벼의 RADIALIS-LIKE3 전사인자의 노화 지연 및 염 민감성 연구

Abstract

ABA는 식물의 생장 과정 중 특히 abiotic stress에 대한 반응성에 밀접히 연관되어 있다. ABA는 여러 환경적인 요소에 의해 합성되며 신호전달과정을 통해 잎의 노화 및 stress에 대한 저항성 mechanism이 작동하게 된다. 본 연구는 벼의 MYB 전사인자 중 하나인 RADIALIS-LIKE3 (OsRL3)의 유전자 기능으로서 노화 및 염 민감성에 대한 연구를 수행하였다. 유전자의 발현은 암 처리를 통한 노화에서 증가하였고, 여러 abiotic stress를 처리 한 경우 염 처리 시 발현율이 가장 크게 증가하였다. 유전자의 기능을 밝히고자 T-DNA 돌연변이체를 이용하였고, 암 처리시 돌연변이체에서 낮은 엽록체 분해율과 및 광합성 효율과 함께 stay green 표현형을 확인할 수 있었다. 또한 높은 농도의 염 처리를 했을 때, 돌연변이체에서는 염에 대한 높은 민감성을 보였고, 이는 항상성 유지에 관여하는 여러 osmolyte 중 하나인 proline을 합성하는 유전자의 발현이 감소를 통해 나타났다. OsRL3는 노화 및 stress를 조절하는 여러 phytohormone 중, ABA 처리시 유전자의 발현이 증가하며, ABA를 통한 노화 유도 실험을 통해 osrl3 돌연변이체가 암 처리를 통한 노화 실험과 동일하게 노화 지연 현상이 나타남을 알 수 있다. 또한 암 처리 노화와 염 처리시, 돌연변이체에서 ABA 신호전달 유전자의 발현이 감소하였다. 직접적인 OsRL3의 유전자 조절을 확인하기 위해 Yeast one hybrid 실험을 통한 promoter binding assay에서는 OsRL3가 OsNAP과 OsRAB16D의 직접적인 binding을 통해 노화 및 stress 반응 mechanism을 조절한다는 것을 알 수 있다. 따라서 본 연구를 통해 OsRL3가 전사촉진인자로서 ABA 신호전달 유전자의 발현을 촉진하여 노화과정과 염에 대한 반응성 mechanism을 조절함을 규명한다.

Abscisic acid (ABA) is associated with multiple developmental processes in higher plants, especially to respond to abiotic stresses. ABA synthesis is triggered by various environmental factors and ABA sensing promotes leaf senescence or stress tolerance. Here, we demonstrate a rice MYB transcription factor RADIALIS-LIKE3 (OsRL3) which promotes dark-induced senescence (DIS) and salt stress response. The gene expression is slightly induced under DIS and some osmotic stress conditions, highly expressed under salt stress. The T-DNA insertion osrl3 knockout mutant delayed leaf senescence in the dark with a significant retention of chlorophylls and photosynthetic capacity. Furthermore, in high salinity conditions, osrl3 mutation increased stress response with reduced expression of proline biosynthetic genes OsP5CS1 and OsP5CS2 in the leaves. In an exogenous ABA treatment, OsRL3 expression increased in the WT leaves and osrl3 mutant exhibit a stay-green phenotype. Under both dark and salt stress treatments, ABA signaling-associated genes were down-regulated in osrl3. Yeast one-hybrid assay revealed that OsRL3 directly targets the promoters of OsNAP and OsRAB16D that accelerate leaf senescence and abiotic stress response. Taking together, we conclude that OsRL3 functions as a transcriptional activator for the genes involved in ABA signaling which promotes leaf senescence and abiotic stress response in rice.