Plant cells from which the cell walls have been enzymatically or mechanically removed are called protoplasts. The protoplasts are theoretically totipotent and can be used as sources of somatic cell fusion in practical breeding programs. Wild Solanum species have often been used as sources of important agricultural traits including diverse disease resistance. However, they cannot often be directly applied to breeding programs due to their sexual incompatibility with S. tuberosum. Somatic hybridization via protoplast fusion is one of the ideal methods to overcome this limitation and to introgress certain traits into S. tuberosum. This technique has still widely been used in potato since the first fusion was reported in 1970s. Therefore, this review highlights general perspectives of protoplast fusion and discusses the application of protoplast fusion in potato breeding.

산화질소(nitric oxide: NO) 공여체인 $100{\mu}M$ sodium nitroprusside (SNP)를 배추 잎에 전처리한 후 이어서 $2{\mu}M$ paraquat (PQ)처리 시, PQ에 의해 유도된 산화적 손상에 대한 잎의 내성이 효과적으로 증진되었다. 24 시간 광 배양기간 동안 PQ 단독 처리구 잎에서는 생체량, 엽록소 및 단백질 함량이 현저하게 감소하였으나 PQ 노출 전에 3시간 SNP 전처리로 이들 잎 손상이 의미 있게 완화되었다. 게다가 PQ 처리에 기인된 malondialdehyde (MDA)와 $H_2O_2$ 함량 증가도 SNP 전처리에 의해 유의하게 억제되었다. 잎에서 이들 PQ 독성에 대한 SNP의 방어효과와 관련하여 ascorbate-glutathione 회로 구성 효소의 활성도 변화를 조사하였다. PQ 단독 처리구에서 APX, DHAR 및 GR 효소 활성도는 배양 6시간후에 급격히 감소되어 대조구 잎과 비교 시 각각 대조구의 19%, 50%, 39% 수준의 활성도 값을 보였다. 그러나, 이들 효소 활성도 값 감소는 SNP 전처리에 의해 현저하게 억제되어 6시간 배양 후에 PQ 단독처리구 보다 각각 5배, 2배, 1.5배 높은 값을 나타내었다. 또한, 그 이후 24시간 배양 때까지 PQ 단독 처리구보다 계속 높은 활성도를 보이면서 점차로 감소하였다. 이들 결과로부터, PQ에 노출된 배추 잎에서 SNP 전처리에 의한 ascorbate-glutathione 회로의 활성화가 $H_2O_2$의 축적을 억제하며 그로인해 PQ에 의해 유도된 산화스트레스로부터 잎을 방어하는 것으로 생각되었다. 동시에 이 들 결과는 산화질소가 배추 잎에서 PQ 스트레스에 대한 항산화 방어자로서의 역할을 하는 것을 의미한다.

식물생명공학 연구에 있어서 모델 식물인 Arabidopsis thaliana (애기장대)와 아주 유사한 염생 식물인 salt cress (Thellungiella halophila 또는 Thellungiella parvula)는 고염 스트레스에 대하여 강한 내성을 가지고 있다. 본 연구에서는 고염에 저항성을 가지는 유용유전자를 선별하기 위하여, 200 mM NaCl을 처리한 T. halophila 또는 T. parvula 식물로부터 mRNA를 분리하여 cDNA library를 작성하였다. Full length cDNA library를 Agrobacteria-methods 형질전환 방법에 필요한 binary vector pool을 작성하고 Arabidopsis에 형질전환 시켰다. 형질전환되어진 Arabidopsis를 항생제 Basta 선별을 통하여 형질전환체 pool을 구축하였다(305,400 종자). 이와 같은 방법을 통해 구축 되어진 pool중에서 168,500 종자를 이용하여 고염 스트레스 조건하에서 종자 발아율과 뿌리 생장 촉진되는 현상이 나타나는 내염성 형질전환체를 1차 선별하였다(7,157 개체; 4.24%). 1차 선별된 형질전환체 중에서 1,551개체를 이용하여 2차 선별을 수행하여 내염성 형질전환체 165 개체를 확보하였다(10.6%). 선별된 형질전환체 중 대부분 개체는 고염 스트레스에 대응하여 종자 발아 및 뿌리 생장 모두 야생형보다 촉진된 표현형을 보였다. 그 중 몇 몇의 형질전환체는 야생형에 비하여 특이적인 기관 발달 현상이 나타났다. 예를 들면, 꽃과 줄기의 발달이 야생형과는 다른 표현형을 보이는 형질전환체가 선별되었다. 이렇게 스트레스에 내성을 가지는 형질전환체로부터 유전자 분리 방법을 통하여 해당 유용유전자를 확보할 수가 있다. 본 연구에서는 향후 halopyte 식물체를 이용하여 고염 뿐만 아니라 다양한 환경스트레스(건조, 냉해, 고열, 호르몬 등) 신호전달에 관여하는 유용유전자를 보다 쉽게 확보하는 방법을 제시함으로서, 환경재해극복에 관여하는 신호전달 기작을 보다 쉽게 이해할 수 있을 것으로 사료된다.

