배추 (Brassica rapa spp. pekinensis)는 중요한 원예 작물의 하나로 국내에서 인기가 많다. 배추의 생산에 있어 가장 큰 피해는 박테리아와 곰팡이로부터 발생하며, 이 때문에 면역체계에 대한 관련 연구가 활발히 일어나고 있다. 식물은 병원체로부터 자신을 보호하기 위해 선천적인 면역계에 의존한다. 세포 표면에 있는 패턴 인식 수용체 (PRR; Pattern-Recognition Receptor)는 flagellin, elongation factor Tu 혹은 곰팡이 세포벽 성분 chitin 같은 병원체 관련 분자 패턴 (PAMP; Pathogen-Associated Molecular Pattern)을 인지하고 패턴 유발 면역 (PTI; Pattern Triggered Immunity)이라고 불리는 일련의 방어 반응을 유도한다. PTI는 병원체의 성장을 효율적으로 억제시키고 내구성이 있는 광범위한 스펙트럼의 질병에 대한 저항성을 제공한다. 모델 식물 애기장대에서 PRR과 PTI에 대해 연구가 집중적으로 되었지만, 배추에서는 포괄적인 연구가 많이 부족하다. 이에 본 연구는 배추의 PTI 분자적 기초를 탐구하기 위해 대표적인 방어반응을 평가함으로 PAMP 대응성을 조사하였다. 우선 신뢰성 있는 마커 유전자 BraNHL10을 발견 및 확인하였다. BraNHL10 은 여러 PAMP에 의해 그 발현이 현저하고 신속하게 유도되었다. ROS 생산은 배추에서 flg22, elf18 및 chitin 처리시 신속하게 유도됨을 확인할 수 있었다. 비교분석 결과 애기장대의 FLS2, EFR, CERK1의 첨가 호몰로그가 B. rapa 게놈에 존재하며, BraPRR과 AtPRR의 단백질 배열이 높은 유사성을 보이는 것으로 나타났다. 그 다음으로 BraFLS2, BraEFR1, BraEFR2 및 BraCERK1를 골든 게이트 클로닝 전략으로 복제한 후Nicotiana benthamiana에서BraFLS2, BraEFR1, BraEFR2 및 BraCERK1의 일시적인 발현을 통해 모든 BraPRRs이 세포막에 정착함을 확인할 수 있었으며, BraFLS2 발현에 따라flg22 처리시 endocytosis가, BraEFR2발현에 따라elf18 처리시 ROS burst가, BraCERK1발현에 따라 chitin처리와 무관한세포예정사가 유발되었다. BraEFR1의 발현은N. benthamiana에서 ROS burst을 유도하지 않았으므로 BraEFR1은 기능하지 않는 것으로 추정되었다. 이어서 BraFLS2, BraEFR1, BraEFR2 및 BraCERK1이 애기장대 단일 돌연변이 fls2 혹은 트리플 돌연변이 fls2 efr cerk1에서 진행한 기능보완시험을 통해 기능을 재확인하였다. BraFLS2, BraEFR2 및 BraCERK1의 발현은 flg22, elf18 및 chitin에 대한 인식과 관련된 면역 반응을 각각 보완하였다. BraFLS2와BraEFR2의 발현으로 형질전환 식물에서 각각 flg22 및 elf18으로 유도된 묘목 성장 억제를 보였다. BraFLS2, BraEFR2 및 BraCERK1의 발현은 형질전환체에서flg22, elf18 및 chitin 처리시 또 각각 ROS 생산을 유도하였다. 그리고 BraPRR의 kinase 활성이 부여한 기능을 연구하기 위해 BraPRR의 dead kinase 버전을 구축해서 면역 반응을 평가하였다. 이 모든 결과로부터 BraFLS2, BraEFR2 및 BraCERK1이 배추에서 PRR 역할을 담당하고 그들의 기능은 kinase의 활성에 부분적 의지하고 있을 것으로 추정되었다.
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Comparative approach to decipher the molecular basis of pattern-triggered immunity in Brassica rapa pekinensis
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