• Journal of Plant Biotechnology
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• 제44권1호
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• pp.89-96
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• 2017

CRISPR/Cas9 기술은 생명공학을 활용한 신품종 작물육성에 있어 패러다임 변혁을 가져다 줄 핵심 기반기술이다. 본 연구에서는 CRISPR/Cas9를 이용하여 유전자편집기술을 기존에 알려진 방법보다 쉽고 정확하게 실험 할 수 있도록 sgRNA 디자인, 벡터구축, 형질전환체 육성 및 분석 등을 자세히 기술하였다. sgRNA는 http://www.rgenome.net/ 사이트에서 NGG 영역을 중심으로 하여 target-up: 5'-ggcaGNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN-3'과 target-down: 5'-aaacNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNC-3'의 올리고를 디자인하였다. 식물형질전환용 벡터는 pPZP-Cas9-RGEN을 기본으로 하였으며, sgRNA의 프로모터는 OsU3를 이용하여 pPZP::35S::Cas9::PinII-OsU3::sgRNA::Bar-Gen 순으로 구축하였다. 형질전환체의 육성은 단기형질전환 Agrobacterium 법을 사용하였으며 재분화 식물체를 얻는데48일 정도 소요되었다. 형질전환체 유무는 genomic PCR 분석으로 single copy 선발은 TaqMan PCR로 분석하였다. 정밀유전자편집 식물체는 T1 세대에서 T-DNA 삽입되지 않은 식물체를 Bar-strip에 의해 선발하였다. 선발된 식물체의 sgRNA 영역의 염기배열 조사에 의해 유전자 편집 식물체를 육성하였다. 따라서 본 연구에서 CRISPR/Cas9 system에 의한 정밀유전자편집 기술을 이용하여 보다 빠르고 쉽고 경제적으로 유전자가 편집된 개체를 확보할 수 있었다. 본 실험에서 확립된 system은 상업용 식물 계통육성에 이용 가능하여 육종적 가치가 매우 클 것으로 사료된다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제25권12호
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• pp.1649-1659
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• 2012

Crosses between Korean and Landrace pigs have revealed a large quantitative trait loci (QTL) region for fat deposition in a region (89 cM) of porcine chromosome 4 (SSC4). To more finely map this QTL region and identify candidate genes for this trait, comparative mapping of pig and human chromosomes was performed in the present study. A region in the human genome that corresponds to the porcine QTL region was identified in HSA1q21. Furthermore, the LMNA gene, which is tightly associated with fat augmentation in humans, was localized to this region. Radiation hybrid (RH) mapping using a Sus scrofa RH panel localized LMNA to a region of 90.3 cM in the porcine genome, distinct from microsatellite marker S0214 (87.3 cM). Two-point analysis showed that LMNA was linked to S0214, SW1996, and S0073 on SSC4 with logarithm (base 10) of odds scores of 20.98, 17.78, and 16.73, respectively. To clone the porcine LMNA gene and to delineate the genomic structure and sequences, including the 3'untranslated region (UTR), rapid amplification of cDNA ends was performed. The coding sequence of porcine LMNA consisted of 1,719 bp, flanked by a 5'UTR and a 3'UTR. Two synonymous single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified in exons 3 and 7. Association tests showed that the SNP located in exon 3 (A193A) was significantly associated with weight at 30 wks (p<0.01) and crude fat content (p<0.05). This association suggests that SNPs located in LMNA could be used for marker-assisted selection in pigs.

• 생명과학회지
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• 제25권9호
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• pp.1059-1071
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• 2015

