한국식물학회 1999년도 제13회 식물생명공학심포지움 New Approaches to Understand Gene Function in Plants and Application to Plant Biotechnology
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pp.79-84
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1999
Oxidative stress is one of the major environmental stresses to plants. Reactive oxygen species (ROS) generated during metabolic processes damage cellular functions and consequently lead to cell death. Fortunately plants have in vivo defense system by which the ROS is scavenged by enzymes such as superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX). In attempts to understand the protection mechanism of plant against oxidative stress, we developed transgenic tobacco (Nicotiana tabacum cv. Xanthi) plansts thet expressed both SOD and APX in chloroplast using Agrobacterum-mediated transformation and evaluated their protection capabilities against methyl viologen (MV, paraquat) -mediated oxidative damage. Three double transformants (CAI, CA2, and CA3) expressed the chimeric CuZnSOD and chimeric APX in chloroplast, and one transformant (AM) expressed the chimeric APX and chimeric MnSOD in chloroplast. In addition, we obtained three lines of transformants (C/Al, C/A2, and A/C) that expressed the APX and SOD than control plants, and more resistant to oxidative stress caused by MV. TRansformants (C/A and A/C) overexpressing MnSOD, CuZnSOD and APX at the same time showed the highest resistance to MV-mediated oxidative stress among the transformants.
The plastid transformation approach offers a number of unique advantages, including high-level transgene expression, multi-gene engineering, transgene containment, and a lack of gene silencing and position effects. The extension of plastid transformation technology to monocotyledonous cereal crops, including rice, bears great promise for the improvement of agronomic traits, and the efficient production of pharmaceutical or nutritional enhancement. Here, we report a promising step towards stable plastid transformation in rice. We produced fertile transplastomic rice plants and demonstrated transmission of the plastidexpressed green fluorescent protein (GFP) and aminoglycoside 3′-adenylyltransferase genes to the progeny of these plants. Transgenic chloroplasts were determined to have stably expressed the GFP, which was confirmed by both confocal microscopy and Western blot analyses. Although the produced rice plastid transformants were found to be heteroplastomic, and the transformation efficiency requires further improvement, this study has established a variety of parameters for the use of plastid transformation technology in cereal crops.
식물에서 재조합 단백질을 생산하는 것은 여러 가지 장점이 있다. 식물은 인간 병원체에 감염되지 않으며, 박테리아와 달리 내독소를 생산하지 않는다. 엽록체 형질전환은 핵 형질전환에 비해 안정적으로 많은 유전자를 발현시킬 수 있는 등 다양한 이점이 있다. 항균펩타이드(AMP)는 많은 동물들이 가지고 있는 선천면역의 일종으로, 소량이라도 항균력을 가지며, 기존 항생제와 다르게 쉽게 내성균이 생기지 않는다. 항균펩타이드인 moricin은 누에나방의 한 종류인 Bombyx mori에서 분리되었으며, C-말단은 염기성 아미노산이 모여 있고, N-말단은 α-helix 구조를 가지고 있다. Moricin을 생산할 때 SUMO와 6xHis tag를 융합하여 사용하였다. 발현된 moricin의 용해성과 안정성을 높이기 위해 SUMO를, 발현된 moricin을 정제하기 위하여 6xHis tag를 이용하였다. 본 연구에서 담배 엽록체와 대장균에서 항균펩타이드를 발현하기 위한 형질전환벡터를 제작하였다. 또한, 엽록체와 박테리아의 전사 및 번역의 유사성을 이용하여 대장균에서 단백질의 발현을 확인하였다. 발현된 moricin을 Ni 컬럼 및 SUMOase를 처리하여 정제하고 agar diffusion assay를 이용하여 항균 활성을 확인하였다.