장미 형질전환체를 개발하기 위한 유전자 도입 재료로써 5 ~ 6년 이상 장기간 유지 증식된 장미 배발생캘러스의 이용 가능성이 확인되었다. 2007년 및 2009년에 각각 처음으로 기내 뿌리유래 캘러스로부터 유도된 후 유지 증식배지에서 계대배양 해 온 장미 '스위트 옐로우' 품종 및 KR056002와 KR056006 2계통 유래 배발생캘러스로부터 식물체의 재분화 능력을 확인하였다. 장기간 계대배양 된 배발생캘러스로부터 신초의 모습을 갖춘 식물체로 재분화 되기까지 소요기간 및 재분화율은 '스위트옐로우' 품종은 3 ~ 4개월, KR056002 및 KR056006은 4 ~ 5개월로, 이들 배발생캘러스가 기내뿌리로부터 처음으로 배발생 된 후 최초 신초 재분화 때와 동일한 양상이었다. 또한 체세포배발생캘러스의 유지 증식을 위한 계대배양과정에서 발생되는 비정형체 위에 새로운 배 및 배발생캘러스가 유도되었다. 이 비정형체는 새로운 배발생캘러스를 유도할 수 있는 재료로서 이용될 수 있을 것이다.

희귀 멸종위기 식물인 미선나무를 재료로 기내 증식 및 발근에 미치는 광질 및 절편체(정아지 및 액아지) 효과를 조사하였다. 광질은 냉백색 형광등(F), 100% 청색광 LED(B), 혼합광(BR; 50% blue LED+50% red LED) 및 100% 적색광(R)을 사용하였다. 줄기의 증식은 절편체 종류에 따른 뚜렷한 차이를 보이지 않았으나 광질에 따른 차이를 보였다. 전반적으로 줄기의 증식은 청색광 및 혼합광에서 촉진되는 것으로 나타났으며, 특히 청색광에서는 일부 절편에서 발근이 이루어 졌다. 줄기의 생장 역시 광질에 따른 현저한 차이가 없었다. 적색광에서 줄기 신장이 촉진된 반면 잎의 발달은 저조하였다. 발근은 전반적으로 광질에 관계없이 정아지가 액아지보다 양호하였고, 뿌리수도 증가하였으나 혼합광에서는 발근이 억제되었다. 한편 적색광에서는 뿌리의 발달이 매우 부진하여 다른 광질과 유의적인 차이를 보였다. 발근유도 시 줄기는 주로 단일 줄기로 자랐다. 이상의 결과를 볼 때 LED를 이용한 미선나무의 기내번식은 정아지를 절편으로 청색광 및 혼합광 LED (BR) 하에서 배양함이 좋은 것으로 나타났다.

희귀 식물 제주황기의 기내번식법 확립을 목적으로 줄기증식 및 발근을 시험하고 배양과정에서 나타나는 잎의 과수화 현상을 조직학적으로 조사하여 다음의 결과를 얻었다. 줄기유도 시 BA 및 kinetin의 처리는 다경유도 효과가 뚜렷하지 않았으며 대부분 단일 줄기로 자랐다. 하지만 BA 처리는 마디 수의 증가를, kinetin 처리는 줄기의 신장을 각각 촉진하는 효과가 있었다. 과수화(hyperhydration)된 잎은 정상 잎에 비하여 세포의 크기가 크고 책상조직의 발달이 부진하였으며, 세포의 배열이 불규칙하였다. 특히 과수화 잎의 세포는 세포 내 전분의 축적이 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 기내발근은 세 가지 배지(B5, MS, WPM) 가운데 B5 배지가 양호하였으며, 0.1 mg/L IBA 처리 시 최고의 발근율을 보였다. 발근에 미치는 절편체 위치효과(정아지 혹은 액아지)는 통계적 유의 차가 없는 것으로 나타났다. 기외삽목 발근은 0.5% IBA 분말 처리로 65%까지 발근되어 기내발근 보다 저조하였으나, 차후 생존율은 더 좋은 것으로 나타났다. 이상의 결과는 제주황기의 기내번식이 가능함을 시사하며, 이 식물의 기내 및 기외보존의 방법으로 사용될 수 있음을 보여주었다.