본 연구에서는 제초제 저항성 bar 유전자 및 CP4-EPSPS 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환되고 항생제 마커 유전자를 포함하지 않는 제초제 복합 저항성 감자 식물체를 육성하고자 실험하였다. Bar 유전자를 포함하는 pCAMBIA3300에 CaMV35S 프로모터에 의해 조절되는 CP4-EPSPS 유전자를 도입하여 식물체용 발현 운반체를 제작하고, 이를 Agrobacterium tumafaciens EHA105에 도입하였다. 태동밸리 잎 절편체를 Agrobacterium과 공동배양한 다음, phosphinothricin 0.5 mg/L이 첨가된 배지에서 선발하고 호르몬 무처리 MS발근시켜 형질전환체 (E3-6)를 얻었다. PCR, Southern 분석, 효소면역반응 분석 등을 통해 두 가지 유전자가 도입되었으며 이들이 정상적으로 발현됨이 확인되었다. E3-6 식물체는 glufosinate-ammonium의 어린 식물체 잎 도포처리, glyphosate 용액에 치상한 식물체 조직에서의 shikimate 축적 여부 조사를 통하여 조사한 결과, 두 제초제에 대해 저항성을 나타내었다. 또한 형질전환감자의 전식물체에 대해 glyphosate와 glufosinate-ammonium 각각의 용액 또는 이들의 혼합물을 처리한 후 제초활성 반응을 조사한 결과, E3-6 형질전환 감자는 두 제초제를 각각 단독으로 처리할 때나 혼합하여 동시 처리할 때에도 동일한 저항성이 나타남을 확인하였다.
바이러스 설사병의 원인인 VP6유전자를 감자에 형질전환 시키기 위하여 CaMV 35S promoter와 kanamycin 항생제 내성을 갖는 식물발현벡터 pMBP-1에 subcloning하고, 이 재조합 벡터를 A. tumefaciens LBA4404에 도입시킨 후, freeze haw방법을 이용하여 감자에 형질전환 시켰다. 공동배양된 감자의 잎절편은 2,4-D가 2.0 mg/L첨가된 배지에서 2일간 배양 후, 0.01 mg/L NAA, 0.1 mg/L GA$_3$, 2.0 mg/L Zeatin, 100.0 mg/L kanamycin, 500.0 mg/L carbenicillin이 첨가된 선발배지에서 재분화시켰다. 이 때 유도된 신초는 100.0 mg/L의 kanamycin이 포함된 배지에 옮겨준 후, 왕성한 생육을 위해 MS 기본배지에서 다시 배양하였다. 기내배양시 외부유전자의 도입에 의한 외형적인 변화는 찾을 수 없었으며, 형질전환체는 NPT primer를 사용한 PCR방법으로 1차선별 하였다. DIG 표지된 probe를 이용하여 total RNA를 분석한 결과 개체별로 발현양의 차이는 있었으나, 95% 이상의 안정성을 보였고, genomic DNA를 추출해 Southern blot hybridization했을 경우 1~3개의 copy수를 보임으로써 형질전환 식물체에 외래유전자인 VP6유전자가 안정적으로 도입되었음이 확인되었다.
감자 품종 'Kennebec'과 육종 계통 ND 860-2의 잎 절편을 식물 생장조절제 indole acetic acid(IAA)와 zeatin riboside의 다향한 조합이 포함된 Murashige-Skoog 배지에서 배양하였다. 신초, 뿌리 및 캘러스가 다양한 식물생장조절제 조합으로부터 유기되었으며 두 품종 공히 $3.5mg{\cdot}L^{-1}$ IAA와 $4.0mg{\cdot}L^{-1}$ zeatin riboside를 포함한 배지에서 가장 많은 소식물체를 유기하였다. 뿌리가 유기된 재분화개체를 온실에서 재배한바 $7.0mg{\cdot}L^{-1}$ IAA와 $3.0mg{\cdot}L^{-1}$ zeatin riboside이 포함된 배지에서 재분화된 개체의 생육이 다른 처리구에 비해 유의성 있게 좋았다. ND 860-2의 경유 $3.5mg{\cdot}L^{-1}$ IAA와 $3.0mg{\cdot}L^{-1}$ zeatin riboside의 배지로부터 재분화된 개체의 잎에서 chlorophyll이 결핍되어 부분적으로 옅은 황색 부분이 나타나는 chimera를 발견하였으며 재분화개체로부터 tuber 수, 크기 및 무게 등 표현형의 변이가 나타났다.
