한국콩연구회

고기능성 형질전환 벼, 콩의 생물학적 기능 활성 및 세포수준 효과구명

Biological activities in transgenic rice and soybean with ectopic expression of OsHGGT gene

주관연구기관 : 국립식량과학원

연구책임자 : 이상복

발행년월 : 2014-02

주관부처 : 농촌진흥청

원문

http://www.ndsl.kr/ndsl/commons/util/ndslOriginalView.do?dbt=TRKO&cn=TRKO201400011442&rn=&url=&pageCode=PG18

초록

In previous study we generated transgenic rice changed the composition of tocochromanols and soybeans reported to produce tocotrienols(α-, γ- and δ -Tocotrienols) compounds not normally found in soybean. Tocochromanols are potent lipid-soluble antioxidants and essential nutrients for human health. Genetic engineering techniques were used to develop rice and soybeans with enhanced vitamin E levels, including tocotrienols. The gene encoding rice homogentisate geranylgeranyl transferase (HGGT) was over-expressed under the control of seed-specific and constitutive promoters in rice and soybeans. Compared with intact wild-type seeds, transgenic soybean seeds showed anti-inflammatory property by suppressing the expression of matrix metalloproteinase (MMPs) in the interleukin-1β (IL-1β) treated chondrocyte. It is known that excess MMP production is associated with the pathology of many diseases including osteoarthritis. Furthermore, the expression levels of typeII collagen which improves symptoms of rheumatoid arthritis was higher in the extracts of germinating seeds from transgenic lines than in that of wild-type seeds. Therefore, it appears that the anti-inflammatory potential of transgenic soybean may be enhanced by overexpressing OsHGGT during seed germination. In particular, it is suggested that the production of alpha tocotrienol by de novo synthesis during germination of transgenic soybean seed could be strong candidate mediator in its anti-inflammatory effect since there is no effect on suppressing the expression of MMPs in the IL-1β treated chondrocyte from the extract of transgenic rice increased the level of delta tocotrienol compared to wild type rice. On the other hand, compared with wild-type rice, transgenic rice showed anti-cancer property by suppressing the expression of FAK, beclin-1 and pp38 in the prostate cell line. It is known that excess production of FAK, beclin-1 and pp38 is associated with the mechanism of cell adhesion, autophage and MAPK signaling, respectively. Furthermore, the expression levels of typeII collagen which improves inflammatory responses was higher in the extracts of transgenic rice seeds than in that of wild-type rice seeds. Therefore, it appears that the anti-prostate cancer potential of transgenic rice may be enhanced by increasing the level of delta-tocotrienol in transgenic rice seeds.

연구개발 결과

가. 토코트리에놀 강화 벼와 토코트리에놀 합성 콩의 기능성 성분 증대 및 유망 계통 선발

- 감마와 델타토코트리에놀이 증대된 일미벼 형질전환체와 흑남벼 형질전환체를 대상으로 기능성활성 최적화 연구를 실시한 결과 에탄올세척 및 살리실산 처리시 염증 유발 관련 MMPs 단백질의 발현이 억제되며, 항염증관련 type II 콜라겐의 활성이 증대됨

- 토코트리에놀 합성 형질전환 콩의 농업형질 개량을 위하여 농업형질이 열악한 B20 계통과 엘리트 품종인 신화콩과 인공교배를 실시하고 세대진전 한 F3 56계통 중에서 신화콩과 여교배를 실시하고 BC2F1 28개체를 확보하였음. 2년차에 세대진전하여 BC2F2 37계통과 BC2F3 15계통의 농업적 형질을 조사하였으며, 수확된 종자를 대상으로 토코트리에놀 성분분석을 실시하여 토코트리에놀 함량이 높으면서 농업적 형질이 양호한 계통을 선발할 계획임

나. 토코트리에놀 강화 벼와 토코트리에놀 합성 콩의 골관절염 세포수준에서 염증 억제 기능 검정

- 에탄올세척 및 살리실산 처리를 하지 않은 형질전환 벼의 추출물을 대상으로 골관절염 세포수준에서 염증억제기능은 없는 것으로 확인됨

- 토코트리에놀 합성 콩 추출물은 골관절염 유발 세포에서 MMP-1, MMP-12, MMP-13의 단백질 발현 억제와 MMP-2의 활성형 단백질 활성을 저해하여 통증유발 단백질 MMPs의 발현은 낮게 하고, 염증억제 단백질 type II collagen의 발현을 높게 함으로써 골관절염 유발 세포에서 항염증 기능을 하는 것으로 확인됨다. 토코트리에놀 강화 벼의 전립암 세포 활성 및 증식을 작용점으로 하는 miRNA 탐색

- human의 전립선 암 세포주를 대상으로 고세대 형질전환 계통 일미벼 HGGT 13-3-2-1-2-1-B와 원품종 일미벼, 흑남벼 HGGT 22-4-1-1-2-1-B와 원품종 흑남벼 추출물을 처리하여 miRNA-miroarray 분석을 실시하고 타겟 miRNA를 탐색 한 결과, 암세포 전이와 관련된 miR-488과 cyclin D1, D2의 발현을 조절하는 miR-30c-3p와 관련성이 있음을 확인하였음

- 전립선암세포주(PC-3)를 이용한 암세포생성 관련 유전자 발현 양상 및 변화 구명을 위하여 단백질수준에서 발현패턴을 비교한 결과, 흑남벼 형질전환체 추출물에서 세포부착과 세포자살, 세포생존에 관련된 FAK와 beclin-1, AKT1 각각의 발현이 현저히 낮아졌다. 이러한 결과는 암세포 증식 초기에 세포부착을 막아 암세포로 진전되는 것을 저해 하는 효과가 있는 것으로 확인됨

라. 세포수준에서의 베타아밀로이드 생성 저해활성 검정

- 토코트리에놀 콩 추출물의 베타아밀로이드 생성 저해활성은 세포생존율 및 A β 생성에 미치는 영향을 종합적으로 검토해 보았을 때, 토코트리에놀 합성 유전자가 도입 되지 않은 원품종보다 베타아밀로이드 생성 저해활성이 더 높지 않았음.