Kim, Eun Joong;Huws, Sharon A.;Lee, Michael R.F.;Scollan, Nigel D.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제22권9호
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pp.1341-1350
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2009
Dietary lipids are rapidly hydrolysed and biohydrogenated in the rumen resulting in meat and milk characterised by a high content of saturated fatty acids and low polyunsaturated fatty acids (PUFA), which contributes to increases in the risk of diseases including cardiovascular disease and cancer. There has been considerable interest in altering the fatty acid composition of ruminant products with the overall aim of improving the long-term health of consumers. Metabolism of dietary lipids in the rumen (lipolysis and biohydrogenation) is a major critical control point in determining the fatty acid composition of ruminant lipids. Our understanding of the pathways involved and metabolically important intermediates has advanced considerably in recent years. Advances in molecular microbial technology based on 16S rRNA genes have helped to further advance our knowledge of the key organisms responsible for ruminal lipid transformation. Attention has focused on ruminal biohydrogenation of lipids in forages, plant oils and oilseeds, fish oil, marine algae and fat supplements as important dietary strategies which impact on fatty acid composition of ruminant lipids. Forages, such as grass and legumes, are rich in omega-3 PUFA and are a useful natural strategy in improving nutritional value of ruminant products. Specifically this review targets two key areas in relation to forages: i) what is the fate of the lipid-rich plant chloroplast in the rumen and ii) the role of the enzyme polyphenol oxidase in red clover as a natural plant-based protection mechanism of dietary lipids in the rumen. The review also addresses major pathways and micro-organisms involved in lipolysis and biohydrogenation.
벼에 있어서 엽록체 small heat shock protein(small HSP)의 기능을 밝히기 위하여 Agrobacterium을 이용한 형질전환법을 이용하여 벼로부터 분리한 small HSP cDNA를 도입하였다. Agrobacterium의 감염에는 벼의 미성숙 배로부터 유도한 callus를 이용하였다. 형질전환 후의 재분화율은 약 30%였다. 형질전환을 통하여 얻어진 식물체의 genomic DNA로부터 PCR 분석과 Southern blot 분석으로 엽록체 small HSP 유전자의 도입을 확인하였다. 도입 유전자의 형질전환 벼에 있어서 유전자의 발현 양상을 northern blot 분석으로 조사하였다. 그 결과 도입된 유전자는 상온에서의 발현량이 서로 다르게 나타났으며 항상적으로 발현하고 있음을 확인하였다.
Lee, Byung-Hyun;Won, Sung-Hye;Kim, Ki-Yong;Lee, Hyoshin;Jinki Jo
한국초지조사료학회지
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제20권2호
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pp.97-102
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2000
To increase thennotolerance of forage crops, transgenic rice plants as a model for transformation of monocots were generated. A cDNA encoding the chloroplast-localized small heat shock protein (small HSP) of rice, Oshsp21, was introduced into rice plants via Agrobacterium-mediated gene transfer system. Calli induced from scutella were co-cultivated with a A. tumefaciens strain EHAlOl canying a plasmid, pIGhsp21. A large number of transgenic plants were regenerated on a medium containing hygromycin. Integration of Oshsp2l gene was confirmed by PCR and Southern blot analyses with genomic DNA. Northern blot and immunoblot analyses revealed that the Oshsp21 gene was constitutively expressed and accumulated as mature protein in transgenic plants. Effects of constitutive expression of the OshspZl on thermotolerance were first probed with the chlorophyll fluorescence. Results indicate that inactivation of electron transport reactions in photosystem I1 (PSII), were mitigated by constitutive expression of the Oshsp21. These results suggest that the chloroplast small HSP plays an important role in protecting photosynthetic machinery during heat stress. (Key words : Thermotolerance, Rice, Transgenic, cDNA)
The expressed sequence tags(ESTs) from immature seed of rice, Oryza sativa cv Milyang 23, were partially sequenced and analyzed by homology. As of 1998, the partial sequences of about 6,600 cDNA clones were analyzed from normal and normalized immature seed cDNA libraries. About 2,200 ESTs were putatively identified by BLASTX deduced amino acid sequence homology analysis. About 20% of them were putatively identified as storage proteins. Also the clones were highly homologous to genes involved particularly in starch biosynthesis, glycolysis, signal transduction and defenses. Compared to 35% of redundancy in the ESTs of normal cDNA library, that from the substracted library was 15%. The Korea Rice Genome Network is maintained to provide the updated information of sequences, their homologies and sequence alignments of ESTs. For the stable expression of transgene in rice, diverse vectors were developed for overexpression, targeting and gene dosage effect with transit peptides (Tp) and matrix attachment region (MAR) sequence from chicken lysozyme locus. The rice calli were transformed via Agrobacterium tumefaciens LBA4404(pSB1) with the triparental mating technique and selected by herbicide resistance. The green fluorescent protein(GFP) gene in expression vector under the control of rbcS promoter-Tp was overexpressed upto 10 % of the total soluble protein. In addition, the Tp-sGFP fusion protein was properly processed during translocation into chloroplast. The expression of sGFP in the presence of MAR sequences was analyzed with Northern and immunoblot analysis. All the lines in which sGFP transgene with MAR sequence, showed position independent and copy number-dependent expression, while the lines without MAR showed the varied level of expression with the integration site. Thus the MAR sequence significantly reduced the variation in transgene expression between independent transformants.