감자 12품종의 내염성 비교를 위하여 NaCl 0, 75, 150, 225 mM을 처리한 MS배지에서 줄기 단일절편을 기내 배양하여 신초길이와 무게, 근길이 및 proline 함량 변화를 조사하였다. NaCl 처리에 따른 신초와 근생장의 품종 간 비교에 적정한 NaCl 처리농도는 75 mM이었다. NaCl 150 mM과 225 mM 처리에서는 신초의 로제트화 및 엽의 백화현상이 심하여 품종 간 비교가 어려웠다. 신초의 길이와 무게는 '대지', '수미', '자영', '하령'이 양호하였으며, '고운', '대서', '홍영' 등은 불량하였다. 근길이는 '서홍', '수미', '하령' 등이 양호하였던 반면, '고운', '대서', '대지', '조원', '추백' 등은 극히 미미하였다. Proline 함량은 모든 품종에서 NaCl 처리농도가 높을수록 증가하였으며 그 증가량은 신초와 근생장이 양호했던 품종들이 불량했던 품종보다 더 낮은 경향이었다. 이상의 결과로 볼 때 '수미'와 '하령'이 NaCl 처리배지에서 신초와 근생장 모두 양호하여 내염성이 강한 품종으로 판단되었으며, 이들 품종들을 활용한 추가 포장시험을 통하여 국내 간척지 등 염류화 토양에서도 감자재배가 가능할 것으로 기대된다.
본 실험은 감자괴경에 특이적으로 나타나는 patatin promoter에 의한 외부 도입 유전자의 발현 양상을 파악하고자 수행되었다. Patatin promoter에 의하여 GUS 유전자의 발현이 조절되도록 pATGUS 벡터를 제작한 후 Agrobacterium tumefaciens LBA4404를 이용하여 감자의 잎 절편에 형질전환하였다. 대조구로 GUS 유전자의 상시발현 벡터인 pBI121을 사용하였으며, 항생제를 포함한 재분화 배지에서 개체를 유도한 결과 8주 후부터 신초를 관찰할 수 있었다. NPTII 유전자의 삽입여부를 PCR로 검정한 후, 선별된 형질전환체의 소괴경 형성을 위해 sucrose 농도를 높인 배지에서 1주일 간격으로 줄기의 하단 부분을 배양하였다. 주별로 시료를 채취한 후, RNA gel blot 분석을 해 본 결과 CaMV35S promoter에 의한 GUS 발현은 소괴경의 전단계에서 고르게 발현되는 반면, 괴경-특이적인 patatin promoter의 경우 감자 줄기에서는 관찰이 어려웠고, 주별 발현율은 1주부터 5주까지는 점점 증가하다가 그 이후부터는 점차 감소함을 알 수 있었다. 또한, GUS의 효소활성 역시 mRNA의 발현율과 비례함을 알 수 있었다. 제시된 실험결과들로 보아 감자 괴경에서의 patatin promoter에 의한 GUS 유전자의 발현은 5주경에 가장 높게 나타났으며, 이러한 결과들로 보아 patatin promoter에 의해 감자 소괴경내로 도입된 외래 유전자의 발현을 확인하기 가장 좋은 시기는 소괴경 형성 후 5주째임을 알 수 있었다.
가을철 가지뽕 수확 후 가지의 절단부위 가운데 건증상을 띤 병$에서 Erwinia carotovora subsp. carotovora가 분리 동정되었다. 1)본 세균은 간장으로 4-8개의 주성모를 가진 0.4-0.8$\times$1.66-2.25$\mu\textrm{m}$ 크기의 임의혐기성 세균으로 감자,당근 절편을 $폐시키고 뽕나무에 강한 병워성을 갖고 있다. 2)King's B배지에서 난백색 균총을 형성하고 Gram 및 Inositol test 결과 음성반응, Pectin을 분해, Gelatin을 액화시켰다. 3)본 세균은 분류학적 특성이 Erwinia carotovora suasp. carotovora와 일치하였으며 일본에서 1978년에 보고된 바 있으나 국내 미기록 세균이다.
여러 계통의 PVY 외피단백질 유전자간에 상동성이 높은 부위에 위치한 primer 쌍을 이용하여 RT-PCR 방법으로 PVY 검정법을 개발하였는데 여러 line의 대서품종으로부터 764 bp의 PCR 산물이 합성되었고 이 절편을 sequencing한 결가 PVY의 유전자임을 확인하였다. 싹과 괴경 조직에서 RT-PCR에 의한 PVY의 검정의 민감도는 ELISA 방법보다 약 1,000배정도 높았다.
