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박소연
박소연So-Yon Park

서울대학교

Plant Cell, Published on May 18, 2007 The Senescence-Induced Staygreen Protein Regulates Chlorophyll Degradation

Abstract

So-Yon Park 1, Jae-Woong Yu 1, Jong-Sung Park 1, Jinjie Li 1, Soo-Cheul Yoo 1, Na-Yeoun Lee 1, Sang-Kyu Lee 2, Seok-Won Jeong 3, Hak Soo Seo 1, Hee-Jong Koh 1, Jong-Seong Jeon 2, Youn-Il Park 3, and Nam-Chon Paek 1*

1 Department of Plant Science and Research Institute for Agriculture and Life Sciences, Seoul National University, Seoul 151-921, Korea
2 Graduate School of Biotechnology and Plant Metabolism Research Center, Kyung Hee University, Yongin 449-701, Korea
3 Department of Biology, Chungnam National University, Daejeon 305-764, Korea

* To whom correspondence should be addressed.

Loss of green color in leaves results from chlorophyll (Chl) degradation in chloroplasts, but little is known about how Chl catabolism is regulated throughout leaf development. Using the staygreen (sgr) mutant in rice (Oryza sativa), which maintains greenness during leaf senescence, we identified Sgr, a senescence-associated gene encoding a novel chloroplast protein. Transgenic rice overexpressing Sgr produces yellowish-brown leaves, and Arabidopsis thaliana pheophorbide a oxygenase-impaired mutants exhibiting a stay-green phenotype during dark-induced senescence have reduced expression of Sgr homologs, indicating that Sgr regulates Chl degradation at the transcriptional level. We show that the leaf stay-greenness of the sgr mutant is associated with a failure in the destabilization of the light-harvesting chlorophyll binding protein (LHCP) complexes of the thylakoid membranes, which is a prerequisite event for the degradation of Chls and LHCPs during senescence. Transient overexpression of Sgr in Nicotiana benthamiana and an in vivo pull-down assay show that Sgr interacts with LHCPII, indicating that the Sgr-LHCPII complexes are formed in the thylakoid membranes. Thus, we propose that in senescing leaves, Sgr regulates Chl degradation by inducing LHCPII disassembly through direct interaction, leading to the degradation of Chls and Chl-free LHCPII by catabolic enzymes and proteases, respectively.

논문정보

  • 형식Research article
  • 게재일2007년 05월 (BRIC 등록일 )
  • 연구진국내 연구진
  • 분야 생명과학 > 식물학
  • 피인용횟수120회 이상 인용된 논문 (상위피인용논문 등록일 2014-11-28)

