Heterosis or hybrid vigor describes a phenomenon that superior phenotypes compared to the two parents are observed in the heterozygous $F_1$-hybrid plants. Identification and characterization of heterosis-related genes (HRGs) will facilitate hybrid breeding in crops. To identify HRGs in Brassica rapa, we analyzed transcriptome profiling using a Br300K microarray in non-heading Chinese cabbage at three developmental stages. A large number of genes were differentially expressed in $F_1$ hybrids and non-additive expression was prominent. Genes that are expressed specifically for $F_1$ hybrid at all three stages were Brassica-specific uncharacterized genes and several defense-related genes. Expression of several photosynthesis- and stress-related genes were also $F_1$ hybrid-specific. Thirteen NBS-LRR class genes showed high and specific expression in $F_1$ hybrid Shulu: some of them were characterized as defense genes in Arabidopsis, but most have not been. Further characterization of these defense-related genes in Brassica species and its application will be helpful for understanding the role of defense responses in heterosis. In addition, results obtained in this study will be valuable to develop molecular markers for heterosis and disease resistance in B. rapa.

식용작물, 사료, 잔디를 포함하는 모든 작물은 건조, 염, 저온, 고온 등의 여러 가지 환경스트레스의 영향을 빈번히 받기 때문에 작물의 생산성이 떨어지게 된다. 식물은 환경스트레스 상황에서 스스로 벗어날 수 없다. 따라서 식물은 환경 스트레스를 극복하는 방향으로 진화하였다. ARF, ABI3, NAC, HSF, WRKY 같은 환경 스트레스에 반응하는 유전자들이 식물에서 보고되었다. 이 유전자들은 환경스트레스에 반응하는 전사인자로, 식물의 스트레스반응 경로에 연관되어 있다. OsWRKY76의 경우에는 저온 및 병원균에 대한 내성을 증가시켰고, AtWRKY28 의 경우 여러 가지 환경스트레스에 관련이 있는 것으로 보고되었다. 들잔디는 정원이나 골프코스에서 가장 흔하게 사용되는 잔디이다. 하지만 들잔디에서는 아직 WRKY 유전자가 알려지지 않았다. 본 연구에서는 들잔디로부터 1개의 WRKY domain을 포함하는 ZjWRKY3, ZjWRKY7 를 분리하였다. ZjWRKY3과 ZjWRKY7은 저온, 건조, 염 스트레스에 발현이 증가하였다. 들잔디의 갈색퍼짐병을 일으키는 R. solani의 감염이 ZjWRKY3과 ZjWRKY7의 발현을 증가시켰다. 또한 ZjWRKY3, ZjWRKY7이 Zjchi 유전자 promoter의 W-box에 결합하여 전사를 조절한다는 사실을 확인 하였다. 따라서 ZjWRKY3, ZjWRKY7 유전자는 전사인자로서 환경스트레스 및 병원균 관련 하위 유전자들을 조절할 것으로 예상된다.

Photoperiod is one of the factors affecting productivity of cucumber plant by inducing ethylene hormone production and so triggering flower sex differentiation into female flower. However, only few studies have been perfomed in order to reveal the effect of photoperiod in molecular level in relation to the flower differentiation. Therefore, in this study, Mercy cultivar of cucumber (andromonoecious) was treated with photoperiod of 8, 12, 16 hours of light, while control received no treatment of additional light. Photoperiod of 8 hours was achieved by blocking the sunlight with shade net and 16 hours by giving longer light exposure using white LEDs. Cucumber's flowers were quantified and the apical and lateral shoots were extracted to evaluate the gene profile related to the photoperiod, ethylene production, and female flower differentiation, which were CsACS2, CsETR1, CsCaN, and CsPIF4 using PCR method. Photoperiod of 8 hours affected the production of female flower with average number of 6.7 flowers in main stem and 8.0 flowers in lateral stem, compared to photoperiod of 12 and 16 hours which produced 3.7 and 2.0 flowers in main stem with 7.0 and 11.3 in lateral stem, respectively. In silico studies in this experiment resulted in proposed model of signal transduction that showed the connection between ethylene production and flower differentiation. PCR analysis confirmed the expression of CsACS2, CsETR1, and CsCaN, that was positively correlated with numbers of female flowers in cucumber, but the expression of CsPIF4 that represent photoperiod haven't been confirmed correlated with the ethylene production and flower differentiation.

