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ASPB (American Society of Plant Biologists) 2016 학회참관기
ASPB (American Society of Plant Biologists) 2016 학회참관기 저자 백인엽 (University of Texas at Austin)
등록일 2016.08.24
자료번호 BRIC VIEW 2016-C05
조회 2956  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
텍사스 주 오스틴에서 열린 2016 미국 식물학회 (American Society of Plant Biologists)에는 약 천오백명의 과학자들이 참여하여 성황을 이루었다. 학회 기간 중 다양한 주제에 관한 발표가 이루어 졌는데 Small non coding RNA, Plant peptide hormone, Big data analysis, Metabolome analysis와 같은 분야를 중점적으로 활발한 연구가 진행되고 있음을 확인하였다.
키워드: Small non-coding RNA, Peptide hormone, Genome wide analysis, Metabolomics
분야: Plant Science

목차

1. 학회 소개
2. 발표 내용
  2.1 Day 1
  2.2 Day 2
  2.3 Day 3
  2.4 Day 4
3. 요약 


1. 학회 소개

ASPB (American Society of Plant Biologists)는 미국에서 가장 크고 역사가 깊은 식물학회이다. 지난 2012년에 이어 이번에도 4년만에 텍사스주 오스틴 컨벤션 센터에서 학회가 열렸다. 오스틴은 텍사스의 주도로 University of Texas at Austin이 위치하고 있는 도시이다. Live music의 수도라는 별명을 갖고 있어 다양한 음악과 문화가 공존하는 도시이며 보수적인 텍사스의 이미지와는 달리 도시전체가 진보적인 색채를 띄고 있는 특징이 있다. 또한 싼 물가와 높은 교육 인프라로 미국에서 가장 인구 유입이 많은 도시에 늘 상위권을 지키고 있다.

약 천오백여 명의 연구자가 참여한 이번 식물학회(ASPB 2016)는 식물연구의 거의 전 분야를 다루고 다양하고 흥미로우면서도 혁신적인 연구 결과들이 많이 발표되었다. 이번 리뷰를 통해 제가 참석했던 세미나와 인상 깊었던 발표를 위주로 소개하도록 하겠다.

2. 발표 내용

2.1 Day 1

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그림 1. (좌)학회의 Opening ceremony를 알리는 간판 (우) Coffee break에 참여한 사람들

- Craig Pikaard,Indiana University ; The RNAs and Enzymes of RNA directed DNA methylation

Gene silencing에 관여하는 PolIV와 PolV의 기능에 관한 연구. RDR2-PollV는 짧은 dsRNA를 만들어 내는데 이는 DCL3 다이서에 의해 24nt로 잘리고 AGO4, AGO6와 컴플렉스를 이루는 siRNA를 형성한다. 이 siRNA들은 DRM2에 의한 상보적인 DNA의 cytosine methylation에 관여하는데, 이를 위해선 PolV에 의해 만들어지는 상대적으로 긴 RNA가 필요하다 (~300nt). 실제로 PolIV와 PolV가 repressive chromatin modification에 recruit 되며 HDA6가 이 과정에 중요한 역할을 한다.

- Rob Marteenson, Cold spring harbor laboratory ;  Germline reprogramming and epigenetic inheritance : How to avoid Bad Karma

Rob은 germline 형성 또는 tissue culture 시 나타나는 epigenetic reprogramming에 대한 흥미로운 연구결과를 발표하였다. RNA sequencing을 통해 pollen에서 발견되는 수많은 small RNA를 확인하고 이들 중 transposon이 활성화되어 많은 양의 easiRNA (Epigenetically activated small interfering RNAs)가 발현되는 것을 찾아내었는데 DNA methylation 또한 매우 줄어있는 것을 확인하였다. 특히 이를 응용한 연구가 oil palm tree에서 이루어 졌는데 인도네시아 등지에서 Tissue culture를 통해 대량으로 길러내는 oil palm tree가 mantled라는 phenotype을 보이며 농업적으로 큰 손실을 가져오고 있었다. 이를 연구하기 위해 문제가 되는 식물체의 small RNA를 시퀀싱한 결과 DEFICIENS 유전자의 intron 에 위치하고 있는 Karma라고 명명한 transposon에서 많은 양의 21nt easiRNA가 발현되는 것을 발견하였다. 이를 농업적으로 이용해 mantled phenotype을 보이는 oil palm tree를 미리 선별하는 작업을 계획 중이다.

