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학위논문
저자정보

Murtaza Khan (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수
윤병욱.
발행연도
2022
저작권
경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수20

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

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(초룩)
산화질소(NO)는 식물 성장 및 발달, 면역, 환경 상호작용을 비롯한 다양한 과정을 조절하는 신호 분자입니다. RNA-seq 데이터를 사용하여 산화질소에 의해 유도된 AtILL6, AtBSMT1, AtDAHP 및 AtCHS 유전자의 식물 성장 특성 및 방어에서 역할을 조사했습니다. 산화 환원 스트레스에 대한 후보 유전자의 반응을 조사하기 위해 기능 상실 돌연변이 라인 atill6, atbsmt1, atdahp 및 atchs 관련 대조군 돌연변이 라인 atgsnor1-3, atcat2 및 Col-0 (WT)과 함께 산화 (H2O2, MV) 또는 니트로 산화 (CySNO, GSNO) 스트레스 조건처리와 함께 표현형 결과를 조사하였습니다. 그 결과, AtILL6, AtBSMT1, AtDAHP 및 AtCHS 유전자가 뿌리와 싹뿐만 아니라식물의 길이, 자엽 발달 빈도 (CDF)를 차등적으로 조절한다는 것을 보여주었습니다. 또한 해당 유전자들이 식물 기초 저항성 또는 저항성(R) 유전자 매개 방어에서 역할을 하는지 연구하기 위해 식물에 병원성 및 비병원성 균주 Pseudomonas syringae pathovar (Pst) DC3000를 접종하였습니다. 병원성 균주 Pst (DC3000)를 atgsnor1-3, atsid2 및 Col-0등의 대조군과 atil6, atbsmt1, atdahp 및 atchs등의 돌연변이주에 접종 한결과 atil6, atdahp 및 atchs 계통은 Col-0 WT와 비교하여 더 많은 병원균주의 성장 및 PR1 및 PR2 유전자의 전사체 축적이 크게 감소된 감수성을 보였습니다. 반면 atbsmt1 돌연변이 계통은 Col-0 WT와 동일한 내성 표현형을 나타내어 병원성 성장이 낮고 PR1 및 PR2 유전자의 전사체 축적이 더 높았다. 이러한 결과는 AtILL6, AtDAHP 및 AtCHS가 식물 기초 방어를 긍정적으로 조절하는 반면 AtBSMT1은 식물 기초 방어에 기여하지 않음을 시사합니다. 또한, atgsnor1-3, atsid2 및 Col-0 (WT)과 함께 atill6, atbsmt1, atdahp 및 atchs를 비병원성 Pst DC3000 (avrB)로 접종한 결과, PR1 및 PR2 유전자는 Col-0과 비교하여 atill6, atdahp 및 atchs에서 감소하여 질병의 추가 확산으로부터 식물을 보호하는 R 유전자 매개 저항성에서 AtILL6, AtDAHP 및 AtCHS 유전자의 긍정적인 역할을 보여주고 있습니다. 반면 atbsmt1 에서 PR1 및 PR2 유전자의 발현은 Col-0 차이가 나지 않았고 이 결과는 AtBSMT1 유전자가 R-유전자 매개 내성과 관련이 없음을 시사하고 있습니다. 우리는 또한 전신 획득 저항(SAR)에서 AtILL6, AtBSMT1, AtDAHP 및 AtCHS의 역할을 조사했으며, PR, G3DPH 및 AZI 유전자의 낮은 전사체 발현 결과를 통해 atill6, atbsmt1, atdahp 및 atchs가 이들 유전자가 SAR을 긍정적으로 조절한다는 것을 보여주었습니다. 종합적으로, 본 연구 결과는 산화질소에 의해 조절되는 AtILL6, AtBSMT1, AtDAHP 및 AtCHS 유전자가 산화환원 스트레스 하에서 식물 성장을 차등적으로 조절함을 나타내고 있습니다. 추가적으로 AtILL6, AtDAHP 및 AtCHS 유전자는 식물의 기초 방어, R-유전자 매개 저항성 및 SAR 반응을 긍정적으로 조절하는 것으로 보여집니다. 그리고 AtBSMT1 유전자는 식물의 기초 방어와 R-유전자 매개 저항성에 기여하지 않지만 SAR 반응을 긍정적으로 조절하는 것으로 보여집니다. 추가적으로 해당 유전자들의 시스-요소에 대한 생물정보학적 분석을 통해 이들 유전자들의 식물 성장 및 발달, 식물호르몬 반응, 생물학적 및 비생물적 스트레스 반응에서 중요한 역할을 수행 할 것으로 추측 되고 있습니다.

