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Comprehensive Analysis of Gene Expression Profile in Wild Rice (Oryza minuta) by cDNA Microarray and Expressed Sequence Tags

Comprehensive Analysis of Gene Expression Profile in Wild Rice (Oryza minuta) by cDNA Microarray and Expressed Sequence Tags

자료유형
학위논문
개인저자
조성기
서명 / 저자사항
Comprehensive Analysis of Gene Expression Profile in Wild Rice (Oryza minuta) by cDNA Microarray and Expressed Sequence Tags / Sung Ki Cho.
발행사항
서울 :   고려대학교 ,   2002.  
형태사항
210 p. : 삽도 ; 26 cm.
학위논문주기
학위논문(박사) -- 고려대학교 대학원 생명공학과 2002
학과코드
0510   6YD48   54  
일반주기
부록 : p. 162-209  
서지주기
참고문헌 : p. 155-157
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전자정보

No. 원문명 서비스
1
Comprehensive Analysis of Gene Expression Profile in Wild Rice (Oryza minuta) by cDNA Microarray and Expressed Sequence Tags
PDF 초록 목차
No. 소장처 청구기호 등록번호 도서상태 반납예정일 예약 서비스
No. 1 소장처 과학도서관/학위논문서고/ 청구기호 0510 6YD48 54 등록번호 123020993 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스 B M
No. 2 소장처 세종학술정보원/학위논문실/ 청구기호 0510 6YD48 54 등록번호 153042873 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스
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No. 1 소장처 과학도서관/학위논문서고/ 청구기호 0510 6YD48 54 등록번호 123020993 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스 B M
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No. 1 소장처 세종학술정보원/학위논문실/ 청구기호 0510 6YD48 54 등록번호 153042873 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스

컨텐츠정보

초록

야생벼가 일반재배벼의 형질개선을 위한 새로운 유전자원 pool로 사용될 수 있다는가능성은 육종가들에 의해서 꾸준히 제시되어 왔지만, 야생벼에서 특이적으로 발현되는 유전자원들을 용이하게, 그리고 다량으로 선발하는데 어려움이 있어 체계적으로 유전자를 확보한 연구는 전무한 형편이다.
본 연구에서는 필리핀이 원산지인 O. minuta (BBCC)의 계통을 이용하여, 야생벼에내재된 내재해성 유용유전자를 발굴하였고, 확보된 내병충성 유전자들이 다양한 처리종류 및 조건에 대하여 반응하는 발현양상의 차이를 microarray기법과 gene clustering을 통해 분석하였으며, 이를 통해 novelty가 높은 유용 유전자들을 발굴하여 향후 분자육종재료로 사용하고자 하였다. 또한 영양생장기상태 잎에서 만들어진 cDNA library를 이용하여, 유용한 야생벼 특이적인 유전자원을 확보하였고, 일반재배벼와의 유전자 발현양상을비교하고자 하였다.
도열병, 멸구, 상처처리에서 차등별현되는 O. minuta의 유전자를 확보하기 위해 변형된 subtractive hybridization인 mirror orientation selection (MOS) 방법을 사용하였고, 실험과정 중에 발생하게 되는 background를 제거하기 위해 microarray 기법을 이용하여, 얻어지는 신호의 강도와 발현비율에 따라 분석대상을 선발하였다. 이로써 도열병처리로부터 377개, 멸구처리로부터 389개, 그리고 상처처리로부터 372개, 모두 1,138개 유전자 단편을 선발하였고, 염기서열을 분석하여 481 종류의 유전자 단편을 확보, 이를 분석에 이용하였다. 염기서열에 대한 상동성 검색 결과 전체 1,138개 유전자 단편 중에서 53.6%가 기존에 보고된 염기서열과 상동성을 보이지 않았다. 이 결과를 보면 야생벼에서 특이적으로 발현하는 유전자들을 상대적으로 많이 확보한 것으로 추론할 수 있었다.MIPS database에 기초하여 기능군에 따라 분류해본 결과 subcellular localization부분과 대사작용, 에너지 생성 및 저항성 기능군의 발현이 비교적 높았던 것으로 밝혀졌다.
분석대상으로 선정된 유전자단편의 발현양상을 확인하기 위해 microarray 기법을다시 이용하였다. Microarray에서 얻은 결과를 통계적으로 평가하기 위해 분산분석 기법을 이용하였고, 분산요인은 사용된 염색시약 (Dye), 반복 (Rep), 그리고 이의 교호작용(Dye*Rep)으로 선정하였다. 분산분석 결과 실험 반복간의 차이는 크지 않았고, 신호강도에 따른 변이도 크지 않은 것으로 분석되었다. 모든 분석은 통계분석 프로그램인 SAS를 이용하였다.
각 종류의 재해와 시간대에 대해 수행한 microarray 실험에서 얻은 결과를 바탕으로 하여 계층적인 방법으로 clustering을 실시, 유사한 발현양상을 보이는 유전자 단편들을 7개 집단으로 모으고, 재해처리 상태에서 각 집단의 유전자 발현양상을 확인하였다.전체 481개 종류의 유전자 단편 중에서 68%인 328개 종류가 특정처리에서 발현이 증가되는 양상을 보였고, 특히 31%인 149개 종류의 단편은 세 가지 재해처리 모두에서 공통적으로 발현이 증가하는 양상으로 분류되었다. 또한 hormone에 의한 발현 유도를 확인하기 위해 jasmonic acid와 salicylic acid를 이용한 microarray 실험을 수행하여, 163종류의 유전자 단편이 검정에 사용된 두 가지 hormone에 의해 발현이 유도되는 것으로 확인하였다. Microarray 실험에서 얻어진 각 처리단계에서의 유전자 발현을 northernblot analysis으로 확인하였다.
발아 4주후의 영양생장기 상태 잎에서 cDNA library를 구축하여, 유용유전자원을 확보하고, 발달단계와 조직 특이적인 유전자 발현을 규명하기 위해, cDNA clone을 무작위로 선발하여 염기서열분석을 실시, 모두 5,211개 염기서열을 확보하였다. 이 중에서 95% 정도는 기존에 보고된 다른 유기체의 염기서열과 높은 상동성을 보였다. 기능군에따라 분류한 결과 일반재배벼에 비해 특히 대사와 에너지 생성에 관련된 기능군의 상대적인 비율이 높았다.Wild relatives of the Oryza genus have been regarded as important sources of usefulgenes due to their resistance to diseases and pests, tolerance for abiotic stresses, as well as for their role in improving the cultivation rice. Comparative analysis of gene expressions among cultivated and wild rice can be used to promote bulk gene miningfro mwildriceveryefficiently. Moreover, these novel resistant gene collections will not only offer materials for molecular breeding but also serve as catalysts for developing more detailed and principledunderstandings of the basal mechanisms of plant defense systems. To isolate and characterizewild rice-originated useful genes, Oryza minuta (BBCC, 2n = 48) was used.
Three kinds of subtracted libraries were constructed from biotic (rice blast infectionand planthopper infestation) and abiotic (wounding) stresses by the modified subtractionmethod. To discriminate the differentially expressed transcripts from the backgroundsmolecules, microarray was carried out as a reverse northern blot, and a total of 1,138 clones were selected using data sorting with signal intensity and expression ratios. EST produced from the three kinds of subtracted libraries showed 68.1% of redundancy, and 46.6% of the total clones were matched to theGenBankdatabase. Functionalcategorizationshowedthatcategories of subcellular localization, metabolism, and protein fate wereenrichedinsubtractedlibraries.
To discriminate the artifacts from the microarray data and control the data qualityamong the technical replications, ANOVA was applied to the second microarray data. Fromthe proposed model for data analysis, the most essential variable in data variation is Dyeeffect, and the overall experimental conditions among the technical replications arehomogeneous. The effects of the variables on the estimates were validated and the analysissuggested that the experimental strategies, the two dyes system usedsimultaneously,theexperimentalreplications, and the investigation of interactions between dye and replication,
be well adapted for controlling the various artifacts.The DNA microarray technique was applied to identify the gene expression of partialtranscripts obtained from the modified subtraction method under the biotic (rice blastinfection and planthopper infestation), abiotic (wounding) stresses, and hormone (MeJA andSA) treatments. Cluster analysis based on the gene expression pattern was carried out, andseven clusters (328 singletons, 68% of total singletons) with distinct expression patterns weregrouped by the hierarchical clustering method. Quantitative comparisons of gene expressionbetween the microarray and northern blot analysis were also performed.
A cDNA library was constructed from a 4-week-old leaf of O. minuta. The 5,211 O.minuta cDNAs produced a total of 3,401 unique sequences, which consisted of 2,787singletons and 614 cluster (redundancy = 46.5%) sequences. About 95% of the total ESTshad a high degree of sequence similarity with genes from other organisms, and 254 sequencesdid not match the previously reported database. The comparative analysis revealed thatfunctional categories of metabolism and energy in O. minuta ESTs showed considerablyhigher levels than O. sativa ESTs.

