꿀풀과의 B-class MADS-box 유전자들의 계통

Abstract

논 문 개 요

B-class MADS-box 유전자들은 Arabidopsis와 Antirrhinum에서의 연구에서 확정된 ABC(DE) 모델에서 꽃잎과 수술의 기관 형성을 결정하는 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 피자식물의 기원 이전에 일어난 유전자 중복에 의해 GLOBOSA (GLO)와 DEFICIENS (DEF)의 두 개의 lineage로 나뉘어져 있다. 본 연구는 피자식물의 주요 과들 중 하나임에도 MADS-box 유전자들에 대한 연구가 거의 이루어지지 않은 꿀풀과 식물들에 대하여 MADS-box 유전자들을 검출하고, B-class 유전자들을 중심으로 이들의 계통을 파악하고자 하였다. 지금까지 보고된 꿀풀과 내의 B-class MADS-box 유전자들은 꿀풀목 수준에서의 연구에서 몇몇 유전자들만이 있는데, 본 연구를 통해 꿀풀과 내의 MADS-box 유전자들에 대한 전반적인 조사가 이루어졌다. 본 연구에서는 꿀풀과의 최근 분류체계에 의거하여 꿀풀과를 대표할 수 있는 아홉 분류군을 선정하였고, 이들에 대한 MADS-box 유전자들을 검출하여 그 염기서열을 밝혔다. 그 결과 꿀풀과에서 총 93개의 MIKCc-type MADS-box 유전자들을 검출하였으며 이를 명명하였다. 꿀풀과에서 검출해낸 MADS-box 유전자들은 진화 양상을 밝히고자 기존에 보고된 꿀풀과 및 근연분류군들의 MADS-box 유전자들과 통합한 자료에 의한 계통분석을 실시하였다. 계통분석 결과 많은 종내 유전자 중복을 발견하였고, 특히 B-class 유전자들의 계통수에서는 종간의 공통된 유전자 중복을 발견하였다. B-class 내의 두 lineage인 GLO와 DEF의 계통수에서 공통적으로 모나라벤더와 산박하가 공유하는 유전자 중복을 확인할 수 있었다. 모나라벤더의 DEF들은 두 lineage로 나뉘었는데 이들의 두 lineage들을 대표하는 두 DEF들에 대하여 genomic DNA sequencing을 통해 exon/intron 구조를 확인하였다. 이와 같은 연구결과들은 꿀풀과 내 다양한 꽃의 진화 양상을 뒷받침하는 유전적 자료가 될 것으로 생각된다. 본 연구는 꿀풀과 내의 꽃의 형태 형성에 대한 유전적 조절 이해를 위한 evo-devo 연구에 기초 자료를 제공하고 있다. |The B-class MADS-box genes in the ABC(DE) model which play an important role in determining the petal and stamen identity in Arabidopsis and Antirrhinum were separated into two lineages, GLOBOSA (GLO) and DEFICIENS (DEF), by a gene duplication which occurred before the development of angiosperms. MADS-box genes in Lamiaceae, one of the largest families of angiosperms, have rarely been reported to date. In this study, I determined 93 MIKCc-type MADS-box genes from nine taxa representing the subfamilies of Lamiaceae using a screening method that relied on MADS-box specific degenerate primers and named them based on their orthologies with Arabidopsis MADS-box genes. In the genes I screened, 56 genes were B-class genes. Phylogenetic analyses of these genes with previously reported B-class genes in Lamiids showed the duplication history of B-class genes in Lamiids including Lamiaceae. Many gene-duplications in each taxon have been detected in Lamiaceae. In particular, shared duplications between Plectranthus 'Mona Lavender' and Isodon inflexus were also detected for the GLO and DEF lineages, respectively. I also report the exon/intron structures of two DEF genes of Plectranthus 'Mona Lavender' (Pl.Mo.DEF3 and Pl.Mo.DEF4), which are representations of two lineages of the DEF genes in Plectranthus 'Mona Lavender' based on a determination of the genomic DNA of these genes. This study provides basic information in the field of evolutionary developmental biology with which one can understand the genetic regulation of Lamiaceae flowers and their floral diversification during the evolution of Lamiaceae.