Although previous approaches for plant immune enhancement focused on using chemical or biological agents, recent studies surely suggested that sound vibration (SV) as a physical trigger also could induce plant resistance. Induced resistance is a complicated process containing epigenetic regulation while SV-mediated induced resistance has only been reported based on phenomenological changes, research on epigenetic aspects has been unexplored. Here, we perform integrative analyses of chromatin-immunoprecipitation (ChIP)-seq, microRNA (miRNA)-seq, and RNA-seq regarding the SV-mediated epigenetic changes in Arabidopsis against a root bacterial pathogen, Ralstonia solanacearum. My results revealed that the modification of H3K27me3 largely overlaps with binding sites of upstream of glucosinolate and cytokinin-regulated genes that modulate plant immunity. In addition, out of miRNAs that are differently expressed in SV-exposed plants, miRNA397b up-regulates lignification-related genes leading to cell wall reinforcement. Taken together, my study provides new insight into sound-elicited regulation of secondary metabolites, hormone, and cell wall against R. solanacearum through the epigenetic dynamics with regard to directing transcriptional re-programming.
지금까지 식물의 면역 강화를 위한 연구는 화학물질 및 생물학적 유도 인자를 이용한 방법에 초점을 맞추어 왔지만, 최근 연구들은 물리적 유도 인자인 음파를 이용하여 식물의 면역을 유도할 수 있다는 증거들이 제시되었다. 식물의 면역 유도 현상은 후성유전학적 조절을 포함하는 복잡한 과정이지만, 음파에 의한 면역 유도는 아직까지 현상학적 변화에 기초한 연구에 초점을 맞추어 후성유전학적 관점의 연구는 미비했다. 본 학위논문에서는 애기장대를 이용하여 음파에 의해 조절되는 후성유전학적 변화를 분석하고, 토양 병원균인 Ralstonia solanacearum에 대한 식물 뿌리 면역 기전을 이해 하고자 하였다. Chromatine Immunoprecipitation-sequencing, microRNA-seq 및 RNA-seq의 통합 분석을 통하여 음파에 의한 H3K27me3 변형이 글루코시놀레이트 및 사이토키닌 관련 유전자들을 조절하는 것을 발견하였다. 또한, 음파에 의해 조절되는 miRNA397b는 리그닌 생합성 관련 유전자 발현 및 식물체내 리그닌 함량을 증가시켰다. 본 학위 논문은 기존에 알려지지 않았던 물리적 자극인 음파를 이용하여 식물 뿌리의 대사산물, 호르몬 및 세포벽을 후성유전학적으로 조절함으로써 토양 전염성 병원균에 대한 식물 면역을 증강시킬 수 있다는 새로운 사실을 보고한다.