수박과 멜론은 경제적 중요성을 지니는 대표적인 박과 작물이다. 최근 유전자 지도 작성 및 차세대 유전체 염기서열 분석에 기반한 분자마커 개발과 염기서열변이 탐색은 마커 이용 선발 및 여교잡 등 분자육종을 통한 품종육성에 필수적 기술이다. 본 연구에서는 이들 작물에 대한 국내외 유전체 분석 과 분자마커 개발 현황에 대해 분석ㆍ정리함으로서 향후 분자육종에 활용할 수 있는 정보를 제공하고자 하였다. 수박과 멜론은 참조유전체의 염기서열이 밝혀졌으며 다수의 유전자 지도가 작성되어 수량, 과특성, 내병성과 같은 주요 형질과 연관된 마커의 개발과 관련 유전자의 탐색이 꾸준히 진행되고 있다. 현재까지 해외에서 보고된 유전자지도는 수박 멜론 각 각 16종 이상이며, 40개 이상의 주요형질에 대한 유전자좌와 연관 마커들이 존재한다. 더욱이 고밀도 유전자 지도와 유전자지도 기반 클로닝을 통해 이러한 형질을 조절하는 기능 유전자에 정보가 밝혀지고 있다. 또한 참조게놈정보를 기반으로 한 다양한 유전자원의 전장유전체염기서열 재분석이 꾸준히 이루어지고 있다. 새로운 분자마커의 자체적 개발과 더불어 이와 같이 현재 활용 가능한 공개된 마커들의 정보를 통해 유전체학 이용 육종과정을 크게 앞당길 수 있을 것이다.

• 식물조직배양학회지
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• 제24권1호
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• pp.63-69
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• 1997

Erythropoietin(EPO)은 적혈구 모세포의 분화와 성장을 중재하는 당단백질이며 담배 식물체에서 재조합 사람 EPO를 생산하기 위해 CaMV 35S promoter를 갖는 발현 vector인 pBI$\Delta$GUS121, pBD$\Delta$ GUS121, pPEV-1을 이용하여 5.4kb의 EPO genomic DNA를 cloning 하였고 Agrobacterium tumefaciens에 의한 형질전환에 의해 Nicotiana tabacum (var. Xanthi)으로 도입되었다. Kanamycin을 포함하는 MS 배지에서 각각의 construct에 대하여 10 km 저항성 식물체들이 얻어졌다. 형질전환된 식물체의 게놈에 EPO genomic DNA의 정확한 결합은 polymerase chain reaction에 의해 332bP의 DNA 조각에 의해 확인되었으며 Northern blot 결과 1.8 kb의 전사체들이 식물체 잎에서 발현 축적되는 것이 확인되었다. Promoter의 수나 5'-UTS 서열에 의한 mRNA 양에는 변화가 없었지만 식물체 게놈에 결합된 위치 및 copy number에 의해 mRNA 수준에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. EPO 항체를 이용한 Western blot 결과 식물체에서 발현된 EPO 단백질의 크기는 동물세포에서 발현된 37kDa 보다 작은 30 kDa 이었다. 이는 식물체에서 modification(glycosylation) system은 동물세포에서와는 다르다는 것을 보여준다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제44권4호
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• pp.416-430
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• 2017

The kenaf plant is used widely as food and in traditional folk medicine. This study evaluated the morphological characteristics, functional compounds, and genetic diversity of 32 kenaf cultivars from a worldwide collection. We found significant differences in the functional compounds of leaves from all cultivars, including differences in levels of chlorogenic acid isomer (CAI), chlorogenic acid (CA), kaempferol glucosyl rhamnoside isomer (KGRI), kaempferol rhamnosyl xyloside (KRX), kaemperitrin (KAPT) and total phenols (TPC). The highest TPC, KAPT, CA, and KRX contents were observed in the C22 cultivars. A significant correlation was observed between flowering time and DM yield, seed yield, and four phenolic compounds (KGRI, KRX, CAI, and TPC) (P < 0.01). To assess genetic diversity, we used 80 simple sequence repeats (SSR) primer sets and identified 225 polymorphic loci in the kenaf cultivars. The polymorphism information content and genetic diversity values ranged from 0.11 to 0.79 and 12 to 0.83, with average values of 0.39 and 0.43, respectively. The cluster analysis of the SSR markers showed that the kenaf genotypes could be clearly divided into three clusters based on flowering time. Correlations analysis was conducted for the 80 SSR markers; morphological, chemical and growth traits were found for 15 marker traits (corolla, vein, petal, leaf, stem color, leaf shape, and KGRI content) with significant marker-trait correlations. These results could be used for the selection of kenaf cultivars with improved yield and functional compounds.

