TASSELSEED (TS) 유전자의 돌연변이는 수꽃(tassel)의 성전환, 즉 암꽃화를 유발하며 오랜 기간 동안 돌연변이 연구를 통해 다양한 tasselseed 돌연변이들의 형질을 분석하고 분류했습니다. ts4, Ts5, Ts6 돌연변이는 양성화된 수꽃 (bisexual tassel floret)을 형성하며, ts2와 ts1 돌연변이는 암술과 암꽃화가 더욱 심각한 주변 구조를 갖고 있습니다 [10,22]. protein phosphatase5 (PP5)는 N-말단에 3개의 teteratricopeptide repeat (TPR) 도메인이 있는 단백질로 알려져 있으며, C-말단에는 phosphatase 촉매 활성부위가 있습니다. 이 단백질은 다양한 세포 내 기능에 관여하며, 세포사멸, 세포분열 조절 등을 조절하는 역할을 합니다[4,21]. SDR1 유전자는 ABA 전구체나 ABA의 동적인 움직임과 관련하여 임시적이면서 공간적으로 특이한 발현을 나타낼 수 있음이 제안되고 있습니다[3].
<h2>TASSELSEED 유전자에 의해 매개되는 암술 세포사멸에 의한 성 결정</h2> <p>TASSELSEED (TS) 유전자의 돌연변이는 수꽃(tassel)의 암꽃화 즉 성의 역전을 유발하는데, 오래전부터 돌연변이 연구를 통하여 다양한 tasselseed 돌연변이들의 표현형을 분석하고 분류하였는데 ts4, Ts5, Ts6 돌연변이들은 양성화된 수꽃 (bisexual tassel floret)을 가지고 있고 ts2 와 ts1 돌연변이들은 보다 심각하게 암술과 암꽃화 된 주변구조를 가지고 있다 [10,22]. 이들 TS 유전자 중에서 기능이 가장 잘 밝혀진 것은 TS2 단백질이다. TS2 유전자는 transposon-tagging 돌연변이로부터 클로닝되었는데 short-chain alcohol dehydrogenase를 암호화 하고 있으며 특히 박테리아(Comamonas testoster-oni)의 \( 3-ß- hydroxysteroid dehydrogenase\)와 유사성이 \( 41 \% \)로 가장 높았다[8,31]. 이 효소는 조효소로서 dinucleotide 결합부위인 잘 보존된 Rossman-fold 와 tyrosine-의존적인 촉매활성 영역을 가지고 있다[27]. In situ hybridization을 통하여 TS2 유전자는 발달하고 있는 수꽃에서 발현하는데 특히 죽어가는 암술의 기저상피(subepidermis) 세포에서 가장 높은 발현을 보여주었다. 또한 Fig. 2에서 보듯이 4', 6 -dia-midino-2-phenyindole (DAPI)를 이용한 핵 염색과 TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL) assay 를 통하여 ts2 mutant의 성장하고 있는 수꽃을 관찰해보면 암술의 핵에서 DNA가 분해되어 사라지고 있는 것을 관찰할 수 있는데, 이곳은 TS2 유전자의 발현장소와 시기가 일치하므로 TS2 단백질에 의한 암술 세포사멸임을 제안하고 있다[2,8,17]. 옥수수에서 TS2 단백질의 세포사멸 기작을 연구하기위해 TS2 결합 단백질을 yeast two-hybrid 시스템을 통하여 두 종류의 유전자를 클로닝 하였는데, 하나는 TS2 단백질과 유사성이 있는 유전자였는데 단백질-단백질 결합을 통하여 이 단백질이 TS2 단백질과 hetero-dimerization 될 뿐만 아니라 자기 자신과 결합하는 homo-dimerization도 가능함을 제안하고 있다(Kim 등, 미출판 데이터). 또 다른 하나는 protein phosphatase5 (PP5)로서 N-말단에 단백질-단백질 결합부위로 알려진 3개의 teteratricopeptide repeat (TPR)-도메인을 가지고 있고 C-말단에는 phosphatase 촉매 활성부위를 가지고 있으면서 다양한 세포내 기능 즉 세포사멸, 세포분열 조절 등에 관여한다고 알려져 있다[4,21].</p> <p>한편, 옥수수이외 다른 식물에서도 TS2 유사유전자들이 보고되었는데, eastern gamagrass (Tripsacum dactyloides)의 GSF1 (gynomonoecious sex form1) 유전자는 암술 세포 사멸에 관여하며 돌연변이의 표현형도 tasselseed 돌연변이체와 일치 하였다. Tripsacum과 maize의 종간교배를 통하여 두 돌연변이가 대립유전자임을 증명하였다[19]. 또한 Silene 과 Arabidopsis의 TS2 유사 유전자는 Sta1과 Ata1으로서 타페텀에 특이적으로 발현하면서 주변원형체와 기관분화 중에 프로그램화된 세포사멸을 유도 한다[18]. 이 결과로 볼 때 Sta1과 Ata1은 성 결정에는 관여하지 않지만 일반적인 세포사멸에 관여 하는 것으로 생각된다. Arabidopsis 게놈분석을 통하여 TS2 유전자의 Rossmann-fold와 촉매활성영역을 가진 유전자를 조사한 결과 적어도 10개의 TASSELSEED2 유사유전자(tasselseed-like)가 있음이 확인되었다. 현재 T-DNA 돌연변이 분석을 통하여 이들 tasselseed-like 유전자의 기능을 규명하고 있다 (Dellaporta, 미출판 데이터). 최근에 이들 중 하나인 short-chain dehydrogenase/reductase1 (SDR1) 단백질은 색소체와 카로티노이드에 의해 유도되는 크산틴의 앱시스산(ABA) 으로의 전환에 관여한다고 알려졌다. SDR1 유전자의 일시적이면서 공간특이적인 발현은 ABA 전구체나 ABA 의 역동적인 움직임에 관련 있을 것으로 제안되고 있다[3].</p> <p>ts1 유전자 좌는 열성 돌연변이로 표현형은 ts2와 구별할 수 없이 완전히 일치한다. 즉 수꽃대의 수꽃이 암술로 전환 된다[9]. ts1과 ts2의 동일한 표현형 결과는 ts1과 ts2유전자가 같은 성 결정 경로에 존재할 것으로 짐작할 수 있다. 그러나 이들은 표현형이 같기 때문에 정상적인 상위성 분석을 할 수 없다. 그리하여 ts1 돌연변이체에서 TS2 유전자의 발현을 RT-PCR을 통하여 조사한 결과 TS2 유전자 발현이 사라짐을 보고하고 있다[2]. 이는 아마도 ts1 유전자 산물이 직접적으로 TS2 유전자의 전사를 조절하는 전사조절 인자 이거나 간접적으로 ts1이 TS2 발현을 조절 할 수 있을 것으로 생각된다(Fig. 2). 즉 TS2 유전자 발현을 직접 조절하는 다른 인자가 ts1의 조종 하에 있을 수 있다. 앞으로 ts1유전자의 클로닝을 통하여 위의 궁금증을 해결 할 수 있을 것이다.</p>