Functional Screening of Salt Stress Tolerance Genes Using Transgenic Arabidopsis thaliana Lines Overexpressing Brassica rapa Full-length Genes and Brassica napus Transformation

Joon Ki Hong, Myung-Ho Lim, Eun Jung Suh, Hye-Jin Yoon, Jihee Park, Yeon-Hee Lee
2020 Korean Journal of Breeding Science  
Given that soil salinity significantly limits plant growth and production in agricultural land, research on salt stress is of particular agricultural relevance. In this study, for the purposes of functional screening of genes involved in salt stress responses, we selected approximately 651 transgenic Arabidopsis lines (157 independent full-length) from a transgenic Arabidopsis population overexpressing full-length Brassica rapa cDNAs. Initial screening indicated that the transgenic lines of 12
more » ... enes showed apparent salt tolerance phenotypes when exposed to NaCl at a concentration of 125 mM, among which, two genes (BrATL30 and BrZHD10) were selected for detailed characterization. The T3 progeny of these transgenic lines exhibited accelerated seed germination, often accompanied by faster root growth and higher survival rate, compared with wild-type plants under salt stress. Additionally, in order to examine the agricultural potential of the two selected B. rapa genes, we constructed BrATL30-and BrZHD10-overexpressing Brassica napus transgenic plants (BrATL30-OX and BrZHD10-OX), which showed apparent high salt stress-tolerant phenotypes compared with wild-type plants. Furthermore, we found that the basal expression of several saltand abiotic stress-responsive genes was higher in transgenic plants than in wild-type plants. Taken together, this study will provide two valuable functional genes related to salt stress tolerance. This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 서 언 애기장대 유전체 해독 기술을 시작으로 벼, 배추, 콩 등 작물에 서도 유전체 해독이 완료되었거나 진행 중이며 국내에서는 배, 도라지, 메밀, 결명자 등 특수 경제 작물에서도 유전체 해독이 진행되고 있다. 이러한 유전체 해독 정보는 궁극적으로 우수 품종 개발을 위한 분자표지 개발뿐만 아니라 우수 유용 유전자 선발 및 활용에 사용되어야 의의가 있다. Brassica 식물은 가장 널리 연구된 모델 식물인 애기장대를 포함하여 약 338속 3700종 이 있는 배추과(Brassicaceae)에 속하는 작물로 배추, 양배추, 브로콜리, 유채 등이 있으며 채소와 오일 작물을 포함하고 전 세계 채소 생산의 약 10%, 전 세계 식용 채소 오일 생산의 약 12%를 차지할 정도로 주요한 작물이다(Anjum et al. 2012). 배추는 국내 주요 채소 작물 중의 하나로 김치의 주원료로서 2017년 국내시장 시장규모가 약 1조 4500억원에 달하고 2018년 도 수출액이 약 1억 달러에 달하는 경제적, 산업적으로 그 중요성 이 매우 높은 작물이다(2019 식품산업통계정보시스템). 배추 유전체는 우리나라 배추 지부 품종을 재료로 이용 하여 국제 컨소시움을 통하여 2011년 유전체 해독을 완료하였다(Wang et al. 2011). 현재 이렇게 벼, 배추 등 작물 유전체 해독이 완료된 후 축적된 유전체, 전사체 등의 유전정보는 농업적으로 유용한 우수 유전자를 선발하고 기능 분석을 하는데 필수적으로 이용되 고 있다. 작물에서 기능을 하는 유전자 수는 작물에 따라 다소 차이가 있으나 적어도 30,000개 이상으로 존재하는 것으로 추정된다. 이러한 대량의 유전자들의 기능을 분석하고 유용한 유전자를 韓育誌(Korean J. Breed. Sci.) 52(4), 2020
doi:10.9787/kjbs.2020.52.4.297 fatcat:d3jgb23kwrcyri6s4i3rev2kze