한국콩연구회

콩과식물-뿌리혹 박테리아의 공생에 있어서의 small GTP-binding proteins(Rab7)의 역할에 관한 연구

Study on the role of a small GTP-binding proteins (Rab7) in legume-Rhizobium symbiosis

주관연구기관 : 숙명여자대학교

연구책임자 : 천충일

발행년월 : 1998-04

주관부처 : 과학기술부

원문

http://www.ndsl.kr/ndsl/commons/util/ndslOriginalView.do?dbt=TRKO&cn=TRKO200200018063&rn=&url=&pageCode=PG18

초록

Rhizobium과의 상호 작용에 의해 생성되는 콩과식물의 뿌리혹(root nodule)은 공생을 통해 식물생장에 필요한 질소를 공급한다. 콩과식물은 이를 위해 뿌리혹 특이성 단백질들(nodulins)을 갖고 있으며, 박테리아는 식물세포 내에서 질소를 고정하여 식물에 공급한다. 콩과식물과 뿌리혹 박테리아간의 공생은 생물학적 질소고정의 대표적인 예일 뿐만 아니라, procaryote 와 eucaryote 간의 독특한 상호작용을 연구하는 데 매우 좋은 system이다. 뿌리혹의 초기발생 단계에서, 두 공생 partners는 일련의 signalexchanges를 하게 되는 데, 이 과정에서 식물에서는 여러 early nodulins이 발현되는 것이보고된 바 있다. 그러나, 이에 관여하는 식물의 요소들이 어떤 기능을 하는 지에 대해 일부 early nodulins에 대해서만 규명되어 있는 상황이다. 본 연구에서는 small GTP-binding proteins 중의 하나인 Rab7 역시 이 단계에서 높은 농도로 유도되는 것이 확인된 바, 이 단백질을 통해 초기 발생 단계에 관여하는 공생기작을 이해하려 하였다. 1차년도에 실시한 것은 Soybean에서 분리되었던 Rab7 homolog을, yeast의 ypt7 mutant에 complementation하여, 같은 기능을 수행하는지 확인하고자 하였다. 이 단백질의 세포내 위치에 관련된 C-term.부위의 아미노산 서열이 매우 Ypt7p과 매우 달랐으므로 complementation되지 않을 것으로 예상하였지만, soybean의 Rab7이 yeast mutant를 complementation하는 결과를 얻었다. 이를 통해서 soybean의 Rab7이 실제로 yeast나 포유류의 세포의 Rab7과 같이 endocytosis에 관여할 것이라는 결론을 내렸다. 이로써hypervariable C-term.부위의 기능 규명이 이루어졌으므로, 더 이상의 mutagenesis과정을 실시하지 않았다. 그 보다 Rab7이 뿌리혹의 발달 과정에 따라 어떤 양상으로 발현되는 지를 조사하기 위해 2차년도에는 in situ RNA hybridization을 실시하였다. 공생 시작 후 11일째에 이미 rab7의 발현이 시작되었으며, 또한 infected cell에서만 발현이 확인되었다. 공생이 진행되는 15일, 21일 등에서도 지속적인 발현양상을 보였다. 이를 통해서 Rab7이 infected cell 내에서만 일어나는 endocytosis에 관여하며, 이를 위해서 적절한 시기에 발현이 일어나고 있음이 확인되었고, 또한 이 단백질의 기능이 yeast system을 통해서 실제로 late endosomal fusion에 관여하고 있음이 입증되었다.