- Michael Axtell, Penn state university ; The parasitic plant Cuscuta Pentagona (dodder) Pruduce large number of 22nt MicroRNAs that regulate host mRNA during paracitism.

Dodder는 host의 줄기를 휘감아 vascular system을 이용해 기생하는 기생식물이다. Host와 기생식물인 Dodder사이에 small RNA의 이동이 있을 것으로 가설을 세우고 RNA sequencing을 통해 haustorial (host-parasite) interface에서 많은 수의 dodder derived miRNA and siRNA가 존재하는 것을 확인, 이들 중 상당수가 secondary siRNA를 유발하는 22nt의 miRNA임을 확인하였다. Dodder 유래 miRNA들은 host의 defense gene, hormone receptor, sieve-tube element gene 등을 target으로 하여 dodder의 infection을 촉진하고 있었다.

- Xuemei Chen, UC riverside ; miRNA, Argonoute, and the endoplasmic reticulum.

식물에서 miRNA가 작용하는 기작은 target cleavage와 target translation inhibition의 두 가지로 크게 나뉘는데 translation 억제 메커니즘에 관한 연구는 거의 이루어진 것이 없다. Xuemei group은 AMP1이라는 translation 억제에 관여하는 유전자를 발견하였는데 이 단백질은 ER associated foci를 만드는 것을 확인하였다. 이후 ER에서 일어나는 miRNA의 translation 억제에 관해 연구하기 위해 생화학적인 방법으로 ER을 분리하고 이를 small RNA sequencing 하여 전체 small RNA와 비교하였다. 재미있게도 ER membrane에는 21nt small RNA가 enriched 되어있었고 이들 small RNA의 ER membrane association을 위해서는 AGO1이 일부 역할을 담당하고 있음을 ago1-27 mutant를 통해 확인하였다. 

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그림 2. Plenary lecture 중인 Craig Pikaard, Indiana University

2.2 Day 2

- Donald McCarty, University of Florida ; The role of Plastid signaling in maize embryogenesis.

Plastids는 식물의 embryogenesis에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 왔다. Arabidopsis accD gene mutant의 경우 embryo의 성장이 멈추며 죽게 된다. 메이즈에는 plastid accD gene이 존재하지 않는데 plastid gene을 망가뜨린 경우 주로 알비노 현상이 생긴다. 하지만 최근 연구는 이런 phenotype이 genetic background에 영향을 받음을 보여주는데 B73 inbred는 permissive albino를 보이는 반면 W22 inbred는 embryogenesis를 멈추는 큰 영향을 준다. 이들은 plastid gene expression이 maize embryogenesis에서 SAM의 proper positioning에 중요하다는 것을 발견하였다.

- Janaki Mudunkothge, University of Florida, The maize dosage-effect Defective kernel1 (ded1) locus encodes a Myb transcription factor controlling endosperm development and grain-fill.

Maize seed weight을 조절하는 유전자를 찾기 위해 1000여 transposon tagging population을 스크리닝, 이중 DED1 유전자를 발견하였다. Homozygous ded1은 embryo development가 멈추고 basal endosperm transfer layer(BETL)가 분화되지 못하였다. ded1 locus는 chromosome 1 상의 myb domain transcription factor를 코딩 하는데 paternal expressed gene이며 pollen이 2/3 transcripts를 만들어 내는 것을 확인하였다.

- Dean Sanders, University of Wisconsin-Madison ; Elucidating the molecular mechanism of histone lysine to methionine mutation in plants.

Histone H3의 36 lysine을 methionine으로 mutation시키고 이를 Arabidopsis에 형질전환하여 endogenous H3K36me3에 dominant negative 하게 작용하는 것을 확인하였다. 이는 증가된 shoot branching early flowering 등 다양한 표현형을 보였는데 이것은 sdg8 mutant와 비슷한 표현형임을 발견하였고 유전자의 발현양상 또한 둘 사이에 많은 유사점을 발견하였다.