국립원예특작과학원에서 분양받은 토마토 18계통을 공시하여 재분화가 잘되는 적정 품종을 탐색한 결과, 계통번호 2001-58에서의 재분화율이 93%로 양호하였다. 또한 식물체로의 재분화 과정에서 보여 지는 갈변현상과 phenolic compound에 의한 식물조직의 괴사현상을 막기 위하여 항산화제인 ascorbic acid와 cystein을 단용 또는 혼용으로 첨가한 후 토마토 재분화에 미치는 영향을 살펴 본 결과, ascorbic acid $200{\sim}300\;{\mu}M/L$ 처리구에서 줄기형성율 및 생체중이 증가되는 현상을 관찰할 수 있었다. 토마토 엽록체 형질전환체 선발을 위해 spectinomycin의 적정 농도를 살펴본 결과, 재분화배지에 spectinomycin 20~25 mg/L 농도가 첨가되어진 처리구에서 재분화가 거의 이루어지지 않았다. 토마토 엽록체 형질전환을 위해 토마토 엽록체 게놈 일부를 분리하여 염기서열을 분석하여 담배와 비교 분석한 결과, homology가 매우 높음을 알 수 있었다. Homologous recombination에 의한 엽록체 형질전환이 되기 위해서 분리한 토마토 엽록체 게놈 일부를 border sequence로 이용하였고, transient assay를 위해 GFP 유전자가 포함된 토마토 엽록체 형질전환용 운반체 pKRT22-AG를 제작하였다. Bombardment을 한 후 원형질체를 나출하여 공초점 현미경하에서 관찰한 결과 엽록체 내에서만 GFP가 발현됨을 알 수 있었으며, DNA 농도 $1\;{\mu}g$, $0.6\;{\mu}m$ gold particle 1 mg, target distance 9 cm 조건이 가장 좋았다.
Molecular farming is production of pharmaceutically and industrially important proteins in plants. Plants and plant cell culture systems have been used as bio-factory to produce recombinant proteins such as monoclonal antibodies, enzymes, vaccines, hormones, interleukins, commercial enzymes and etc. The terms molecular farming, biofarming, molecular pharming, phytomanufacturing, recombinant or plant-made industrials, planta-pharma, plant bioreactors, plant biofactory, and pharmaceutical gardening are used interchangeably. Molecular farming can provide safe and inexpensive pharmaceutical proteins as well as commercial ones. In spite of several advantages of molecular farming such as safety and inexpensive cost, there are also a couple of drawbacks in the existing technology. One of them is low expression level of target gene in plants, which has been improved by optimizing gene-based codon usage, screening of strong promoters, expression of transcription factors, subcellular targeting of target proteins, chloroplast transformation, and transient expression using viral expression system (magnifection). Some plant-based commercial proteins have already been in markets and more than twenty plant-based pharmaceuticals have been in clinical trials, from that we can expect that several plant-based pharmaceutical proteins will be seen in the markets in the near future.
The morhology and life history of Stylonema cornu-cervi Reinsch from Japan were investigated. The species had multiseriate erect thalli from a basal cell. The thalli usually branched dichotomously, occasionally trichotomously near the base, and non-branched thalli were sometimes observed. A dichotomous branch on the upper portion near the base occurred only one time on each erect branch. Cells contained a stellate chloroplast, which was composed of a central rounded part with an obscure pyrenoid and 5-8 cup-like lobes connected to the central part by a small thin stipe. The biseriate part was observed on the six-celled stage in culture, and the grown thalli were multiseriate except for base and apices. Monospores forming from the immediate transformation of vegetative cells were observed. Thalli grew at 15-25$^{\circ}C$ and died at 10 and 30$^{\circ}C$. The fastest growth and maturation were observed under 25$^{\circ}C$ and 14L:10D. Although S. alsidii (Zanardini) Drew usually had uniseriate thalli, irregularly branched multiseriate thalli had been reported in cultures. It is possible that in the previous report the thalli were confused with S. cornu-cervi. In this report, S. cornu-cervi were distinguished from S. alsidii in that the branches were few, the multiseriate portions were observed on the early stage (six-celled stage), and the grown thalli were multiseriate except at the base and apices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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