Introduction and Expression of PAP gene using Agrobacterium in Scrophularia buergeriana Miquel

Agrobacterium을 이용한 PAP 유전자의 현삼으로 도입 및 형질발현

Exogeneous application of pokeweed antiviral protein (PAP), a ribosomal-inacivating protein in the cell wall of Phytolacca americana (pokeweed) protects heterologous plants from viral and fungal infection. A cDNA clone of PAP introduced into Scrophularia buergeriana Miquel by thransformation with Agrobacterium tumefaciences. For plant transformation, explants were precultured on shoot induction medium without kanamycin for 2-5 day, and then they were cocultured with Agrobacterium for 10 minutes. The explants were placed on co culture medium in dark condition, $28^{\circ}C$ for 2days. After explants were washed in MS liquid medium, they were transferred into selection medium including kanamycin 50mg/L (MS salts+1mg/ l BAP+2mg/ l TDZ+0,2mg/ l NAA+MS vitamin+3% sucrose+0.8% agar, pH5.8). From PCR analysis, NPT II band was confirmed in transgenic plant genome and showed resistance against fungi in antifungal activity test. Micro assay to which protein extracted from transgenic line were added, revealed hyphae growth inhibition and no spore germination at high concentration. The characteristics of inhibited hyphae was represented transparent and thin. Expression of PAP in transgenic plants offers the possibility of developing resistance to viral and fungal infection.

현삼의 기내배양에서 낮은 농도의 2,4-D(0.01, 0.1mg/l) 와 TDZ(0.01, 0.1, 2.0mg/l)이 조합처리시 shoot 분화가 좋았으나, 2,4-D의 농도가 높아질수록 TDZ과 조합처리시 shoot 분화가 저조 하였다. 형질전환 확인을 위한 PCR 분석에서 선발표지 유전자로 사용되는 NPT II gene의 확인하였는데 형질전환되지 않은 식물체에서는 나타나지 않는 DNA 절편이 형질전환 식물체에서 나타났으며 kanamycin 50 mg/ l 첨가된 배지에서 선발된 식물체에서 NPT II gene(700bp)이 plant genome 안으로 삽입되었음을 확인하였다. 형질전환 식물체의 항균활성 검정에서는 Asperigillus awamori에 대해 대조구 식물체와 같이 항균성이 없는 것으로 나타났으나 항바이러스성 단백질인 PAP가 도입된 식물체에서는 $IC_{50}$의 값이 Asperigillus awamori에 대해서 각각 $320\;{\mu}g/ml$ 과 $300{\mu}g/ml$, C. herbarum에 대해서도 $IC_{50}$ 값이 $80{\mu}g/ml,\;100{\mu}g/ml$로 높은 항균성을 나타내었다. 형질전환 식물체와 형질전환되지 않은 식물체를 대상으로 SDS-PAGE를 수행하여 본 결과 감염된 형질전환되지 않은 잎과 감염되지 않은 잎에서는 나타나지 않는 30kDa의 분자량을 가지는 새로운 band가 PAP유전자에 의하여 형질전환된 식물체에서 각각 확인되었다. Asperigillus awamori의 경우에 PAP 형질전환체의 단백질을 첨가한 경우 모두 포자가 발아가 억제 되었고 균사생장이 지연되었으며 균사가 생장되더라도 포자와 생장하는 균사가 투명하여졌으며 생장하는 균사의 굵기도 가늘어지는 특성을 나타내었다. 병원균 접종 후 생육조사에 의하면 형질전환 식물체가 초장과 지상부, 지하부의 생체 중에서 모두 형질전환 되지 않은 식물체보다 다소 높게 나타났다. Fusarium에 의한 전형적인 병징인 뿌리썩음 병과 유관속 시들음 증상이 형질전환 되지 않은 식물체에서 병징의 scale은 3.2와 3.0으로 나타나는 반면 형질전환된 식물체에서는 2.0과 2.5으로 비교적 낮게 나타났다.