약용식물로 쓰이는 선피막이 (Hydrocotyle maritima Honda)를 기내에서 재분화 가능성에 대해 조사하였다. 선피막이의 엽병 절편체를 식물생장조절제 ($0{\sim}5\;mg/l$, NAA와 $0{\sim}5\;mg/l$ 2,4-D)가 단독 또는 $0.1{\sim}2\;mg/l$ BA와 조합 첨가된 배지 에서 6주동안 배양하였다. 2,4-D 또는 NAA을 단독으로 처리해도 캘러스가 발생하나, 가장 좋은 결과는 각각 $0{\sim}5\;mg/l$ BA, $5\;mg/l$ NAA와 $0.5\;mg/l$ BA조합구에서 나타났다. Kinetin를 $3\;mg/l$로 처리시 캘러스로부터 가장 많은 신초 (캘러스당 12개)을 발생시켰다. 또한, $0.5\;mg/l$ 2,4-D와 $0.5\;mg/l$ BA가 첨가된 배지에서 유도된 배 발생 캘러스를 호르몬이 없는 배지에서 배양하였을 때, 체세포 배가 분화되었고, 식물체로 더 잘 발달하였다.
In this study, we established an in vitro regeneration system to maximize the recovery of leafy perilla (Perilla frutescens L. Britton) plantlets as part of developing a molecular biotechnology-based metabolic engineering program for this crop plant. Hypocotyl segments including the apical buds were used as explants for the direct production of shoots without an interim callus phase. The number of shoots produced from the apical buds peaked within 3-4 weeks, and the shoots were subsequently cultured on Murashige and Skoog (MS) media supplemented with 2 mg $1^{-1}$ benzylaminopurine (BA). Spontaneous rhizogenesis was observed after 7-10 days of culture on MS media without hormonal additives. The rooted shoots developed into normal plants in soil after hardening on distilled water for 3-4 days. The average plantlet regeneration frequency was higher for the apical buds (64.33%) than for the top (15.66%), middle (4%), and basal (1.33%) segments of the hypocotyls. This regeneration system demonstrates a capacity for high-frequency plantlet recovery and thus should be considered for use in the genetic manipulation of leafy perilla.
들깨의 조직배양에서 배지의 생장조절제 조성은 0.1 mgyL의 NAA와 2.0 mg/L의 BA가 혼용된 배지에서 신초형성률이 24.7%로 가장 높게 나타났다. 신초형성에 적합한 배양부위는 자엽이었으며 품종별 신초형성율은 $3.0{\sim}27.3%$로 품종간 차이가 컸고, '만백들깨'의 자엽 배양에서 27.3%의 가장 높은 재분화율을 나타내었다. 조직부위별로는 공시된 모든 품종에서 배축보다는 자엽 조직에서 신초형성율이 높았으며, 신초의 분화형태는 배형성 (6.1%)보다 기관형성 (22.8%)을 경유하는 것이 많았다.
더덕의 효과적인 재분화조건 (약 90%의 재분화율)을 바탕으로 개화시기 조절유전자인 RAG25 Codonopsis lanceolata유전자의 도입을 시도하였다. 더덕의 잎 절편을Agrobacterium과 3일 동안 공조배양 하였으며 NAA 2 mg/L, BA 2 mg/L (N2B2)와 NAA 2 mg/L, BA 4 mg/L (N2B4)가 첨가된 shoot inducing media (Km 20mg/L와 Cf 250 mg/L가 첨가됨)에서 배양하였을 때 형질전환 신초가 형성되었다. 획득된 신초에서 genomic DNA를 추출하고 npt II와 RAG25 primer를 이용한 PCR을 수행하여 각각 0.7 kb와 0.6 kb의 band를 확인하였다. RAG25 유전자에 대한 PCR산물을 이용하여 Southern hybridization을 수행한 결과 PCR과 동일한 위치에서 band 가 검출되어져 이 유전자의 도입을 재확인하였다.
