의 안토시아닌 생합성을 확인하였다. 이를 통하여 잔디의 DFR, ANS 유전자의 기능을 확인하였고 이는 단자엽작물이 아닌 애기장대에서도 기능하는 것을 확인할 수 있다. 본 연구를 통하여 잔디에서의 ANS와 DFR 유전자의 높은 발현이 조직 특이적인 안토시아닌 생합성을 통한 착색에 관여함을 알 수 있었다.