Cudrania tricuspidata Bureau is a widely-used, medicinal, perennial and woody plant. Obtaining information about the genetic diversity of plant populations is highly important with regard toconservation and germplasm utilization. Although C. tricuspidata is an important medicinal plant species registered in South Korea, no molecular markers are currently available to distinguish Korean-specific ecotypes from other ecotypes from different countries. In this study, we developed single nucleotide polymorphism (SNP) markers derived from the chloroplast and nuclear genomic sequences, which serve to to identify distinct Korean-specific ecotypes of C. tricuspidata via amplification refractory mutation system (ARMS)-PCR and high resolution melting (HRM) curve analyses. We performed molecular authentication of twelve C. tricuspidata ecotypes from different regions using DNA sequences in the maturaseK (MatK) chloroplast intergenic region and nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacer (ITS) regions. The SNP markers developed in this study are useful for rapidly identifying specific C. tricuspidata ecotypes from different regions.

벼 품종의 DNA profiling을 위하여 SSR 마커를 활용하여 한국 벼의 품종판별 기술 확립을 위하여 국내에서 육성된 벼 243개 품종에 대하여 최종 선발된 7개의 SSR 마커(RM21, RM257, HsSSR01-52, RM333, RM580, RM1306, RM157)를 이용하여 판별하였다. 판별용으로 이용된 SSR 마커 7개의 총 대립인자 수는 130개였으며, 대립인자 수의 범위는 10 ~ 32개이었고, 평균 대립인자 수는 18.57이었다. PIC 값은 0.679 (HsSSR01-52) ~ 0.895 (RM333)의 범위이었으며, 평균 PIC 값은 0.774이었다. SSR 마커 7개의 조합으로 6단계의 판별을 통해 총 243개 품종 중 243개 모든 품종의 구별이 가능하였다. 이와 같은 결과, 본 연구에 이용된 SSR 7개 마커는 한국 벼 품종의 판별과 순도유지에 매우 효율적으로 이용할 수 있을 것으로 여겨진다.

식물의 유일한 활성 스테로이드 호르몬인 Brassinosteroid (BR)는 다양한 내재적 또는 외부 신호 전달 경로와의 통합적인 결합을 통해 식물의 생장 및 발달 과정에서 중요한 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 최근 식물학 연구들은 종자의 발아와 초기 발달과정에서 BR과 ABA 사이의 필수적인 상호작용 메커니즘이 존재하고 있음을 보고하고 있다. 하지만 이들 두 호르몬의 중요한 신호전달 상호작용에 대한 분자 메커니즘은 거의 알려지지 않았다. 식물의 초기 발달과정에서 BR에 의해 매개되는 ABA 신호전달과의 기능학적, 생물학적 상호작용 네트워크를 이해하기 위해 Agilent Arabidopsis $4{\times}44K$ 올리고 칩을 사용하여 비교 전사체 분석을 수행하였다. ABA에 반응하지 않는 bes1-D 돌연변이체에서의 ABA 처리에 따른 다양한 유전자의 발현 패턴을 야생형 식물과 비교 분석하였다. 그 결과 발현의 변화가 발생하는 유전자(DEGs) 2,353개를 확인하였다. GO 분석을 통해 ABA 신호전달 및 대사에 관여하는 유전자들이 BR 신호전달 경로에 의해 하향 조절되는 것으로 확인되었다. 뿐만 아니라, BR 신호전달 경로는 다양한 비생물학적/생물학적 스트레스, 오옥신 및 ROS 등 다양한 신호전달 체계와 밀접하게 연관되어 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 BR 신호전달의 활성화는 ABA 신호전달에 관여하는 다양한 유전자들의 발현을 억제함을 확인하였다. 또한 본 연구는 다양한 신호 경로 사이의 상호작용이 다양한 환경요인에 대한 식물의 적응 반응에 중요하게 작용할 수 있음을 보여주고 있다.