- Million Tadege, Oklahoma state university ; Leunig interacts with Angustifolia3 and functions as transcriptional co-activator during leaf and flower development

LEUNIG(LUG)는 transcriptional co-repressor로 알려져 있는데 이들이 LUG를 STFdel(STF lacking c-term repressive domain)와 fusion 후 stf mutant에 발현시켰을 때 phenotype을 worsening 하는 것을 발견하였다. 이는 VP-16 fusion protein을 발현 시켰을 때도 마찬가지였는데, LUG가 co-activator인 AN3와 interaction하는 것 또한 발견하였다. 아마도 LUG가 SEU와 complex를 이루면 co-repressor로 LUG가 AN3와 complex를 이루면 co-activator로 작용하는 것이 아닐까 생각된다.

- Daniel Runcie, University of California Davis ; Spatial encoding of temporal memory through the vernalization pathway of Arabidopsis thaliana.

Vernalization은 어린 잎에서 더 효과적인 것으로 알려져 있다. 이들은 춘화처리를 하기 전과 후에 발달한 잎들의 유전자발현을 각각 분석하여 잎마다 춘화처리에 반응하는 정도와 spatial pattern이 다른 것을 발견하였다. 이를 바탕으로 spatial regulation of temporal memory, long-term quantitative dynamic model을 만들기 위해 데이터를 수집 중이다.

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그림 3. Concurrent session이 진행되고 있는 학회장

2.3 Day 3

- Z. Jeffrey Chen, University of Texas at Austin ; Circadian and epigenetic perspectives on heterosis

Polyploidy와 heterosis 또는 hybrid vigor는 식물학의 큰 난제 중 하나이다. 이들은 Maize하이브리드에서 circadian clock이 중요한 역할을 한다는 것을 발견하였다. CCA1 binding target (ChIP-seq)이 하이브리드에서 morning expressed gene으로 shifted되어 있으며 이를 통해 광합성과 metabolic activity에 관여하는 유전자들의 early activation을 촉진하는 것을 발견하였다.

- Ian Greaves, CSIRO ; sRNAs Drive epigenetic reprogramming in F1 hybrid.

Next generation sequencing을 사용하여 hybrid의 epigenome을 분석하였다. F1 hybrid는 실제로 epigenetic reprogramming이 일어나고 있었고 DNA methylation에 변화가 있었다. 이는 Trans Chromosomal Methylation(TCM)과 Trans Chromosomal demethylation(TCdM)을 통해 일어나고 있었는데 이는 하나의 F1 allele이 다른 allele의 methylation state를 변화시키는 현상이다. 이 변화는 siRNA와 강하게 correlated 되어 있는 것을 확인하였다. F1 hybrid에서 siRNA의 발현을 억제시켰을 때 TCM이 억제되는 것을 확인하였다.

- James A Birchler, University of Missouri, Columbia ; Contributions from polyploidy to an understanding of heterosis

대부분의 heterosis 연구는 diploid organism을 통해 이루어졌다. Maize에서의 다양한 조합의 polyploid를 사용해 heterosis를 연구하였다. AAB and ABB triploid의 경우 reciprocal diploid (AB vs BA)에 비해 서로가 확연한 차이를 보였다. Tetraploid AABB and CCDD의 경우 AB and CD와 비슷한 정도의 heterosis를 나타내었는데 ABCD의 genotype을 가지는 경우 더 강한 heterosis를 보이는 것을 발견하였다. (progressive heterosis)

- Tai-ping Sun, Duke University ; O-GlcNacylation of mater growth repressor DELLA by SECRET AGENT modulates multiple signaling pathways in Arabidopsis

GA signaling에 repressor인 DELLA는 식물의 여러 가지 신호전달 과정에 관여하는 단백질들과 상호작용하는 중요한 단백질이다. SPY는 오래 전부터 알려진 GA signaling regulator이자 O-GlcNAc transferase인데 이들의 생화학적 기능은 알려진 바가 없다. MS/MS분석을 통해 DELLA가 실제 O-GlcNacylation이 이루어 진 것을 확인하였고 이것이 이전부터 알려진 SPY와는 독립적으로 일어나는 과정이며 오히려 SPY의 homolog 단백질인 SECRET AGENT에 의해 조절되는 것을 확인하였다. RGA의 O-GlcNacylation은 PIF3 혹은 BZR1과의 interaction을 약하게 만드는 것을 생화학적으로 확인하였다.

