In the dark, plants display hypocotyl negative gravitropism to reach the light. Plants red/far-red light receptor,
phytochrome is known to regulate hypocotyl negative gravitropism. In light condition, activated phytochrome inhibits hypocotyl gravitropism by inhibiting starch-filled amyloplasts, which are important for gravity sensing in plants. In the dark, phytochrome is inactivated therefore, downstream transcription factor PIF1 maintains starchfilled
amyloplasts and promotes hypocotyl gravitropism. To identify how PIF1 regulates amyloplast formation and hypocotyl gravitropism, we performed EMS mutagenesis, and isolated mutants which showed disrupted gravitropism. Among them, those that not only showed disrupted gravitropism but also had defect in amyloplast formation were named as rgv1. Through the whole-genome sequencing, RGV1 was allelic to previously reported ESV1 which is known to regulate starch accumulation at dawn. RGV1 exists in various starch-synthesizing organisms including rice, potato and even liverwort. We figured out these orthologs are functionally conserved. Also, in rice rgv1 mutant, starch accumulation in leaves, granule, and root was significantly decreased.
암조건에서 식물은 빛을 향해 자라기 위하여 배축 음성 굴중성을 보인다. 이러한 굴중성은 식물 광수용체인 피토크롬에 의해 조절된다. 선행 연구에 따르면, 피토크롬은 빛 조건에서 활성화되어 식물이 중력의 방향을 인지하는데 필요한 녹말체를 분해시켜 굴중성을 억제한다. 암 조건에서 피토크롬은 활성화되지 못하고 피토크롬 신호전달 하위 유전자인 PIF1이 배축 내피 조직에서 녹말체 분해를 막아 식물이 중력의 방향을 인지할 수 있게 되고, 굴중성을 보인다. PIF1이 배축의 내피 부분에서 어떤 신호 전달 경로를 통해 녹말체 형성과 굴중성을 촉진하는지 알아보고자 약물을 처리하여 돌연변이 생성을 유도하였으며 배축 음성 굴중성을 보이지 못하는 돌연변이들을 선별하였다. 돌연변이들 중에서 굴중성 뿐만 아니라 녹말체 형성까지 문제가 생긴 돌연변이체를 rgv1이라고 명명하였으며, 전체 게놈 분석 결과 이 돌연변이체가 새벽 시간에 녹말 양을 조절하는 것으로 알려진 ESV1 유전자에 돌연변이가 일어난 것을 확인하였다. RGV1 유전자는 녹말을 합성하는 쌀, 감자 등과 같은 다른 식물들 뿐만 아니라 우산이끼류에도 존재하며 이들이 기능적으로 매우 유사하다는 것을 밝혔다. 또한, 쌀에서도 rgv1 돌연변이체가 잎, 낟알, 뿌리와 같은 기관에서 녹말의 양이 감소했음을 밝혔다.