GROWTH-REGULATING FACTOR (GRF) genes encode plant-specific transcription factors containing two conserved QLQ and WRC domains and play critical roles in regulating the growth and development of lateral organs, such as cotyledons, leaves, and flowers. To explore the agricultural potential of Brassica rapa GRF genes (BrGRFs), the researchers isolated seven BrGRFs (BrGRF3-1, 3-2, 5, 7, 8-1, 8-2, and 9) and constructed BrGRF-overexpressing Arabidopsis thaliana plants (BrGRF-OX). BrGRF-OX plants developed larger cotyledons, leaves, and flowers as well as longer roots than the wild type. The increase in size of these organs were due to increases in cell number, but not due to cell size. BrGRF-OX plants also had larger siliques and seeds. Furthermore, BrGRF-OX seeds produced more oil than the wild type. RT-PCR analysis revealed that BrGRFs regulated expression of a wide range of genes that are involved in gibberellin-, auxin-, cell division-related growth processes. Taken together, the data indicates that BrGRFs act as positive regulators of plant growth, thus raising the possibility that they may serve as a useful genetic source for crop improvement with respect to organ size and seed oil production.

Water temperature is one of the major factors that impacts the growth and life cycle of Pyropia tenera, one of the most valuable and cultivated marine red algae belonging to Bangiales (Rhodophytes). We analyzed transcriptome from gametophyte of P. tenera under normal and high temperature conditions, and identified four small heat shock proteins (sHSPs). They have no significant amino acid sequence homology with known proteins in public databases except PhsHSP22 from Pyropia haitanensis. PtsHSP19.3 gene responded to high temperature but slightly or not to desiccation, freezing or high salt condition. When the PtsHSP19.3 gene was overexpressed in Chlamydomonas reinhardtii, transformed Chlamydomonas lines revealed much higher growth rate than that of control cells under heat stress condition. Transformed cells also grew well in those of the control cell onto the medium containing high salt or $H_2O_2$. When the PtsHSP19.3 was fused to GFP and introduced into tobacco protoplast, fluorescence was detected at several spots. Results indicate that PtsHSP19.3 may form super-molecular assembles and be involved in tolerance to heat stress.

지구온난화로 인해 온도 상승에 따른 고온 스트레스는 전세계 많은 지역에서 농업적으로 문제가 되어 세계 3대 곡물인 벼의 생산에 피해가 크게 나타나고 있다. 식물은 생장하면서 다양한 환경스트레스에 노출되며, 이러한 스트레스는 작물의 생장, 발달, 수확량 등에 영향을 미친다. 본 연구는 벼의 안정적인 생산성을 높이기 위해 벼 유래 OsOPT 유전자를 이용한 형질전환 후대에서 고온 조건하에서도 생육이 가능한 계통을 선발하여 그 특성을 살펴보았다. 먼저, OsOPT10 유전자 도입 형질전환 벼를 이용하여 고온 처리에 따른 저항성 계통을 선발하고, 선발된 계통의 생리적 특성을 분석하였으며, 분자적 특성을 qRT-PCR을 통해 유전자의 발현 양상을 분석하였다. 고온 스트레스에 의한 세포막 피해 정도를 알아보기 위해 전해질 누출(electrolyte leakage), 삼투조절제 역할을 하는 수용성 당 및 proline 함량 분석을 하여 대조구와 비교분석 하였다. 본 실험에서 고온 처리에 의한 가용성 당 함량의 변화는 OsOPT10-16 형질전환 벼를 제외하고 OsOPT10-1와 OsOPT10-7 계통이 WT 보다 당 함량이 높게 나타났다. 모품종 동진에 비해 형질전환 벼 계통의 EL 값이 낮게 나타난 것과 가용성 당 함량이 비슷하거나 높게 나타난 것으로 보아 OsOPT10 형질전환 벼가 고온 스트레스에서 저항성 반응을 나타낸 것으로 판단하였다.

