고등식물의 배발생 후 발달과정의 가장 큰 특징은 측생기관들이 SAM으로부터 새롭게 형성된다는 것이다. 쌍떡잎 식물 애기장대의 SAM은 미분화상태의 세포들(‘줄기세포’:‘stem cell’)이 존재하는 중심부와 이들의 증식결과로 생성되는 후손세포들이 위치하는 주변부로 이루어져 있다. 측생기관들은 바로 이들 주변부 세포들이 원기조직(primordium)으로 보급되면서 형성되기 시작하여 원기조직 세포들의 증식, 분화, 신장의 결과로 완성된다. 잎 기관은 영양생장기의 원기조직으로부터 발생하고, 꽃 기관은 생식생장기의 원기조직으로부터 발생한다.

전사인자 GROWTH-REGULATIONG FACTORs(GRFs)와 GRF-INTERACTING FACTORs(GIFs)의 작용 및 생물학적 기능

GRF와 GIF의 분자생물학적 작용기작

GRF는 DNA 결합부위(WRC 영역와 전사활성부위(C-말단 영역)를 가지는 전사활성촉진인자로서 전사활성보조인자인 GIF와의 상호작용을 통해서 GRF-GIF 전사활성 복합체를 형성한다.
동물에서는 GIF의 상동(homologous) 단백질인 SYT가 다양한 종류의 단백질과 상호작용하는 것으로 알려져 있는데, SWI2/SNF2 염색질 리모델링 복합체는 그 중의 하나이다. 본 연구실에서는 GRF-GIF 복합체가 식물체에서 이와 같은 과정에 관여하는지, 관여한다면 어떤 작용기작을 통해서 관여하는지를 연구하고있다.
GRF나 GIF 유전자의 기능상실 돌연변이는 많은 종류의 유전자 발현에 변이를 초래하며 잎과 꽃과 같은 측생기관의 세포증식 및 발달에 다양한 변이를 유발한다.

잎과 꽃 기관발달

GRF 전사활성인자나 GIF 전사활성보조인자의 기능이 상실된 돌연변이체는 작고 좁은 측생기관 (잎과 꽃)을 발생시키며, 반대로 이들을 과발현하는 식물체의 측생기관들은 커진다. 이 결과들은 이들 전사인자들이 세포증식에 필요한 전사인자들임을 의미한다. 더 나아가, 이 결과는 GIF 돌연변이체의 SAM이 야생형에 비해 더 적은 수의 세포로 구성되어 있다는 결과와 연관성을 보여준다. 따라서 이와 같은 연관성은 어쩌면 작은 크기의 SAM이 작은 크기의 잎 원기조직을 발생하기 때문일 가능성을 시사한다. 또한, GIF 삼중돌연변이체는 꽃 기관의 비정상적인 발달을 유도하는데, 이 결과는 GIF 유전자가 shoot development를 조절함에 있어서 다른 중요한 역할을 하는 것으로 생각되어진다.

B3-type transcription factor인 NGATHA (NGA)는 애기장대에서 4개의 구성원을 가지고, 전사활성인자를 암호화한다.
본 연구실은 EST 연구과정을 통해서, NGA를 과발현, 저발현시킴으로써, 이 유전자가 측생기관의 형태 형성 밑 크기 조절에 관여함을 규명하였다. 즉, NGA의 과발현은 줄기정단분열조직의 크기 감소에 따른 세포수의 감소를 유발하였고, 그 결과 크기가 작고 잎이 좁아진 돌연변이체를 발달시켰다. 이는 NGA gene이 식물체의 leaf development에 있어서 음성조절자로서 작동하고 있음을 의미한다.
따라서 본 연구는 NGA 유전자의 잎과 그 외 측생기관에서의 역할에 대한 연구와 하위 유전자 또는 상호작용인자의 발굴을 통해 leaf development를 총체적으로 이해하는 것을 목표로 하며 현재 활발하게 진행중이다.

기관분리

GRF 유전자군이 다중돌연변이체가 될 경우, 야생형에서는 관찰할 수 없는 다양한 표현형의 떡잎을 발생시켰다. 이러한 표현형은 GRF유전자군이 배발생 과정에 형성되는 떡잎의 분리에 기여함을 암시하는 것이다. 또한, GRF, CUC 유전자군에 의한 다중돌연변이체가 융합된 다양한 표현형의 꽃 기관을 발생시킴을 확인하였다. 그래서, 본 연구실에서는 배발생 과정에 관여하는 유전자들과 GRF유전자군의 상호작용에 대한 연구를 다양한 분자생물학적 기술을 사용하여 실험중이다.