- Akiva Chalit-Kaneh, UC Davis ; Related Myb-like transcription factors function antagonistically within the circadian clock

CCA1/LHYREVEILLEs 두 그룹의 Myb transcription factor들이 circadian network를 조절하는데 있어 repression/activation의 balancing mechanism을 사용하고 있다. 이 두 그룹의 전사조절인자들이 antagonistically 작용해 circadian 유전자들의 적절한 발현을 조절하는데 cca1lhyrve468 quintuple mutant를 만들었을 때 (repressor와 activator를 동시에 제거했을 때) free running period가 wild type과 유사한 형태를 보이는 것을 발견하였다. 그러나 environmental fluctuation이 있는 상황에서 이 quintuple mutant는 적절한 반응을 보이지 못했다.

- Kevin Folta, University of florida ; Identification of potential new plant growth regulators by screening for biologically active random peptides.

매우 특이한 연구였는데 Random peptide library를 합성하여 이들 중 식물에 어떤 식으로든 영향을 미치는 biologically active molecule을 screening 하였다. 실제로 상당한 수의 peptides를 찾아낼 수 있었는데 농업적으로 혹은 산업적으로 이용 가능성을 고려 중이라고 발표하였다.

2.4 Day 4

- Philip Benfey, Duke University & HHMI; underground signaling network

Root stem cell differentiation에 관여하는 signaling molecule을 찾기 위해 ribosome profiling을 실행하였고 putative peptide ligands를 발견하였다. 또한 lateral root positioning에 중요한 clock like process를 발견하였는데, 두 셋의 유전자들이 서로 반대인 phase를 보이며 pre-branch sites를 만드는 root tip에서 발현되는 것을 발견하였다.

- Jennifer Nemhauser, University of Washington ; What yeast might teach us about plant development

Auxin에 의한 Aux/IAA degradation을 yeast 상에서 reconstitution 하였다.

- Yka Helariutta, Sainsbury laboratory university, Genetic control of phloem morphogenesis.

Phloem mophogenesis에는 cytokinin과 auxin의 작용이 중요하다. DOF2.4 related protein을 찾아내었는데 이는 early sieve element에서 mobile transcription factor로 작용한다. Procambium polar growth를 촉진한다. (Sieve element에 pS29 promoter를 사용하여 icals3m을 발현 symplastic communication을 block하는 방법을 사용해 실험 증명함) DOF2.4는 class III HD ZIP transcription factors들과 interacting 하여 auxin and cytokinin domain을 해석하는데 관여한다.

- Yoshikatsu Matsubayashi, Nagoya University ; Root to shoot mobile peptides mediate systemic nitrogen-demand signaling

식물에는 크게 두 가지 종류의 secreted peptide가 있는데 post translationally modified small peptides 또 cysteine rich peptide로 나뉜다. 전자의 경우에 집중해서 그 구조를 살펴보면 N-term signal peptide, middle variable region, C-term conserved peptide의 특징을 가진다. 이를 바탕으로 CEP family를 발견하였고 photoactivatable CEP1을 이용하여 Receptor kinase library in BY2 cell culture를 screening하였고 두 LRR-RK를 발견하여 이를 CEPR1, CEPR2로 명명하였다. CEP는 root basal region에 발현 CEPR은 넓은 지역에 발현되는데 cepr mutant가 N starvation phenotype을 보인다. 이들은 shoot grafting 실험과 root를 반으로 나누어 한쪽은 N+ 다른 한쪽은 N-의 상태로 두는 실험을 조합하여 CEPR1,2가 shoot에서 root로부터 파생되는 CEP1의 signal을 인지하고 이들 systemic 하게 다른 root로 전달한다는 것을 확인하였다.

- Amith Reddy Devireddy, University of north texas ; Ultra-fast alterations in mRNA levels uncover multiple players in light stress acclimation in plants.

매우 짧은 시간 안에 일어나는 유전자 발현의 조절은 어떨까? 연구팀은 high light에 반응하는 식물의 유전자 변화를 알아보기 위해 20-60s의 시간 동안 강한 빛을 처리한 후 RNA sequencing을 통해 분석하였다. 짧은 시간 안에도 통계적으로 유의미한 많은 변화들이 있었으며 약 731개의 유전자들의 발현이 변화하는 것을 확인하였다. 이 중 20%가 넘는 비율이 ABA 혹은 H2O2 response 에 관여하는 유전자인 것으로 확인하였다.