• KSBB Journal
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• 제24권6호
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• pp.508-514
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• 2009

국내 토양 미생물로부터 효과적인 카탈라제 생산 미생물을 이용하기 위하여 전라남도 벌교 토양 시료로부터 카탈라제 생산량이 높은 균주 (BKBChE-1, BKBChE-2, BKBChE-3)를 분리, 생화학 실험과 전자현미경을 통한 균주의 형태 관찰및 16S rDNA 유전자 서열분석 등을 통해 미생물을 동정하여 각각의 균주는 99% 이상의 상동성으로 Bacillaceae bacterium BKBChE-1, Bacillus sp. BKBChE-2, Bacillus flexus BKBChE-3로 명명하였다. 선별된 세 가지 균을 배양하여 얻은 카탈라제 효소의 온도와 pH 변화가 효소 활성에 미치는 영향을 조사하였다. 토양에서 분리한 세 가지 균주가 생산한 카탈라제 효소는 $60^{\circ}C$ 이상의 온도에서도 약 50% 가량의 활성을 유지, pH 7.0 이상의 알칼리 조건에서 pH가 증가함에 따라 활성이 증가하다 감소하는 경향을 보여 pH 13.0의 강한 염기 조건에서 약 20% 가량의 활성을 나타내는 것을 확인하였다. $4^{\circ}C$에서의 장기 저장 안정성 실험에서는 Bacillus flexus BKBChE-3이 생산한 카탈라제를 제외한 나머지 두 가지 미생물이 생산한 카탈라제 활성 실험의 경우 20일이 지난 후에도 40% 이상의 활성이 유지되는 것을 조사하였다. 상기 결과는 세 가지 미생물이 생산한 카탈라제가 생산량의 측면에서 Costa 등 [21]이 바실러스로부터 얻은 카탈라제 활성의 결과와 비교하여 높은 카탈라제 활성을 보일 뿐만 아니라, Yang 등 [9]이 곰팡이로부터 얻은 카탈라제의 pH 실험 결과와 비교하여 보다 높은 알칼리 조건에서도 안정하여 그 활성이 우수함을 확인하였다. 이들 결과를 근거로 고온의 호알칼리 과산화수소 제거 공정에서 분리한 미생물 사용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제36권4호
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• pp.268-275
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• 2008

경북포항지역의 해안사구지역에서 서식하는 11종의 해안사구 식물의 근권으로부터 1,330균주의 근권세균들을 분리하였다. 이들 분리된 근권세균등 중에서 9종의 주요 식물병원성 진균인 Phytophthora capsici, Fusarium oxysporum, Corynespora casriicola, Colletotrichum acutatum, Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani AG-1(IA), Pythium ultimum, Rhizoctonia solani AG-1(IB)에 대하여 넓은 항진균성 스펙트럼을 가지고 동시에 생장촉진호로몬 옥신을 생산하는 23균주의 근권세균을 선발하였다. 1차 선발된 23균주의 옥신 생산성 사구식물근권세균들에서 19균주가 항진균성 siderophore를, 4균주가 항진균성 cellulase를 생산할 수 있었으며, 17균주는 불용성 인산염을 분해할 수 있었다. 또, 23균주의 선발된 사구식물생장 촉진 근권세균들은 16S rDNA 염기서열 조사와 Bergey's manual에 의하여 99%이상의 상동성을가지는 7균주의 Bacillus sp.균주들과 15균주 Pseudomonas sp.균주들로 동정할 수 있었다. 한편, 이들 중 다기능 사구식물생장촉진 근권세균인 Pseudomonas fluorescens IB4-14는 고염, 건조와 같은 환경스트레스에 저항성을 가질 수 있게 하는 ACC deaminase를 생산하므로써 식물생장촉진은 물론이고, 환경스트레스 저항성 기작을 가지는 다중기능 균주이었다. 또한, 선발된 옥신생산성 다기능 균주인 P. fluorescens IB4-14는 사구식물인 갯까치수영의 종자발아능과 뿌리생장촉진능에서 우수한 생육촉진능을 발휘함을 확인하였으므로 사구식물 복원에 사용할 미생물제제의 구성균주로 선발되었다고 생각한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.294-302
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• 2020