본 연구는 참다래(Actinidia spp.) 유전자원의 유전적 다양성을 평가하기 위하여 재배품종 및 국내 외에서 수집한 참다래 61점을 대상으로 RAPD와 SRAP 분석을 수행하였다. RAPD 분석에서 40종의 선발 primer를 이용하여 230개의 다형성 밴드를 얻었으며, 평균 다형성 밴드 수는 5.75개였다. 32종의 primer 조합을 이용한 SRAP 분석에서 204개의 다형성 밴드를 획득하였고, 평균 다형성 밴드 수는 6.38 개였다. RAPD와 SRAP 분석에서 획득된 434개의 다형성 밴드를 이용하여 비가중 평균결합 방식으로 집괴분석한 결과 유전적 유사도 지수 0.680을 기준으로 3개의 그룹으로 분류되었다. 제1그룹에는 A. deliciosa와 A. chinensis에 속하는 품종과 A. deliciosa ${\times}$ A. arguta, A. chinensis ${\times}$ A. arguta, A. chinensis ${\times}$ A. deliciosa의 교잡종에 속하는 46점의 유전자원이 포함되었다. 제2그룹에는 A. arguta에 속하는 유전자원 7점과 A. arguta ${\times}$ A. deliciosa의 교잡종인 '스키니그린'이 포함되었다. 제3그룹에는 A. rufa, A. hemsleyana, A. macrosperma, A. polygama, A. eriantha 종에 속하는 유전자원 7점이 포함되었다. 참다래 유전자원 간 유전적 유사도 값은 0.479~0.991의 범위로 평균 유전적 유사도는 0.717이었다. 가장 높은 유사도 값(0.991)을 나타낸 유전자원은 NHK0038(A. deliciosa)과 NHK0040(A. deliciosa) 간이었고 가장 낮은 유사도 값(0.479)을 나타낸 유전자원은 '헤이워드'(A. deliciosa)와 K5-1-22(A. arguta) 간이었다.

The need to preserve and use plant genetic resources is widely recognized, and the prospect of dwindling plant genetic diversity, coupled with increased demands on these resources, has made them a topic of global discussion. In the present study, the genetic diversity and population structure of 73 ginseng accessions collected from six regions in China were analyzed using eight simple sequence repeat (SSR) markers. Major allele frequencies ranged between 0.38 ~ 0.78, with a mean allele frequency value of 0.571. The number of alleles discovered ranged from 3 to 10 per accession, with a mean number of 7; 56 alleles were discovered in total. Gene diversity (GD) and polymorphic information content (PIC) values were similar to each other, and they ranged from 0.36 ~ 0.77 (mean 0.588) and 0.33 ~ 0.74 (mean 0.548), respectively. Accessions were divided into three clusters based on their phylogenetic relationships and genetic similarities, and although the populations were similar, they were not classified according to the region. Regional genetic diversity was also similar, with slight differences observed based on the number of accessions per region. It is expected that the findings of the present study can provide basic data for future studies on ginseng genetic diversity and for breeding ginseng cultivars.

