인삼의 조직에 Agrobacterium rhizogenes strain 15834와 A4을 감염하여 형질전화체를 얻었다. 이는 인삼에서처럼 무균식물을 얻기어려운 경우 leaf disk 방법으로 모상근을 유도할 수 있었다. 모상근의 ginsenoside(Rg2,Rg1,Rf,Rd,Rc,Rbl, and Rb2)는 HPLC에 의해 定量하였으며, 진탕배양한 모상근의 ginsenoside의 함량은 0.34-1.19% 건량이었다. 이러한 결과는 재배 인삼과 배양 인삼의 ginsenoside의 함량에 비해 좋은 성과라고 사료된다.
It was reported that Red ginseng contains specific ginsenoside-Rg$_2$,-Rg$_3$,-Rh$_1$and -Rh$_2$, which show various pharmacological effects. However, production of these specific ginsenosides from Red ginseng is not commercially applicable because of high cost of the raw material, roots. This work was carried out to examine the production of Red ginseng specific ginsenosides from Agrobacterium-transformed hairy roots. Hairy roots were induced from 3 year-old root segment of Korean ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer) after infection with Agrobacterium rhizogenes A4. Among many lines of hairybroots, KGHR-8A was selected. Steam heat treatment of hairy roots was resulted in the changes of ginsenoside composition. Eleven ginsenosides were detected in heat-treated hairy roots but eight in freeze dried hairy roots. In heat treated hairy root, content of ginsenoside-Rb$_1$,Rb$_2$,Rc, Rd, Re, Rf, and Rg$_1$were decreased compared to those of freeze dried hairy roots. However, heat treatment strongly enhanced the amount of Red ginseng specific ginsenogides (ginsenoside-Rg$_2$,-Rg$_3$,-Rh$_1$and -Rh$_2$). Amounts of ginsenoside-Rg$_3$,-Rh$_1$and -Rh$_2$ in heat-treated hairy roots were 2.58, 3.62 and 1.08 mg/g dry wt, respectively, but these were detected as trace amount in hairy roots without heat treatment. Optimum condition of heat treatment for the production of Red ginseng specific ginsenoside was 2 h at 105$^{\circ}C$. This result represents that Red ginseng specific ginsenoside can be producted from hairy roots by steam heat treatment.
본 연구는 아그로박테리움 공동배양법을 이용한 기능획득 인삼 모상근의 대량생산을 위한 조건 확립에 대한 것이다. 일반적으로, 인삼과 같이 형질전환을 통한종자의 확보가 어려운 식물에서는 loss-of-function을 이용한 기능유전체 연구에 한계가 있다. 한편, 유전자의 기능을 활성화시키는 방법 (gain-of-function)인 activation tagging 기술은 이러한 문제점을 극복할 수 있는 대안이 될 수 있으며, Agrobacterium rhizogenes를 이용한 모상근 생산 시스템은 대량의 돌연변이체를 안정적으로 용이하게 얻을 수 있다는 점에서 최적의 시스템이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 activation-tagging된 효율적인 형질전환 모상근 생산에 있어서의 최적의 아그로박테리움 균주 및 인삼조직, 배지조성 등에 대한 조건을 확립하였으며, 다양한 배지에서의 형질전환 모상근의 생장률 및 분지율, 표현형 등을 조사하였다. 엽병 절편을 activation-tagging vector pKH01을 가지고 있는 A. rhizogenes R1000와 공동배양하였을 때 배양 4주후 85.9%의 빈도로 모상근이 생산되었다. 모상근의 최대 생장과 분지도를 나타내는 배양조건을 조사한 바 엽병절편을 1/2 SH 배지에서 4주 배양하였을 때 왕성하게 생장하였으며 2.6의 분지도를 보여주었다. 최종적으로 1,989개체의 독립적인 형질전환 모상근 line을 생산하였으며, 이들 모상근 line은 인삼 진세노사이드 생합성 관련 유전자의 발굴 및 기능해석에 유용하게 쓰일 것이다.
To investigate the effect of culture conditions on growth and ginsenosides accumulation, we cultured the ginseng hairy root under three different media, white light or ultra-violet irradiation. The MS/B5 medium containning MS basal salt and B5 vitamin was good for the growth and ginsenoside accumulation. The light during the culture period of ginseng hairy root was irradiated. The growth was abundant in the ginseng hairy root cultured in dark. But the ginsenosides accumulation was higher than in the ginseng hairy root cultured in the light irradiation. When the ginseng hairy root was cultured in 20 L bioreactor, the ginsenosides accumulation was observed at 34% higher than the hairy root cultured in dark. UV irradiated the ginseng hairy root during the culture period. The long time irradiation of UV was caused decreasing the growth of ginseng hairy root, but the accumulation of ginsenosidess was increased as to the irradiated time.