관련 인터뷰

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 간단히 설명 우리 모두 가을이 되면 나무 잎과 들풀에 아름다운 단풍이 지는 것을 일상적으로 보게 됩니다. 이렇듯 색의 변화는 잎의 노화에 의해 광합성 기관인 엽록체(chloroplast)에 있는 엽록소(chlorophyll)의 분해가 일어나기 때문입니다. 하지만 이런 자연의 순리를 거스르는 일부 녹색지속 돌연변이체들이 오래 전부터 발견되어 왔습니다. 잎의 색이 변하지 않고 늙어서도 녹색을 계속 유지하는 식물은 Stay-green 혹은 Non-yellowing 돌연변이체라고 하는데 멘델의 7가지 열성 유전형질중에 하나인 green pea에서 처음 보고되었고 이 유전자에 대한 연구는 1975년 Festuca 사료작물에서 다시 보고된 후로 여러 식물에서 약 30여년간 연구되어 왔으나 유전자 동정이 안되어 기능을 밝혀내지 못하고 있었습니다. 제가 대학원 입학전 서울대에서 벼의 MNU를 처리하여 얻은 staygreen mutant를 2002년 TAG에 처음 보고하였고 박종성 선배가 Sgr 유전자를 2004년에 map-based cloning 방법으로 최초로 동정하였고, 박 선배의 석사졸업 후 제가 이어 받아 노화 signal에 의해 발현되어 Sgr 단백질이 엽록체내 LHCP degradation을 촉진하여 Chlorophyll 분해가 되는 기작을 알게 되었습니다. 이번 결과는 엽록소의 분해조절기작의 단초를 제공한 것일 뿐 이에 대한 정확한 mechanism을 계속 많은 연구를 요구하고 있습니다. - 연구과정에서 생긴 에피소드 2004년에 동정한 벼 및 다른 여러 식물의 Sgr homolog 유전자들을 곧바로 NCBI에 등록하였습니다. 그때 당시 바로 공개를 해도 별 문제가 없을 것이라 판단하고 국내 및 국제특허출원만 해두고 Sgr 단백질의 분자생화학적 기능을 밝히고자 연구에만 몰두를 하였습니다. 하지만 저희가 너무 순진하게만 생각했었나 봅니다. 1975년부터 stay-green Festuca를 연구하는 팀에서 저희의 노력의 산물이 적절히 인용되어 작년 11월에 J. Exp. Bot에 letter 형식으로, 그리고 올해 Science지 1월에 Brevia 형식으로 발표되었습니다. 저의 논문이 Plant Cell에 작년 6월에 제출하여 revision process 중에 나온 것이라 참으로 안타까운 순간이었습니다. 만약 우리가 Sgr 유전자 정보를 NCBI에 등록하지 않았더라면….아니 공개를 하지 않았더라면…. 최초 발견이지만 publication data가 늦어서 많은 아쉬움이 남습니다. 그래서 이 소중한 경험(?)을 바탕으로 우리 실험실에서는 벼의 엽록소 및 엽록체 관련 돌연변이를 이용한 map-based cloning한 유전자들은 특허출원 후, 최종 논문 제출과 함께 NCBI에 등록할 예정입니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다. 저희는 서울대학교 농업생명과학대학 식물생산과학부 작물생명과학전공 작물분자유전학실험실입니다. 저희 실험실에서는 우리의 주 식량작물인벼의 다양한 Chlorophyll-deficient/Chloroplast-defective mutant들을 이용하여 Chloroplast의 발달과정, ROS, Chlorophyll의 생합성 등을 결정하는 주요 유전자들에 대해 분자유전학적 및 생화학적 방법으로 연구하고 있으며, 잔디의 한발해 저항성 및 stay-green 잔디개발, 애기장대의 photoreceptor와 circadian clock간 signaling connection을 protein-protein interaction 및 degradation 수준에서 연구하고 있습니다. Lab homepage : http://plaza.snu.ac.kr/~ncpaek/ 3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람 아직 석박사 통합과정 5년 차(2003년 3월 대학원 입학) 입니다. 항상 느끼고 배우고 있습니다. 저희 선생님의 교육 방법은 좀 스파르타식(?)이라고 할까….허나 지나고 보니 이렇게 학위 중 2편의 논문에 제1저자가 되고, 나름대로 고생한(?) 만큼 결과가 있어 보람이 큽니다. 저뿐만 아니라 실험실내 다른 대학원생 동료들 모두 열심히 해왔고 현재 벼의 여러 돌연변이체에서 map-based cloning한 유전자들의 기능을 밝혀 자신들의 논문을 쓰고 있는 것을 보면…. 다들 명확한 목표 없이 막연히 대학원에 왔지만 이제는 여기서 자신들의 목표들을 찾게 된 것 같아 저가 몸담은 crop Molecular Genetics Lab의 구성원들에 대한 자부심이 큽니다. 선생님은 항상 "앞으로 10-15년 뒤엔 지금 한만큼 되어있을 것이다"라고 말씀하시니 한번 믿어보렵니다. 4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면? 저는 지도교수이신 백남천 선생님에게 뜻이 있는 곳에 길이 있다고 배웠습니다. 저 또한 그렇게 말해주고 싶네요. "뜻이 있는 곳에 길이 있습니다." 하지만 좀 너무한 것은 저희보고 선생님을 감동시키라고 그러시는데 도대체 어디까지가 감동수준(?)인지는………^^ 5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면? 현재 계속 leaf yellowing에 대한 연구가 진행 중에 있습니다. 사실 Staygreen 단백질 연구는 이 분야의 시작을 보여준 것입니다. Biochemical & molecular genetic mechanisms of chlorophyll and LHCP degradation 을 좀더 깊이, 좀더 세세하게 기능을 밝혀내려고 합니다. 그리고 선생님은 제가 2008년에 박사학위 후 가능한 빨리 실험실을 떠나 staygreen과 전혀 관련 없는 새로운 분야를 접하라고 하시니 박사후연구원 과정을, 어떤 분야에서 새롭게 시작하는 것이 좋을까… 계획을 세워보려 합니다. 6. 다른 하시고 싶은 이야기들.... 저는 사실 굉장히 운이 좋은 거 같습니다. 이번에 발표된 벼 Staygreen 논문도 그렇고 지난 번에 발표된 보리 Dehydrin 논문도 그렇고, 다 제가 처음부터 한 것이 아니라 모두 선배님들(박종성, 노규진)의 석사학위 일부 결과를 이어 받아 후속 연구를 계속 진행하게 되었습니다. 지금 이렇게 인터뷰 글을 쓰는 것도, 대학원내 여러 사람들에게 축하의 인사를 받는 것 모두 저의 선배님들과 동료들, 저를 지도하신 유재웅 박사님과 백남천 선생님께 돌리고 싶습니다. Received for article May 22, 2007
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