Molecular cloning and Characterization of a putative Disease Resistance Gene from Fuji

Abstract

Disease resistance in plants is often controlled by a gene-for-gene mechanism in which avirulence (avr) gene product encoded by pathogens are specifically recognized by plant disease resistance gene (R-gene) products either directly or indirectly. To understand the mechanism of disease resistance, genomic gene was isolated by IPCR using primers based on partial cDNA sequence. And using 5 sets of primers designed based on this sequence, PCR was performed and the size of PCR products obtained from these reactions was compared. From this experimental results it could be concluded that the genomic DNA fragment obtained by IPCR was a genomic gene for 2.3 kb mRNA, not for 3.9 kb mRNA. Based on this result, a complete cDNA sequence of MdFRll was obtained. MdFRll was 2,345 nt in size, contained 406 nt of 5'-UTR, 1905 nt of ORF, and 34 nt of 3'-UTR. This gene consisted of a single intron and two exons and the promoter included the typical eukaryotic TATA box. Analysis of nucleotide sequences of MdFRii implied that this gene belonged to a class I type of R gene. It showed high similarity with tobacco N, potato NL27 and potato NL25 genes. This gene was highly espressed in stems and in Yeasan-Samyup, Hwoangsung-Hwanyup and Sinindo. Further studies on this expression of the gene and on the pathogens would be performed, this gene might be useful to improve the apple cultivars against biotic stress like fungal and viral pathogens by the gene manipulation.;식물에서는 병 저항성 유전자 산물이 직접적 또는 간접적으로 병원체를 특이적으로 인식하는 gene-for-gene 기작에 의해 주로 병 저항성이 조절된다. 최근 다양한 식물에서 병 저항성 유전자들이 클로닝 되었고 이들 간에 공통된 몇 가지 구조를 만드는 단백질이 밝혀져 있다. 이전 연구에서 저항성 유전자의 공통된 구조 중 하나인 NBS를 포함한 DNA절편을 탐침자로 이용하여 후지 cDNA library에서 저항성 유전자로 추정되는 MdFRll의 일부분을 획득하였다. 본 연구에서는 획득한 부분의 염기서열을 이용하여 IPCR 방법으로 genomic 유전자 확보를 시도하여, 최종적으로 3.7 kb genomic 염기서열을 얻었다. 얻어진 염기서열을 바탕으로 고안한 5쌍의 primer를 이용하여, genomic DNA와 cDNA를 PCR 방법으로 분석한 결과 획득한 genomic DNA는 northern 분석에서의 3.9 kb와 2.3 kb의 두 전사체 중 2.3 kb의 genomic 유전자임을 확인하였으며, 이를 바탕으로 완전한 크기의 cDNA를 PCR 방법으로 확보하였다. 염기서열 분석 결과 MdFRll의 tanscript 크기는 2,345 nt이고, 406 nt의 5'- UTR, 1905 nt의 ORF, 그리고 34 nt의 3'- UTR을 포함하고 있었다. 또한, 이 유전자는 한 개의 intron과 두개의 exon으로 구성되어 있고, promoter는 진핵생물에서 전형적으로 나타나는 TATA box를 가지고 있었다. MdFRll은 저항성 유전자 class I중 TIR-NBS 구조를 가지고 있으며, 담배의 N, 감자의 NL27 또는 NL25와 유사성이 매우 높았다. 한편, 이 유전자는 후지의 줄기에서 다른 조직에서보다 약간 높게 발현되는 것을 확인할 수 있었다. 대목 중에서는 횡성환엽과 예산삼엽에서 높은 발현 정도를 보였고, 다른 품종 중에서는 신인도에서 발현이 높게 나타났다. 이 유전자는 관계되는 병증을 파악하는 단계를 거치면, 해당 병에 대해 취약한 품종에 도입하여 내병성을 증진하는데 유용하게 사용될 수 있을 것이다.