Nodule 배양(培養) 방법(方法)을 이용(利用)하여 잡종(雜種) 포플러 양황철62-9와 이태리포플러 1호 Eco 28의 보다 진보(進步)된 재분화(再分化) 방법(方法)과 체세포(體細胞) 배(胚) 발생(發生) 방법(方法)을 얻었다. 칼루스는 2,4-D가 0.5, 2.0mg/l씩 첨가(添加)된 배지상(培地上)에 잎 조직(組織)을 치상(置床)하여 얻었고, 발달(發達)한 칼루스 조직(組織)을 액체(液體) 배지(培地)로 옮겨 세포(細胞) 현탁 배양으로 세포를 증식(增殖)했다. 현탁세포로 부터 적당한 생장(生長) 조절물질(調節物質)을 첨가(添加)하여 nodule을 생산(生産)했다. 액체 배지에서 직접(直接) 줄기를 재분화(再分化)하는 시도(試圖)는 양황철에서만 가능(可能)했다. Agar 배지(培地)에 재분화용(再分化用) 생장조절(生長調節) 물질(物質)을 첨가(添加)한 경우 상당히 많은 수(數)의 줄기 분화(分化)가 분화 되었고, 몇몇 배지에서는 체세포(體細胞) 배(胚)로 분화 했다. 이러한 nodule 배양 방법은 묘목(苗木)의 생산(生産), 체세포(體細胞) 변이(變異)의 이용(利用), 이차(二次) 산물(産物)의 생산(生産) 그리고 그밖의 생물공학적 응용을 위한 조직 배양 재료로서 그 이용성에 대하여 고찰(考察)했다.
Agrobacterium공동배양법으로 오이의 기관발생을 통한 형질전환에서 가장 문제점 중 하나는 chimeric 형질전환체의 발생빈도이다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 항생제로서 paromomycin이 첨가된 선발배지에서 "은성" 품종의 배축절편으로부터 체세포배발생을 통한 형질전환시스템을 개발하였다. 배축절편을 pPPTN290발현벡터가 도입된 Agrobacterium 균주 (EHA101)에 30분간 접종한 후 2일간 공동배양 하였고, 선발배지에서 2주 간격으로 5회 계대 배양하면서 항생제 저항성 캘러스 선발, 체세포배발생 및 식물체를 유도하였다. pPPTN290발현벡터의 T-DNA는 reporter유전자로서 Ubi 프로모터에 의해 gus유전자가 발현조절 되도록 그리고 항생제로서 paromomycin에 저항성을 갖는 nptII유전자가 35S 프로모터에 의해 발현되도록 제조하였다. 안정적 형질전환과 빈도는 캘러스의 paromomycin항생제 저항성과 GUS유전자의 발현 여부에 의해 조사하였다. Agrobacterium과 공동배양한 928개의 배축절편에서 paromomycin에 저항성을 갖는 56개의 캘러스 클론을 얻었고, 이중 48개 캘러스 클론 (5.2%)에서 GUS유전자가 안정적으로 발현되고 있음을 확인하였다. 48개의 캘러스 클론중에서 오직 5개의 캘러스 클론으로부터 식물체를 얻어 낮은 빈도 (0.5%)를 나타냈다. 수확한 $T_1$종자에서 GUS양성반응은 gus유전자가 오이 게놈에 안정적으로 도입 및 발현되고 있음을 확인하였다.
본 연구는 야생 참당귀의 무균묘 확보, 대량생산체계 확립 및 품종개발을 위해 기내발아와 기관유도에 미치는 PGRs의 영향을 알아보고자 실시하였다. 종자발아 실험은 전처리로 $GA_3$ 침지시간(0, 24h, 48h, 72h) 및 종자의 처리 방법(대조구, 기계적가상 처리, 표면 메탄올 가열 소독법)을 달리하여 실시하였다. 그 결과 $GA_3$에 침지시키지 않고 메탄올 가열법으로 처리한 종자를 0.5 mg/L $GA_3$가 첨가된 배지에서 가장 높은 발아율(15%)을 보였으나 저조하여 발아율 향상을 위해 초음파(frequency 80 KHz) 및 PGRs($GA_3$, BA, TDZ)를 처리하였다. 그 결과 초음파 처리 후 메탄올 가열법으로 처리 한 종자를 0.1 mg/L $GA_3$가 첨가된 배지에 치상하여 발아율(60%)을 증진 시킬 수 있었다. 기내 발아된 식물체로부터 기관유도에 미치는 PGRs(2,4-D, NAA, TDZ, BA)의 영향을 살펴본 결과 캘러스 유도는 줄기, 뿌리, hypocotyl을 1.0 mg/L NAA + 0.5 mg/L BA 처리구에 치상하였을 때 높은 유도율을 보였다. 신초와 뿌리유도는 각각 hypocotyl(PGRs 무첨가)과 뿌리(0.1 mg/L NAA 첨가구)에서 효율적으로 분화되었다. 또한 줄기(1.0 mg/L 2,4-D 처리구)와 hypocotyl(0.1 mg/L NAA 처리구) 조직에서 체세포배가 발생되어 MS 기본배지에 계대배양하여 정상적인 식물체로의 육성이 가능하였다. 본 연구를 통해 무균묘 확보 및 대량생산 체계를 확립하였으며 이를 통해 신품종 개발에 유용할 것으로 판단된다.
