Arabidopsis thaliana $Ca^{2+}/H^+$ 수송체 유전자인 CAX 1(cation exchanger 1)이 도입된 벼 형질전환체에 대한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. Agrobacterium 이용 형질전환 CAX 1 벼 $T_5$ 세대를 대상으로 CAX 1밴드가 도입되었음을 확인하였다. 농업적인 특징인 수장, 수수 및 간장은 모품종(일품)과 유사하였으며, 종자의 칼슘 함량도 높았다. 미립의 크기와 천립중은 모품종보다 약간 크나 거의 일치하고, 저온저항성과 도열병에 대한 내병성이 나타났다. $T_5$ 세대에서 형질이 안정적으로 발현되면서 모품종과 유사하고 농업적 형질이 우수한 3 계통을 선발하였다. 앞으로 $T_6$ 세대에 대한 특성조사를 거쳐 $Ca^{2+}$ 함량이 안정적으로 높게 유지되는 계통을 선발하여 세대육성하면 칼슘과 관련된 유전자의 내재해성 작물의 기초자료 이용되어 질 수 있을 것으로 사료된다.
Binary vectors, pBI-ActR1, pBI-ActF1 and pBSH-ActR1, were constructed using pGA642, the replication origin of pTi12 and the rice actin promoter. The sizes of pBI-ActR1, pBI-ActF1 and pBSH-ActR1 were 12.9 kb, 13.2 kb and 11.95 kb, respectively. These vectors containing a rice actin promoter followed by a GUS structural gene could induce stronly the expression of GUS gene in transformed rice cells. Rice explants from 3-4 day old seedlings after germinatin were cocultured with A. tumefaceins harboring pBI-ActR1, pBI-ActF1 or pBSH-ActR1, and then GUS expression in the explants was assayed. Transformation of rice explants by these binary vectors was tissue-specific, such that the meristematic regions of shoot apex, root and hypocotyl were transformed by these binary vectors.
벼 도열병 저항성 조절과정을 연구하는 효율적인 방법은 돌연변이를 분리하여 해당유전자를 분석하는 것이다. 이를 위하여 벼에서 제조된 4가지 돌연변이 집단을 이용하여 도열병 저항성 돌연변이를 분리하였다. 실험재료로는 1) fast neturon을 처리하여 제조된 Moroberekan 2,000 라인, 2)T-DNA의 형질전환에 의해서 제조된 화영 1,000 라인, 3)DEB처리에 의해서 제조된 RIL260 3,000라인, 4) gamma ray 처리에 의해서 제조된 상해향혈나 10,000 라인 등이 사용되었다. 병 저항성이 감소된 돌연변이의 분리를 위하여 재료로 사용된 벼 품종과 비친화적 상호작용을 보이는 균주의 포자를 2-3주된 벼 잎에 직접 살포하는 방법을 이용하였다. 균주 접종 7 일 후에 blast lesion을 형성하거나 lesion mimic 표현형을 보이는 돌연변이 등 병저항성이 감소된 라인을 선별하였다. 현재까지 1) Moroberakan 5 라인, 2) 화영 4 라인, 3) RIL260 1 라인 등이 선별되었다. 이와 함께 병저항성이 현저히 증가된 돌연 변이를 선별하기 위하여 친화적인 균주를 사용한 실험에서는 상해향렬나 2 라인이 선별되었다. 선별된 돌연변이는 벼 도열병 저항성 유전자의 분리 및 저항성 조절기작을 연구하는데 효과적으로 사용될 것이다.
본 연구는 종자로부터 유도된 캘러스를 아그로박테리움을 이용해 감염하여 고체배지에서 배양하는 기존의 방법과 달리, 형질전환에 소모되는 노동력과 시간, 비용을 단축하고자 감염과 공동배양, 균제거와 캘러스 선발까지 액체배양을 시도하였다. 성숙 종자로부터 유도된 캘러스를 바로 아그로박테리움으로 감염함으로써 조직배양으로 인한 체세포 변이의 발생을 최소화하고 감염부터 그 후 캘러스선발까지 총 4단계의 시간과 비용을 최소화하였으며, 감염된 캘러스로부터 재분화 시킴으로써 형질전환 식물체를 얻는 방법을 새롭게 수립하였다. 배양과정 중 감염과 공동배양 기간을 3일로 단축시킴으로써 캘러스의 스트레스를 최소화 하였고, PCR 분석을 통해 원하는 목표 유전자가 형질전환체에 안정적으로 도입이 되는 것도 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 종합해 볼 때, 본 실험을 통해 얻어진 새로운 액체배양 방법은 우수한 농업적 형질을 가진 벼 품종 개발시 효율적으로 이용할 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 형질전환된 벼 세포를 이용하여 자가면역 질환의 치료제인 human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig)을 생산하였고, RAmy3D promoter와 RAmy1A signal pertide를 사용하여 당 고갈시에 목적 단백질의 발현과 배지로의 분비를 유도하였다. 이 시스템의 문제점은 당 고갈에 의해 목적 단백질의 생산이 유도되기 때문에 에너지원이 없어 세포의 사멸, 이로 인한 배지내로의 protease 분비를 유발하게 된다. 이것은 목적 단백질의 안정성 저해와 궁극적으로는 생산성의 손실을 일으킨다. 따라서 세포를 보호하여 사멸을 막는 효과가 있음이 보고된 proline을 첨가하여 생산성 증진 효과를 확인하고자 하였다. 4 mM의 proline을 첨가하여 배양하였을 때, 세포의 사멸 및 pretense의 분비를 줄일 수 있었고 이는 결과적으로 hCTLA4Ig의 생산성 증진으로 이어졌다. 또한 단백질 안정제를 통하여 배지내로 분비된 hCTLA4Ig의 안정화를 이루어 생산성을 높이고자 하였다. 0.01 g/L의 gelatin을 적용하여 생산성 증진 효과를 확인하였으며, 이는 hCTLA4Ig의 안정화에 의한 것임을 알 수 있었다. Pretense의 분비를 줄이기 위한 세포 보호와 pretense의 공격을 막기 위한 hCTLA4Ig 보호를 통하여 형질전환된 벼 세포를 이용한 hCTLA4Ig의 안정성 및 생산성을 증대시킬 수 있음을 확인하였다.
