AtERF11 유전자의 발현은 비병원성 인자인 AvrRpt2 단백질에 의해 감소한다는 사실을 실험을 통해 확인했다. AtERF11 유전자가 RPS2 저항성 유전자가 없는 식물의 병 저항성 방어체계를 낮추는 target 유전자이며 병 저항성 반응에서 positive 조절자의 역할을 수행할 것이다. 대부분 ERF 단백질은 전사 활성인자인데 그 중 하나인 AtERF4는 ethylene과 abscisic acid 관련 반응 유전자를 감소시켜 병원균 감염을 증가시킬 수 있다.
<h1>결과 및 고찰</h1><h2>AvrRpt2에 의한 AtERF11 유전자의 발현 조절</h2><p>본 연구팀은 AvrRpt2 단백질에 의해서 직접 또는 간접적으로 그 발현이 조절되는 유전자들을 전체 유전체적 수준에서 확인하고 병 저항성 방어체계에서의 기능을 연구하기 위해서 Affymetrix Arabidopsis DNA chip을 이용하였다. 비병원성 유전자인 avrRpt2를 발현하는 P. syringae pv. tomato DC3000 (avrRpt2) 현탁액을 RPS2 저항성 유전자의 기능이 결함이 된 애기장대 rps2 돌연변이체의 잎에 감염하고 6시간 후에 전체 RNA를 분리하였다. 대조군으로는 avrRpt2 유전자만이 없는 P. syringae pv. tomato DC3000 현탁액을 처리한 후에 동일한 시간대에 분리한 전체 RNA를 이용하였다. Affymetrix Arabidopsis DNA chip 분석 결과에 의하면, 애기장대의 22000개 유전자 중에서 469개의 유전자의 발현이 2배 이상 증가하였고 513개의 유전자의 발현은 2배 이상 감소하였다 (data not shown). 그 중에서 식물체에서만 존재하며 다양한 생물학적 또는 비생물학적 스트레스 반응에 관여하는 것으로 보괴되고 있는 ERF/AP2 gene family의 하나인 AtERF11 유전자의 병 저항성 방어쳬계에서의 기능을 연구하였다.</p><p>AvrRpt2 단백질에 의해서 AtERF11 유전자의 발현이 감소된다는 DNA chip 결과를 재확인하고 이러한 현상이 AvrRpt2 단백질에 의해서 특이적으로 조절되는지를 조사하기 위해서 애기장대 rps2 돌연변이체 내에서 avrRpt2 유전자가 dexamethasone 유도성 promoter에 의해서 발현되도록 제작된 형질전환체에 dexamethasone을 처리함으로써 avrRpt2 유전자만을 특이적으로 발현되도록 한 후에, 또는 P. syringaepv. tomato DC3000 (avrRpt2)를 감염함으로써 식물체로 AvrRpt2 단백질을 전이시킨 후에, 시간대 별로 AtERF11 유전자의 발현양상을 조사하였다. AvrRpt2 단백질만이 존재하는 전자의 경우와는 달리 후자의 경우는 감염균의 type Ⅲ secretion system (TTSS)에 의해서 AvrRpt2. 단백질 뿐 만 아니라 다른 TTSS effector들의 전이를 동반한다. Fig, 1에서 보여주는 바와 같이, dexamethasone에 의한 avrRpt2 유전자만을 특이적으로 발현시킬 수 있는 형질전환 식물체와 직접적으로 P. syringae pv. tomato DC3000 (avrRpt2)균을 감염시킨 식물체 모두에서 AtERF11 유전자의 발현이 시간이 지날수록 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 AtERF11 유전자는 비병원성 인자인 AvrRpt2 단백질이 RPS2 저항성 유전자가 없는 기주 식물체의 기초적 병 저항성 방어체계를 낮추기 위해서 그 발현을 조절하는 중요한 target 유전자들중의 하나이며 식물체의 병 저항성 반응에서 중요한 positive 조절자로서 작용한다는 가능성을 제시한다.</p><h2>AtERF11 유전자의 진화적 유연관계</h2><p>식물체에서만 발견되는 AP2/ERF gene family는 애기장대 전체 유전자의 \( 6 \% \) 정도를 차지하고 있으며, 그 발현은 jasmonic acid, ethylene, salicylic acid 등과 같은 식물 호르몬이나 병원균의 침입에 의해 조절되어 진다. 실제로 많은 ERF subfamily에 속하는 유전자들은 biotic과 환경적인 스트레스 반응의 신호 전달 경로에서 기능을 한다고 보고되고 있다.</p><p>ERF 단백질들은 다른 식물 종에서 동정되어진 ethylene responsive cis element인 GCC-box와 결합을 한다. 애기장대에서 AtERF1이나 토마토 Pti4와 같은 ERF 유전자의 대량발현은 GCC-box를 포함하고 있는 유전자의 발현을 유도하고 지속적인 ethylene 반응을 나타낸다. 이것은 ERF 단백질이 GCC-box를 가지고 있는 ethylene 반응 유전자들의 발현을 조절할 수 있다는 것을 가리킨다. ERF 단백질의 대부분이 전사의 활성인자로서 기능을 하는 것으로 알려졌다. 그러나 최근의 연구에서 몇몇 ERF 단백질들이 전사의 억제인자로서 작용할 수 있다고 보고되었다. Tobacco ERF3, Arabidopsis AtERF3 와 AtERF4가 GCC-box를 포함하는 유전자들의 발현을 억제하는 것을 보였다. 그 중 하나인 AtERF4는 ethylene, jasmonic acid, abscisic acid에 의해 발현이 유도될 수 있으며 AtERF4를 발현하는 형질전환식물체에서는 ethylene과 abscisic acid에 관련되어 반응하는 유전자들이 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 AtERF4는 ethylene과 abscisic acid 반응에 있어서 negative regulator로서 작용하며 necrotrophic 병원균의 감염을 증대시키는 것으로 보고되었다. 본 연구에서 사용된 AtERF11 유전자는 AtERF4를 포함하는 ERF 전사조절 유전자 family 중에서 B1a subfamily 그룹에 속한다.</p>