한국 야생차나무의 잎절편과 배배양에서 생장조절물질의 첨가에 따른 형태형성 과정의 변이를 조사하였다. 그 결과 접합자배는 싸이토키닌을 5-20$\mu\textrm{M}$을 첨가한 MS 배지에서 직접적인 체세포 배와 부정아 및 액아 발생률이 높았으며 옥신의 함량이 높아질수록 형태형성율이 급격히 저하되었다. 1/2 MS 및 1/4 SH배지에 $10\mu\textrm{M}$ IBA가 첨가된 배지에서 모든 줄기가 발근 되었다. MS배지에 2,4-D를 첨가한 배지에서 미성숙 접합자 배를 배양한 결과 체세포배성 캘러스가 유발되었다. 성숙된 접합자 배를 발아시킨 후 어린잎을 채취하여 고농도의 옥신 (IBA와 NAA) 또는 싸이토키닌 (BAP)이 함유된 MS배지에 배양한 결과 체세포배 형성 캘러스가 발생되었으며 또한 직접적인 체세포배가 발생하였다. 그러나 뿌리와 줄기 형성에는 각각 요구하는 옥신의 농도와 종류가 각각 달랐다.
본 시험은 L. longiflorum 'Gelia'의 캘러스 유지 및 증식, 캘러스 선발, 액체현탁배양 등의 단계로 수행하였다. 재분화를 억제시키면서 캘러스를 유지 증식시키기 위하여 MSH배지에 2.4-D 0.5 mg/L , NAA 1.0 mg/L, BA 0.3 mg/L를 첨가한 배지가 가장 효과적이었으며 재분화를 억제시키기 위해 2,4-D의 첨가는 필수적이었다. 당은 30 g/L 첨가가 캘러스 생육에 가장 적합하였고 50 g/L 이상 고농도는 캘러스 생육에 억제적이었다. 또한 0.42%의 한천을 첨가한 반고형배지에서 캘러스의 생육이 증진되었다. 4~5회 계대배양된 캘러스에서 유사배발생 캘러스(ELC)가 관찰되었다. ELC의 증식과 캘러스의 유연성을 증진시키기 위해 $\textrm{NO}_{3^-}$ 와 $\textrm{NH}_{4^+}$의 비율을 달리하여 배양한 결과, 전반적으로 NO$_3$-의 함량이 높은 배지에서 배양된 캘러스는 생육과 유연성이 양호하였다. 그러나 체세포배발생 가능성이 있는 캘러스의 증식에는 효과적이지 못했다. 액체배양은 MSH배지에 NAA 1.0 mg/L, BA 0.3 mg/L, 16.7% conditioned배지(30 mL당 1 mL), casein hydrolysate 2.0g/L를 첨가한 액체배지에 배지 30 mL당 1.5 g의 캘러스를 배양했을때 가장 캘러스 증식효율이 높았다. 광학현미경으로 조직을 관찰한 결과 1년 이상 장기배양된 캘러스에서 기관분화가 가능했고 배발생 초기단계의 세포도 관찰되어 백합 'Gelia' 캘러스로부터 체세포배 형성이 가능함을 알 수 있었다.
식물 세포는 각 세포가 발생을 통해 새로운 완전한 개체를 생산하는 전형성능이 있다. 이것을 응용하여 식물의 증식 방법으로 기내에서 호르몬을 처리하여 체세포 배 발생의 광범위한 적용으로 여러 기술이 발전하고 있다. 이 기술을 이용하기 위해서 보다 규칙적인 세포 분열을 하는 무성생식이 가능한 식물인 Kalanchoe pinnata 에 cytokinin에 속하는 kinetin과 auxin에 속하는 호르몬들 중 picloram을 서로 조합하여 첨가한 뒤 8주 동안 처리한 후 전형성능을 실험하였다. 우리의 실험 결과로 잎 절편에서 발근 효과로는 picloram 농도가 0.1 mg/L에서 70%의 발생율을 보였다. kinetin과 picloram의 비율이 1:5-1:10의 농도차이가 효과적이라는 것이 입증 되었다. auxin의 효과가 Kalanchoe 뿌리 발생에 필수적이라는 실험 결과이다. 경엽부 발생 효과로는 picloram 농도가 0.5 mg/L에서 60%의 발생율을 보였다. kinetin 농도는 0.5 - 1.0 mg/L이며 발생에 중요한 영향을 준다. kinetin과 picloram의 비율이 1:1-1:2의 농도 차이가 효과적이라는 것이 입증 되었다. cytokinin과 auxin의 조합이 결정적으로 경엽부 발생에 중요하다는 것을 보여 주는 결과이다. 호르몬의 조합으로 직접기관형성을 유도하여 기내에서 대량 증식을 유도하는 기술의 기초가 될 수 있다고 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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