형질전환 CPPO06 이벤트 벼를 이용하여 담수직파 재배에서 oxyfluorfen의 적정 처리시기 및 처리량에 대한 연구를 수행하였다. 모본인 동진벼는 10 g a.i. $ha^{-1}$의 농도에서 생육이 억제되었으나, CPPO06 이벤트 벼는 oxyfluorfen 10,000 g a.i. $ha^{-1}$의 농도에서도 생육억제를 보이지 않아 높은 oxyfluorfen 저항성을 보이는 것으로 나타났다. Oxyfluorfen을 써레질 직후와 파종 직후 처리한 결과 가래를 제외한 모든 발생 초종의 방제효과가 뛰어났으며, 파종 5일 후의 경우는 가래를 포함하여 모든 발생 초종이 95% 이상 방제되었다. Oxyfluorfen의 처리시기와 처리량에 따른 생육저해 현상은 없었으며, 안정적인 수확량을 확보할 수 있었다. 담수직파재배에서 oxyfluorfen 처리시기 및 처리량에 따른 CPPO06 이벤트 벼의 안전성 및 잡초방제 효과로 볼 때 담수직파재배면적의 확대가 기대된다.
본 연구는 시토크롬 P450 단백질을 암호화하는 애기장대 유래의 AtCYP78A7을 과발현하는 형질전환 식물체로부터 AtCYP78A7 단백질을 특이적으로 인식하는 단일큰론 항체의 제조와 그 항체를 AtCYP78A7 단백질과 접촉시켜 항원-항체 복합체 형성을 검출함으로써 AtCYP78A7 단백질을 효소면역학적(ELISA) 방법으로 검출하는 진단 키트를 개발하기 위하여 수행하였다. 재조합한 GST-AtCYP78A7 단백질을 항원으로 사용하여 단일클론 항체를 분비하는 융합세포주를 제조한 후 비오틴화 및 페어링 테스트를 통해 포획항체와 검출항체를 선정하였으며, GST-AtCYP78A7 정제 단백질을 기준으로 일품벼, 화영벼, AtCYP78A7 과발현 벼(10B-5, 18A-4)의 용해물을 검출항원으로 사용하여 product test를 진행하였다. 그 결과 AtCYP78A7 단백질에 특이적으로 결합하는 4개의 단클론 항체(mAb 6A7, mAb 4C2, mAb 11H6, mAb 7E8)를 생산하였고, 포획항체 mAb 4C2와 검출항체 mAb 7E8-biotin의 조합으로 ELISA 키트를 개발하였다. 개발된 ELISA 키트를 이용한 벼 시료의 분석 결과 AtCYP78A7 과발현 벼는 전체 단백질 대비 AtCYP78A7 단백질의 비율이 0.1% 이상인 양성으로, 일품벼와 화영벼는 0.1% 미만인 음성으로 나타나 키트를 이용한 AtCYP78A7 단백질의 검출이 가능하였으며, 따라서 본 키트는 향후 AtCYP78A7를 과발현하는 형질전환 작물을 대상으로 하는 환경 모니터링 또는 인체 위해성 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
밀양 204호는 작물과학원 영남농업연구소 생명공학연구팀이 직파적응 제초제저항성 벼 품종을 육성할 목적으로 '98년 bar 유전자를 동진벼에 아그로박테리움법으로 형질 전환하여 제초제저항성 벼를 양성하였다. '98/'99년 동계에 단간 내도복 양질인 주남벼를 인공교배하여 약배양 등 육종프로그램에 적용하여 우량계통을 선발하고 밀양 204호로 계통명을 부여하였다. GM 벼와 Non-GM 벼의 농업적 특성을 UPOV 및 국립종자관리소의 품종등록 기준에 따른 농업적특성 중 차이가 있었던 것은 엽색도, 지엽의 형태, 간장, 수당립수 등 이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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