현대적인 농업기계발달과 그에 따른 집약농업 발달은 토양압축을 야기하고 뿌리에 압박 스트레스를 가하여 생육을 저하시킨다. 뿌리에 압박스트레스를 작용하여 식물 생장발육에 영향과 생식의 변화 양상을 연구하기 위해 Kalanchoe pinnata를 사용하였다. K. pinnata는 잎의 가장자리에서 무성생식이 가능한 체세포 배를 형성하는 것으로 알려져 왔다. Kalanchoe pinnata의 뿌리 압박 효과를 고농도 agar 농도를 사용하여 외부 스트레스 요인에 따른 체세포 배 형성 및 기관분화 경향의 변화를 관찰하고 이러한 현상을 조직학적으로 연구 하였다. 스트레스 요인으로 배양배지에서 agar의 농도를 0.5%에서 1.5%까지의 범위로 조성하여 뿌리에 압박효과를 야기하였고, 이후 K. pinnata의 줄기와 잎 등을 microtechnique 방법으로 조직의 변화를 연구하였다. In vivo에서 K. pinnata는 수분부족 및 과도한 광조건에 의해 잎 가장자리에서 $2^{nd}$, $3^{rd}$ plantlet이 생성이 되는 것을 확인하였다. 기내배양 연구에서 agar의 농도가 낮을수록 개체 수의 증가 및 생체량의 증가가 빠르지만 잎 만곡부에서 plantlet의 발생은 나타나지 않는 경향을 나타냈다. 반면에 agar의 농도가 증가할수록 개체수의 증가가 낮은 경향을 나타났다. 또한 agar 1.5%의 배지에서만 잎에서 plantlet 발생현상이 나타났다. Agar 농도의 차이는 K. pinnata의 뿌리에 스트레스 요인으로 작용하여 무성생식의 양상이 뿌리에서 포기 나누기 방법에서 잎에서 소식물체 형성으로 변화하는 경향을 나타났다. 이는 뿌리 압박 효과가 스트레스로 작용하여 식물 생식 양상을 변화 시킬 수 있게 되는 것으로 사료된다.

본 연구는 자생 멸종위기 수생식물인 매화마름의 기내 증식에 미치는 배양환경(식물생장조절제, AC, sucrose)을 조사하기 위해 수행되었다. 효율적인 캘러스 유도조건을 알아보고자 IAA, NAA, IBA와 2,4-D가 각각 1 mg/L 첨가된 MS배지에 줄기절편을 치상한 후에 캘러스 형성율을 조사한 결과, NAA를 첨가한 배지에서 87%의 캘러스 유도율을 보였으며, IBA가 첨가된 배지에서 78%, 2,4-D가 첨가된 배지는 42%, IAA 첨가 배지는 34%의 순으로 조사되었다. NAA 처리 농도에 따른 캘러스 유도율은 0.5 mg/L의 NAA처리구에서 87.5%로 조사가 되었으나 1 mg/L의 NAA처리구와 유의적으로 차이를 보이지 않았다. 매화마름 캘러스 유래의 다신초 유도는 1.0 mg/L의 BA와 0.5 mg/L NAA 조합처리구에서 절편당 평균 47.6개로 가장 많이 유도되었다. 호르몬이 처리되지 않는 대조구에서는 캘러스 상태로 계속 유지되었다. 2,4-D의 조합처리는 절편당 평균 10개 미만의 다신초가 유도되었다. 매화마름 캘러스 유래의 다신초 신장에 미치는 AC (Activated charcoal)와 sucrose의 농도를 조사한 결과, 엽장(shoot length)은 200 mg/L AC처리구에서 평균 12.6 cm로 가장 긴 반면, 대조구는 평균 8.3 cm로 짧았다. 결과적으로 본 연구는 매화마름의 기내증식에 미치는 몇 가지 요인에 관한 구체적인 결과를 제시하였고, 이러한 결과는 향후 매화마름의 증식 및 보전전략 개발에 중요한 기초자료로 제공 될 것이다.