- Guan-Hong Chen, Academia Sinica, Taiwan ; Mechanistic studies of light enhanced translation in deetiolating Arabidopsis seedlings

Light에 의해 조절되는 식물의 유전자 발현 변화는 transcriptional level에서는 많이 연구되었으나 post transcriptional level에서는 아직 그 기능이 잘 연구되지 않았다. Ribosome 분리와 sequencing을 통해 빛이 많은 유전자의 translation을 촉진한다는 것을 밝혔는데 phyA와 COP1이 이 과정에 관여하는 것을 발견하였다. 또한 TOR (Target of Rampamycin)이 관여하여 ribosomal small subunit 6, RPS6의 phosphorylation을 조절하는 것을 확인하였다. phyA가 FR 상에서 RPS6의 phosphorylation을 촉진, 반면 COP1은 이를 억제하는 것으로 확인하였다.

- Inyup Paik, University of Texas at Austin ; Phytochrome interacting factors mediate metabolic regulation of the plant circadian clock.

Red/Fr receptor인 phytochrome과 그 signaling에 관여하는 PIF (phytochrome interacting factors)들은 plant circadian clock의 input에 관여할 것으로 오래 전부터 예측되어 왔으나 아무도 이를 보이지 못했다. 우리는 이것이 PIFs 단백질들 사이에 redundancy에 의해 일어난 현상으로 생각하고 higher order mutant에서 circadian period을 측정하였는데 놀랍게도 pifq mutant가 longer period를 보이는 것을 확인하였다. 여러 분석을 통해 pifq phenotype을 위해서는 photosynthesis 에 의해 만들어진 sugar 혹은 외부로부터 미디어에 더해진 sugar가 필요하다는 것을 확인, 이를 통해 PIFs가 circadian clock sucrose input에 관여함을 확인하였다. 또한 sucrose가 놀랍게도 PIFs가 target promoter에 binding 하는 것을 촉진시키는 것을 ChIP을 통해 확인하였다.

- Sofia Carvalho, University of Florida ; Custom light mixtures to manipulate plant metabolite profiles – a case study in sweet basil

바질을 모델식물로 사용하여 다른 조합의 intensity, wavelength, duration의 빛을 처리, 바질 잎의 volatile emission leaf area height antioxidant capacity 등을 측정하였다. 특정조합에서는 일반적인 greenhouse condition보다 더 favorable한 성장을 보이기도 하였다.

- Winslow Briggs, Carnegie Institute for science ; Slac1, S_type anion channel is relocated from plasma membrane to cytosol in guard cells during stomatal closer.

Stomata closing에 tubulin과 COP1 SLAC1이 관여하고 있는데 이들 사이를 어떤 메커니즘이 연결하고 있는지 밝혀진 바가 없다. Preliminary한 결과에 의하면 SLAC1이 plasma membrane에 위치하고 있다가 stomata가 closing될 때 cytosol로 재배치 되는 것을 확인하였다.

3. 요약

이번 학회는 무엇보다 RNA-seq, ChIP-seq, Ribosome-seq, RIP-seq 등의 다양한 기법에 genome wide 분석을 통해 데이터를 해석, 결론을 도출하는 연구가 활발한 것을 확인하였다. 또한 Peptide hormone과 같은 새로운 종류의 호르몬과 그 기작에 관한 연구가 활발하였으며 Metabolite에 대한 관심도 높은 것을 확인 할 수 있었다. 더불어 Arabidopsis가 아닌 작물 (Maize, Rice, Barley, etc.) 혹은 기생 식물이나 Microbe, Pest, Insect – Host interaction에 대한 연구들도 많이 접할 수 있었다. 마지막으로 small RNA의 작용기작, 기능에 대한 연구도 매우 활발히 진행되고 있음을 확인하였다.

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백인엽(2016). ASPB (American Society of Plant Biologists) 2016 학회참관기. BRIC View 2016-C05. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=2562 (Aug 24, 2016)
* 자료열람안내 본 내용은 BRIC에서 추가적인 검증과정을 거친 정보가 아님을 밝힙니다. 내용 중 잘못된 사실 전달 또는 오역 등이 있을 시 BRIC으로 연락(member@ibric.org) 바랍니다.
 
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