저온관련 유전자인 H28 유전자를 갖고 있는 Agrobacterium MP90균주를 Desiree와 Atlantie 감자 품종의 잎절편과 공동배양한 후 약 6-8주 후에 항생제가 첨가된 선발배지에서 multiple shoots를 얻을수 있었다. 선발된 형질전환체를 대상으로 PCR 방법을 이용한 NPT II 유전자와 H28를 확인한 결과 내한성유전자가 식물체의 genome에 안정적으로 삽입되었음을 확인하였고 northern blot 확인에 의하여 내한성 유전자가 발현됨을 확인하였다.
식물의 조직배양에서 가장 널리 이용되는 MS 배지 등의 무기성분은 종속영양에 적합하도록 조성되었다. 그러므로 이들 배지가 혼합영양이나 독립영양 배양에는 부적합 할 수 도 있다. 광혼합영양 미세증식에서 배지에 첨가되는 당의 수준은 낮추고 배양기의 광과 $CO_2$ 수준은 올리며, 광합성의 의한 탄소의 획득을 증진시키기 위해 열록소가 있는 절편체를 이용한다. Factorial 실험에서 유기물 (OM, $m^{-3}$ 배지당 각각 0.5g의 thiamine, nicotinic acid 및 pyridoxine과 100g ${\cdot}$$m^{-3}$ myo-inositiol)의 첨가(+)와 생략(_) 및 세 가지 수준의 당(0, 15 및 30 kg ${\cdot}$$m^{-3}$)이 감자 소식물체의 생장에 미치는 영향을 조사하였다. 단엽단절 절편체를 0.1${\times}$$10^{-4}m^{-3}$의 MS 아가(8 kg ${\cdot}$$m^{-3}$) 배지(증기소독 전 pH 5.80)배지가 담긴 유리 시험관(100mm${\times}$25mm)에 치상하여 직경 6mm의 가스투과 필터(5.1 air exchanges ${\cdot}$$h^{-1}$)가 부착된 투명한 필름으로 봉하여 배양하였다. 배양체는 27일간 $23^{\circ}C$, 50% RH에서 16 h ${\cdot}$$d^{-1}$의 명기 동안에 cool white 형광등으로 130${\mu}mol\;{\codt}\;m\;{\codt}\;s^{-1}$ PPFD의 광과 350-450${\mu}mol\;{\codt}\;mol^{-1}의CO_2$가 공급되는 배양실에서 배양되었다. 유기물이 공급된 처리(+OM)와 공급되지 않은 처리(-OM)에서 감자 소식물체의 생육은 유사하였으나 배지의 pH는 후자에서 0.2 더 낮았다. 배지에 첨가된 당의 수준이 증가할수록 건물중, % 건물율 및 경경은 증진된데 반해 신초와 뿌리의 건물중 비율, 엽면적, 건물중당 엽록소 함량 및 배지의 pH는 감소하였다. 유기물과 당 수준간의 상호작용도 신초길이와 배지 pH에서 관찰되었다. 이상의 결과로부터 광도와 $CO_2$농도를 높인 광혼압영양배양에서 감자 소식물체의 생장에는 배지에 첨가되는 당은 유익하지만 그 이외의 유기물은 첨가하지 않아도 악영향이 없다는 것은 나타낸다.
역병균 (Phytophthora infestans)의 균사 신장 및 난포자 형성에 미치는 생리 화학적 영향을 알아보고자 국내에서 분리된 $A^2$형인 KM10, U6, MHB6, CDB6, JD1과 일본에서 분양 받은 $A^1$형인 F8l7, DNC303, $A^2$ 형인 IB908, DN107 균주를 이용하여 공시 배지별 및 V-8A 배지에 cholesterol, $\beta$-sitosterol및 lecithin을 첨가했을 때의 영향을 조사하고, 식물체상에서의 난포자 형성여부를 조사한 결과, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 1. 균사 신장은 V-8A, RMA에서 양호하였고, 난포자 형성은 V-8A에서 가장 많았다. V-8A에 cholesterol, $\beta$-sitosterol 및 lecithin을 첨가하였을 때 접종 10일 후 균사 신장은 무처리 대비 각각 16.6, 8.3, 5.2% 더 신장하였으며, 난포자 형성수는 각각 76.0, 58.0, 34.6% 크게 증가하였다. 2. $A^1$형과 $A^2$형이 동시에 존재할 경우 식물체상에서 난포자를 형성하는지 알아보고자 식물체 조직편에 $A^1$, $A^2$형을 대치 배양하여 난포자 형성을 유도한 결과, 난포자의 형성률 및 수는 적었으나, 식물체 상에서도 난포자 형성이 가능한 것을 확인 할 수 있었는데, 금후 이에 대한 세심한 주의가 필요할 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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