도라지(Platycodon grandiflorum (Jacq. A. DC.)에서 신초발생에 대한 최적의 호르몬 조건을 조사하기 위하여 잎 및 배축절편을 1.0 mg/L 2,4-D와 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 mg/L BA 또는 kinetin과 각각 조합 첨가한 MS 기본배지에 6주 동안 명 배양 하였다. 배양절편에 따라 신초발생율은 잎 절편에서 56.38%로 배축절편(28.20%)보다 높았다. Kinetin과 BA를 2,4-D와 조합첨가 하였을 때 kinetin의 경우 잎에서 70.38%로 BA (42.38%)보다 더 효과적이었으며, 반면 BA의 경우 배축에서는 35.56%로 kinetin (20.83%)보다 더 높은 빈도를 보였다. 가장 높은 신초형성 빈도(94.20%)는 1.0 mg/L 2,4-D와 1.0 mg/L kinetin이 조합첨가된 MS 배지에서 잎 절편을 배양하였을 때 얻을 수 있었다. 대부분의 신초는 1/2 MS기본배지에서 뿌리를 유도한 후 토양에서 완전한 식물체를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 최적의 기내배양 조건을 통해 도라지의 대량생산 가능성을 보여주었다.

Purple passion fruit (Passiflora edulis Sims) is one of the introduced tropical plants, an increasing interest has arisen due to its distinctive taste and attractive flavor. It is expected that passion fruit production and planted area will increase gradually in the years ahead because of high profitability and consumer's demands of healthful ingredients. So we tried to investigate the effect of plant growth regulators and antioxidants on in vitro plant regeneration and callus induction from leaf explants of passion fruit for an establishment of optimal mass propagation system. Young leaf explants of purple passion fruit were cultured in Murashige and Skoog (MS) medium containing different growth regulators and antioxidant additives to induce the shoot organogenesis. After 8 weeks, the highest embryogenic callus formation rate was obtained in MS medium supplemented with $1mg{\cdot}L^{-1}$ 6-benzylaminopurine (BAP) and $2mg{\cdot}L^{-1}$ 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), furthermore, the shoot development via organogenesis was also observed. Silver nitrate ($AgNO_3$), which was added into the medium to minimize the adverse effects of leached phenolics, was effective for reduction of medium browning and sudden explant death. In the medium supplemented with $1mg{\cdot}L^{-1}$ BAP and $1mg{\cdot}L^{-1}$ gibberellic acid ($GA_3$), shoots were most vigorously regenerated and elongated. Most shoots rooted successfully in half strength medium with $1mg{\cdot}L^{-1}$ indol-3 acetic acid (IAA), and more than 90% of plantlets survived after 4-month acclimatization period.

Cymbidium aloifolium (L). Sw. is an exquisite epiphytic orchid of the Kolli Hills (Eastern Ghats) of Tamil Nadu in Southern India. It is fast disappearing from its natural habitats due to deforestation and low germination rate in natural habitat. In the present study, an attempt was made to germinate the seeds from un-dehisced capsule of Cymbidium aloifolium (L). Sw under in vitro condition. The seed germination and protocorm development were recorded in three different well known media namely Knudson C (KC), Half strength Murashige & Skoog (1/2 MS) and Vacin & Went (VW) media. The highest seed germination of 90% was observed KC basal media after $30^{th}$ days whereas germination percentages were 40% and 30% on 1/2 MS and VW media respectively. The well-developed protocorm were transferred to KC media supplemented with 6-Benzyl Amino Purine (BAP) and Naphthalene acetic acid (NAA) where BAP (1.0 mg/l) and NAA (1.0 mg/l) together were found to be optimum for the highest shoot formation. About 90% of the shoots found to be well rooted after transfer to the KC medium differently supplemented with 1.5 mg/l Indole-3-acetic acid (IAA) and 1.0 mg/l Indole-3-butyric acid (IBA). Though rooting also took place in the two basic media but the duration was longer when compared with the hormone-supplemented media. The rooted plantlets were hardened and kept under greenhouse conditions which can be relocated in natural habitats.