목차

Abstract 1
Chapter 1 3
Introduction 3
1.1. Production of redox signalling molecules in plants 3
1.2. Homeostasis of redox signalling molecules in plants 6
1.3. ROS; Key players during plant-pathogen interaction 8
1.4. ROS; Key players during plant-symbiont interaction 10
1.5. The era of nitric oxide (NO) 12
1.6. Production of NO in animals and plants 13
1.7. Challenges in the identification of nitric oxide synthase in plants 17
1.8. NO; A key player of RNS during plant-pathogen interaction 17
1.9. NO; A key player of RNS during plant-symbiont interactions 19
Chapter 2 21
Generalized materials and methods 21
2.1. Plant materials 21
2.2. Surface sterilization of the seeds 22
2.3. Soil preparation and plant growth 22
2.4. Preparation of MS (Murashige and Skoog) medium 23
2.5. Preparation of redox-stress media (for redox stress assay) 24
2.5.1. Preparation of methyl viologen (MV)-supplemented ½ MS media 24
2.5.2. Preparation of hydrogen peroxide (H2O2)-supplemented ½ MS media 25
2.5.3. Preparation of S-nitroso L-Cysteine (CySNO)-supplemented ½ MS media 25
2.5.4 Preparation of GSNO-supplemented media 26
2.6. Seeds sowing and plant growth conditions (Redox stress assay) 27
2.7. Preparation of Luria Bertani (LB) media 28
2.8. Genotyping for the confirmation of homozygous lines 29
2.8.1. Designing of primers for the confirmation of T-DNA insertion and homozygosity of the mutant lines 30
2.8.2. Preparation of 2X CTAB buffer 31
2.8.3. Protocol for the extraction of genomic DNA using CTAB 32
2.8.4. Preparation of 1% agarose gel 33
2.8.5. Gel images assessment in gel documentation unit 33
2.9. Extraction of RNA by TRIzol reagent method (Life technologies) 34
2.10. Synthesis of cDNA using DiaStar RT Kit (Solgent) 35
2.11. Growth of the pathogens, inoculation and electrolyte leakage assay 36
2.12. Preparation of Escherichia coli competent cells 38
2.13. In-silico analysis of the studied genes 39
Chapter 3 40
The Role of Nitric Oxide-induced AtILL6 in Growth and Disease Resistance in Arabidopsis thaliana 40
3.1. Abstract 40
3.2. Introduction 41
3.3. Materials and methods 44
3.3.1. Plant materials and growth conditions 44
3.3.2. Oxidative and nitro-oxidative stress conditions 45
3.3.3. Pathogen growth and inoculation and electrolyte leakage assay 45
3.3.4. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) analysis 46
3.3.5. Statistical analysis 47
3.4. Results 48
3.4.1. Confirmation of the T-DNA insertion in the mutant line atill6 48
3.4.2. Verification of the abolishment of the AtILL6 gene expression in the atill6 mutant line 49
3.4.3. AtILL6 differentially regulates root and shoot length under oxidative and nitro-oxidative stress conditions 49
3.4.4. AtILL6 positively regulates plant basal defense 51
3.4.5. AtILL6 positively regulates R-gene-mediated resistance 53
3.4.6. AtILL6 positively regulates SAR 54
3.5. Discussion 57
3.6. Conclusion 59
Chapter 4 60
The Role of Nitric Oxide-Induced AtBSMt1 in Growth and Systemic Acquired Resistance of Arabidopsis thaliana 60
4.1. Abstract 60
4.2. Introduction 62
4.3. Materials and Methods 64
4.3.1. Plant materials and growth conditions 64
4.3.2. Oxidative and nitro-oxidative stress experiments 65
4.3.3. Growth of the pathogens, inoculation and electrolyte leakage assay 66
4.3.4. SAR (Biological experiment) 67
4.3.5. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) analysis 67
4.3.6. Statistical analysis 69
4.4. Results 69
4.4.1. Confirmation of the T-DNA insertion in the atbsmt1 mutant line 69
4.4.2. AtBSMT1 differentially regulates CDF, root, and shoot length under control, oxidative, and nitro-oxidative stress conditions 70
4.4.2. AtBSMT1 has no contribution to basal defense 72
4.4.3. AtBSMT1 has no contribution to R-gene-mediated resistance 73
4.4.4. AtBSMT1 has a significant contribution to SAR 75
4.5. Discussion 77
4.6. Conclusion 79
Chapter 5 80
The role of nitric oxide in the regulation of the Shikimate pathway in plants 80
5.1. Abstract 80
5.2. Introduction 81
5.3. Materials and Methods 85
5.3.1. Plant materials and growth conditions 85
5.3.2. Oxidative and nitro-oxidative stress conditions 86
5.3.3. Growth of the pathogens, inoculation and electrolyte leakage assay 87
5.3.4. Total RNA extraction, cDNA synthesis, RT-PCR, and quantitative real-time PCR (qRT-PCR) analysis 88
5.3.5. Statistical analysis 90
5.3.6. Generation of overexpress line (OX) for AtCHS 91
5.3.7. Amplification of the AtCHS gene using Taq polymerase 91
5.3.8. PCR purification and TA-cloning 92
5.3.9. Confirmation of the insert through colony PCR and sequencing 93
5.3.10. LR-reaction 94
5.3.11. Confirmation of the insert in the destination vector (pEarleyGate 103) 95
5.3.12. Plasmid extraction (miniprep) using Qiagen Miniprep kit 95
5.3.13. Agrobacterium transformation 96
5.3.14. Floral dip process and BASTA selection 97
5.3.15. Genotyping of the knock out (KO) lines and transformed plants 98
5.4. Results 98
5.4.1. Cloning of AtCHS in pCR™8/GW/TOPO® 98
5.4.2. Cloning of AtCHS into the destination vector pEarleyGate 103 105
5.4.3. Transformation of AtCHS in Agrobacterium 111
5.4.4. The floral dip process 112
5.4.5. Confirmation of the T-DNA insertion in the atdahp and atchs mutant lines 113
5.4.6. AtDAHP and AtCHS differentially regulates CDF, root, and shoot length under control, oxidative, and nitro-oxidative stress conditions 114
5.4.7. AtDAHP and AtCHS positively regulates plant basal defense 116
5.4.8. AtDAHP and AtCHS positively regulates R-gene-mediated resistance 118
5.4.9. AtDAHP and AtCHS positively regulates SAR 120
5.5. Discussion 123
5.6. Conclusion 125
5.7. Combined bioinformatics analysis of the candidate genes 125
5.7.1. Gene descriptions of the candidate genes 126
5.7.2. Gene ontology (GO) analysis of the candidate genes 127
5.7.3. Identification of CIS regulatory elements 129
5.7.4. Network analysis to identify other interacting proteins 130
6. References 131
Abstract in Korean 154

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