Screening of Auto-active Cell Death Induced by the N-terminal Domain of Pepper Nucleotide-Binding Site Leucine-Rich Repeat Genes in Nicotiana benthamiana : 담배에 자가세포사멸을 유도하는 고추 NLR 유전자들의 N-말단 도메인 동정

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농업생명과학대학 협동과정농생명유전체학전공
Issue Date
서울대학교 대학원
N-terminal domain of pepper nucleotide-binding site leucine-rich repeat geneAuto-active cell death
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 협동과정농생명유전체학전공, 2017. 2. 최도일.
식물의 Nucleotide-binding site Leucine-rich repeat (NLRs)은 병원균의 침입 시 유도되는 면역반응에 관여하는 세포질 내 단백질로, N-말단 도메인, NBARC 도메인 그리고 C-말단 도메인으로 이루어져 있다. 또한 NLRs은 강력한 면역반응의 하나로 흔히 국지적 세포사멸을 유도하기도 한다. Arabidopsis의 RPS4와 벼의 Orin1과 같이 NLRs이 과발현 되었을 때 자가 세포 사멸을 유도한다는 보고가 있다. 뿐만 아니라, 아마의 L6와 밀의 Sr33처럼 NLR의 N-말단 도메인이 식물체에 과발현 되었을 때 자가 세포 사멸을 유도한다는 선행 연구가 있다. 따라서 본 연구에서 고추에 존재하는 NLRs을 과발현 시켜 세포사멸을 유도하는지 확인하고자 하였다. 고추 Capsicum annuum CM334에 존재하는 755개 NLRs 가운데 415개의 NLRs이 동정되었고 Nicotiana benthamiana를 포함한 Solanaceae 식물 종에서 15개의 NLRs이 자가 세포 사멸을 유도하는 것이 확인되었다. 또한, 101개 NLRs의 N-말단 도메인 중 21개가 과발현 되었을 때 자가 세포 사멸이 유도됨을 확인하였다. 세포사멸과 관련된 유전자들의 발현양상과 Virus induced gene silencing 실험을 수행한 결과, 각각의 NLRs이 서로 다른 신호전달 단백질을 경유하고 N-말단에 의한 세포 사멸 신호 경로에 Salicylic acid가 관여되어 있음을 확인하였다. 따라서, 고추의 NLR 과 N- 말단은 식물의 면역반응에서 나타나는 세포사멸의 기작을 이해하는데 도움이 될 후보 유전자가 될 수 있을 것이다.
Nucleotide binding-site Leucine rich Repeat (NLR) is a plant resistance protein that mediates immune response to pathogens. NLR recognize effector secreted from pathogen in plant cytosol and often causes rapid hypersensitive response (HR) cell death. Among known NLRs, Arabidopsis RPS4 and rice Orin1 were reported as induce auto-active cell death as effector-independent manner when they were over-expressed in plant. Auto-active cell death induced by the N-terminal domains of known NLR proteins such as flax L6 and wheat Sr33 have been also reported. To identify whether pepper (Capsicum annnuum CM334) NLRs have potential to induce auto-active cell death, 415 full type pepper NLRs were transiently over-expressed in Nicotiana benthamiana. As a result, over-expressions of 15 pepper NLRs triggered auto-active cell death with different strength in N. benthamiana. To verify over-expression of N-terminal domain fragments of pepper NLRs induce auto-active cell death, we first justified the N-terminal domain using COILS and SMART program and selected 101 N-terminal domain fragments of pepper NLRs. Over-expression of 21 N-terminal domain fragments induced auto-active cell death in N. benthamiana. Among them, pepper NLRs including 16 N-terminal domain fragments belong to specific group, CNL-G10. In addition, to investigate signaling component related to auto-cell death we performed qRT-PCR and virus induces gene silencing (VIGS) known components including ICS1, SGT1, EDS1. Taken together, our results suggest that pepper NLRs probably have auto-activity leading to cell death and pepper NLRs of certain group (CNL-G10) may have specific functions in plant immunity. Consequently, pepper NLRs and N-terminal domain fragments of pepper NLRs will provide important tool for understanding the cell death mechanism in plant immunity.
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