대표적인 메타 휴리스틱 알고리즘 중 하나인 유전알고리즘은 생명체의 자연 진화 과정을 컴퓨터 시뮬레이션하며 이 과정에서 선택, 교차, 그리고 돌연변이가 수행된다. 이 과정에서 유전알고리즘은 정의길이가 짧고, 차수가 낮은 반면, 높은 적응도를 갖는 스키마타의 병렬배열에 의해 최적해에 근접해 간다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 핵심 작동원리 중 하나인 빌딩블록가설과 상수관망 시스템이 가지고 있는 공학적, 수리학적 특성을 동시에 고려한 최적해 효율성 제고의 가능성을 살펴보고자 하였다. 즉, 공학적 문제 해결에 있어 유전알고리즘 수행을 위한 유전자의 배치순서에 따른 최적화 결과의 효율성을 평가하였다. 공학적 문제로 상수관로 최적설계 문제를 선택하여 적용하였으며, 유전자 배치순서는 기존배치, 네트워크 위상 기반 배치, 그리고 유량크기 기반 배치로 구분하여 공학적 특이성을 반영하였다. 적용결과 유량 크기 기반 배치를 적용한 최적화 결과가 기존배치에 비하여 평균적으로 약 2-3% 우수한 것으로 나타났다. 이것은, 실제 공학 최적화 문제의 적용성과 효율성을 증대시키기 위해서는 명확한 사전지식(수리학적 특성 등)을 활용하여 가능한 이와 같은 우수한해의 특성이 소멸되지 않도록 하는 장치가 반드시 필요하다는 것을 의미한다. 제안된 방법론은, 향후 대규모 상수관망 최적설계에 있어 효율성 제고를 위한 방안으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제28권11호
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• pp.1916-1927
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• 2018

Corynebacterium glutamicum is an excellent platform for the production of amino acids, and is widely used in the fermentation industry. Most industrial strains are traditionally obtained by repeated processes of random mutation and selection, but the genotype of these strains is often unclear owing to the absence of genomic information. As such, it is difficult to improve the growth and amino acid production of these strains via metabolic engineering. In this study, we generated a complete genome map of an industrial L-valine-producing strain, C. glutamicum XV. In order to establish the relationship between genotypes and physiological characteristics, a comparative genomic analysis was performed to explore the core genome, structural variations, and gene mutations referring to an industrial L-leucine-producing strain, C. glutamicum CP, and the widely used C. glutamicum ATCC 13032. The results indicate that a 36,349 bp repeat sequence in the CP genome contained an additional copy each of lrp and brnFE genes, which benefited the export of L-leucine. However, in XV, the kgd and panB genes were disrupted by nucleotide insertion, which increase the availability of precursors to synthesize L-valine. Moreover, the specific amino acid substitutions in key enzymes increased their activities. Additionally, a novel strategy is proposed to remodel central carbon metabolism and reduce pyruvate consumption without having a negative impact on cell growth by introducing the CP-derived mutant $H^+$/citrate symporter. These results further our understanding regarding the metabolic networks in these strains and help to elucidate the influence of different genotypes on these processes.

• 생명과학회지
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• 제20권10호
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• pp.1544-1548
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• 2010

본 연구에서는 QRDRs의 유전자 돌연변이와 목시플로사신의 농도와의 관계를 알아보기 위하여 목시플로사신의 농도를 단계적으로 높여가며 Mycoplasma hominis (M. hominis)에 작용시켜 목시플로사신에 내성을 갖는 균주 6주(M1, M4, M8, M16, M32, M64)를 만들었고, 이 돌연변이주들의 MIC는 각각 0.5, 4, 8, 16, 32, 64 ${\mu}g$/ml이었다. 이 균들의 염기서열을 분석하였더니 모든 돌연변이주들에서 Arg163Thr (GyrA), Pro445Gln (ParE) 아미노산 치환이 관찰 되었고, 목시플로사신의 농도가 높아질수록 Ser153Lys (GyrA, ${\geq}4{\mu}g$/ml), Ser91Ile (ParC, ${\geq}16{\mu}g/ml$), Val450Phe (GyrB, ${\geq}64{\mu}g/ml$) 등과 같은 아미노산의 치환이 추가로 관찰되었다. 이러한 아미노산의 치환이 목시플로사신의 내성과 연관이 있는 것으로 생각되며, 특히 GyrB 단백질의 아미노산 치환은 목시플로사신의 고도 내성과 연관이 있는 것으로 생각된다.