Introduction of Shiva Gene into tobacco and Potato Using Tissue-Specific Tomato PAL Promoter

조직특이성 promoter를 이용한 Shiva 유전자의 식물체내 도입

In this study we tried to transform an antimicrobial peptide gene (Shiva) under the promoter of tomato phenylalanine ammonia-lyase (tPAL5) into tobacco and potato plants. Antimicrobial peptide gene was isolated originally from giant silk moth (Hyalophora cecropia) and modified ie nucleotide sequence to increase antimicrobial activity. Transgenic tobacco plants were regenerated and their seeds were tested on the media containing kanamycin (500 mg/L). The results of PCR amplification and genomic Southern blot hybridization confirmed the integration of construct (tPAL5 promoter-Shiva-NOS-GUS-NOS) into chromosome. We observed that one of the transgenic tobacco plants showed chromosome rearrangement when integrated. In case of potato transformation, the efficiency of regeneration was maximized at the medium containing Zeatin 2mg/L, NAA 0.01mg/L, GA$_3$ 0.1mg/L. We also observed the high expression of GUS (${\beta}$-glucuronidase) enzyme which was located next to the terminator sequence of nopaline synthase gene (NOS) in the vascular tissue of stem, leaves of transgenic potatoes. This result suggested that a short sequence of Shiva gene (120 bp) and NOS terminator sequence might be served as a leader sequence of transcript when translated.

본 연구에서는 상처, 병원균의 침입 등에 의하여 발현양이 크게 증폭되는 토마토 PAL유전자의 promoter에 giant silk moth(Hyalophora cecropia)로부터 분리한 lytic gene의 genetic code를 일부 변경한 Shiva 유전자를 부착하여 담배, 감자 등의 작물에 형질전환을 시도하였다. 형질전환된 담배로부터 얻은 종자에 대한 kanamycin저항성 유전자의 유전분석, PCR 증폭 혹은 genomic Southern blot hybridization에 의하여 tPAL5 promoter-Shiva fusion gene의 염색체내로의 integration을 확인하였다. Kanamycin 저항성 유전자의 유전분석에서 선발된 7개체를 PCR 분석 실시한 결과 모든 개체가 positive임이 확인되었으나, genomic Southern blot Hybridization으로는 4개체가 negative로 나타났다. 특히 한 개체의 경우는 chromosome rearrangement 현상이 일어난 것으로 추정되었다. 감자의 경우는 남작(Irish Cobbler) 품종이 Zeatin 2.0 mg/L NAA 0.01 mg/L, GA$_3$ 0.1mg/L을 포함한 배지에서 callus형성율 및 shooting율이 가장 높아서 재분화된 형질전환체를 얻을 수 있었다. 한편 GUS 유전자는 Shiva 유전자의 3' 말단에 존재하는 NOS terminator 때문에 translation까지의 발현이 어려울 것으로 예상되었으나 형질 전환하지 않은 담배에서보다 10배 이상의 GUS활성을 나타내었다. 또한 감자 조직에 X-gluc을 사용하여 GUS($\beta$-glucuronidase)의 기질로 작용하게 하여 효소활성 자리를 염색한 결과 줄기, 잎, 뿌리 등의 도관 조직에 다량 발혈됨을 확인할 수 있었다.