Agrobacterium rhizognes $A_4$ Ti-plasmid를 인삼 뿌리에 도입하여 유전적으로 안정하며 반영구적으로 이용할 수 있는 형질전환된 인삼모상근 캘러스(GHC-T78)를 유도하였다. 특정 ginsenoside를 대량으로 생산할 수 있는 최적배양조건을 확립하기 위해서 먼저 모상근으로부터 캘러스의 유도하는 과정에서 BA의 단독 처리구는 auxin과 cytokinin의 혼합 처리구보다 캘러스 형성이 더 우수하였다. 인삼 캘러스 형성율은 Benzyladenine(BA)를 1 mg-3 mg/L 까지 첨가한 배지에서 가장 높게 나타났으며, ginsenoside 함량 역시 bezyladenine 단독처리구는 가장 우수하였다. 캘러스 세포의 액체배양 기간을 4주로 설정할 때 BA의 농도 역시 BA 2 mg/L로 첨가한 배지에서 가장 우수한 캘러스 생장률을 보였다. 실제로 인삼 모상근 캘러스의 생장율은 암상태에서 배양하는 것이 광상태에서 보다 다소 양호하였으나, ginsenoside의 생성에는 연속광상태에서 더 효과적임이 확인되었다. 모상근 캘러스에서 얻은 이러한 결과는 국내외 처음으로 보고되는 내용이며, 액체배양의 캘러스 세포에서 분화된 무수히 많은 단일 모상근 근모의 형성은 액체배양을 통한 특정 ginsenosid의 새로운 생산방법을 개발할 수 있도록 하고 있다.
한국자원식물학회 1999년도 The 6th International Symposium on the Development of Anti-Cancer Resource from Plants
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pp.46-57
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1999
Ginseng(Panax ginseng C.A. Meyer) is important medicinal plant but requires 4-year cultivation for root harvest because of slow growth. In contrast, ginseng callus and hairy roots grow vigorously and may Produce the same or more biologically active compounds for human health than natural ginseng roots. Therefore, ginseng callus and hairy roots can be used for commercial purposes. Polyacetylene, one of anti-cancer compounds in ginseng, was not detected in the callus cultured on the medium containing 2, 4-B, but cells derived from the callus growth was excellent, The ginseng calli cultured on the medium containing 2mg11 CPA and 0.05mg/1 BA was grown vigorously and produced panaxydol, one of ginseng polyacetylene. The biosynthesis of polyacetylene in callus was not affected by addition of NAA and sucrose in media. The SH medium was better than the MS medium for ginseng callus growth and biosynthesis of panaxydol. Another ginseng anti-cancer compounds, ginsenoside-Rg$_3$, Rh$_1$and Rh$_2$ were detected in ginseng hairy roots by heat treatment. Those of Panax ginseng were obtained after root disks of three-year old roots were infected with Agrobacterium rhizogenes Rl000 $A_4$T in dark condition after one month of culture. The optimum growth of hairy roots was achieved in the culture of 1/2 MS liquid medium in dark(22$^{\circ}C$) under 60 rpm gyratory shaking. Hairy roots grew well in 5 ι Erlenmeyer flasks, 1ι roller drums, 10ι jar-fermenters, and especially in 20ι air-lift .culture vessels. All heat treatments had remarkably different ginsenoside contents. Eleven ginsenosides were determined in heat treatment, eight in freeze dried hairy roots. Contents of ginsenoside-Rbl , Rb2, Rc, Rd. Re, Rf, and Rg$_1$tested in all heat treatments were less than those of freeze dried hairy roots. Contents of glnsenoside-Rg$_2$ in heat treatment for 1 hour at 105$^{\circ}C$ was 4.92mg/g dry wt, 3.9 times higher than 1.27 mg/g dry wt of freeze dried hairy roots. The optimum condition of heat treatment for the production of ginsenoside-Rg$_3$and Rhl was 2 hours at 105$^{\circ}C$, and ginsenoside content was 2.58mg/g dry wt and 3.62mg/g dry wt, respectively. The production of ginsenoside-Rh2 was the highest in heat treatment for 2 hours at 105$^{\circ}C$ among treatments examined, and ginsenoside-Rh$_2$content was 1.08mg/g dry wt.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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