목차

TABLE OF CONTENTS = ⅰ
TABLE OF CONTENTS = ⅰ
LIST OF FIGURES = ⅲ
LIST OF TABLES = ⅴ
ABSTRACT = ⅵ
ABSTRACT IN KOREAN = ⅸ
Chapter 1. Wild Species of Oryza as an Important Reservoir of Useful Genes = 1
 1. Rice, origin and usage for human = 2
 2. The use of wild rice for breeding program = 3
 3. Purpose = 6
LITERATURE CITED = 8
Chapter 2. Construction of Stress Inducible Gene-Enriched Library of Oryza minuta using
Modified Subtractive Hybridization = 11
ABSTRACT = 11
INTRODUCTION = 12
MATERIALS AND METHODS = 19
RESULTS = 25
DISCUSSION = 35
LITERATURE CITED = 38
Figures = 44
Tables = 57
Chapter 3. Statistical Evaluation of Second Microarray Data Using Analysis of Variance = 72
ABSTRACT = 72
INTRODUCTION = 73
MATERIAL AND METHODS = 75
RESULTS AND DISCUSSION = 77
LITERATURE CITED = 81
Figures = 83
Tables = 91
Chapter 4. Differential Expression Profiling in Response to Biotic and Abiotic Stresses in Oryza minuta Using Microarray and Statistical Analysis = 95
ABSTRACT = 95
INTRODUCTION = 96
MATERIALS AND METHODS = 104
RESULTS = 108
DISCUSSION = 114
LITERATURE CITED = 118
Figures = 123
Tables = 133
Chapter 5. Comparative Analysis of Leaf Transcriptome between Wild Rice (Oryza minuta )
and Cultivated Rice (Oryza sativa) at the Vegetative Stage = 146
ABSTRACT = 146
INTRODUCTION = 147
MATERIALS AND METHODS = 149
RESULTS AND DISCUSSION = 151
LITERATURE CITED = 155
Figures = 158
Tables = 160
Appendices = 162
Acknowledgement = 210