국내품종인 동진벼와 태백벼의 미숙접합자배 유래 배발생 현탁배양 세포의 초저온 보존 시스템을 개발하였다. 동결/해동 후 캘러스 재생률은 동진벼의 경우 2 M DMSO와 0.4 M sucrose를 태백벼의 경우 0.64 M DMSO와 0.4 M sucrose를 혼용처리하였을 때 캘러스 재생률이 각가 88%와 90%로 가장 높았다. 또한 고농도의 삼투용액에서 배양세포 의 전처리 과정은 필요하지 않았다. 재생된 캘러스를 1 mg/L NAA와 5 mg/L kinetin이 첨가 된 $N_{6 }$, 배지로 이식하여 명배양하였을 때 체세포배발생을 통하여 다수의 유식물체가 발달하였다. 약 100여개의 식물체가 재분화되었으며, 이중 25%는 albino이었다.다.
야생 흰제비꽃의 엽병 유래 callus를 장기 계대배양하는 과정 중에 발생하는 순화된 friable callus와 분화능이 높은 compact callus를 비교 관찰한 바, friable callus는 연초록색으로 부서지기 쉬운 부드러운 callus이고, compact callus는 진녹색으로 단단한 callus였다. 동결처리 한 시료를 주사전자 현미경에서 동일하게 200배로 관찰하여 보면, friable callus 는 작은 세포집단으로 이루어진 세포군의 주변부에 고도로 액포화된 세포가 광범위하게 분포되어 있는 반면, compact callus는 거의 균일한 세포들로 구성되어 세포구성이 치밀한 것으로 관찰되었다. 또한 friable callus와 compact callus로 부터의 체세포배형성은 배양세포에서 배가 발생하여 배양기간이 지남에 따라 식물체로 분화하였다. 이와 같은 과정은 배양세포의 세포질이 보다 충만한 부위에서 배유사체 (embryo like body)의 발생이 이루어지는 것으로 관찰되었다.
4종류 고구마 품종을 대상으로 정단분열조직 배양에 의한 배발생 캘러스 유도, 이들로부터 고빈도의 체세포배발생과 식물체 재분화 체계를 확립하였다. 자미. 율미, 신황미, 및 화이트 스타의 생장점을 LS 기본배지에 1 mg/L auxin (2,4-D, picloram, dicamba)가 첨가된 배지에서 배양하였다. 그 결과 2,4-D 첨가 배지에서 가장 높은 빈도로 배발생 캘러스가 유도되었으며, 배양 4주째에 유도된 배발생 캘러스의 빈도는 신황미, 자미, 율미. 및 화이트 스타에서 86%, 78%, 76%, 및 80%를 각각 나타내었다. 2,4-D 첨가 배지에서 얻어진 배발생 캘러스를 2.4-D를 제거한 배지로 옮겨 주어 체세포배를 유도하였으며, 이 체세포배의 90% 이상이 완전한 식물체로 발달하였다. 이러한 결과는 정단분열조직 배양으로부터의 체세포배 발생 방법이 광범위한 고구마 품종에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 분자육종을 통한 신기능성 고구마 품종개발에 효율적으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
Porcine epidemic diarrhea virus (PEDV)는 돼지의 급성장염을 유발하여 설사 증상을 일으키는 바이러스이다. 본 연구에서는 고구마 저장뿌리 고발현 sporamin 프로모터 및 CaMV 35S promoter를 이용하여 PEDV 항원단백질을 생산하는 고구마 식물체를 개발하고자 하였다. 형질전환 벡터를 제작하기 위하여 PEDV에서 항원성이 알려진 스파이크 단백질의 일부분을 암호화하는 유전자를 PCR로 합성하였다. 고구마 [Ipomoea batatas (L.) Lam] 율미 품종의 배발생 캘러스를 재료로 하여 Agrobacterium tumefaciens을 매개로 형질전환하였다. 선발배지 (MS medium, 1 mg/L 2,4-D, 100 mg/L kanamycin, and 400 mg/L claforan)에서 배발생 캘러스를 3주 간격으로 4개월 동안 계대배양하여 카나마이신 저항성 캘러스를 선발하였다. 선발된 배발생 캘러스를 호르몬을 제거한 배지로 옮겨 체세포배를 유도하였으며 이후 shoot과 뿌리가 형성되었다. 재분화된 소식물체를 대상으로 PCR 분석으로 카나마이신 저항성 재분화 개체의 50% 이상이 도입 유전자를 가지고 있었으며 이들 식물체를 대상으로 Southern blot 분석하여 PEDV 유전자가 고구마 식물체의 게놈으로 안정적으로 도입되었음을 확인하였다. 형질전환 식물체에서 도입유전자의 발현을 RT-PCR로 분석한 결과 PEDV의 spike 유전자가 높은 수준으로 발현하였다.
가시오갈피의 꽃봉오리 엽병, 줄기, 줄기마디, 뿌리, 꽃대, 잎 등 조직으로 부터 캘러스가 유기 되었으며 캘러스 유기재료로는 꽃봉오리, 엽병, 줄기, 줄기 마디, 뿌리 등이 적합하였다. 캘러스 유기율은 한국산 가시오갈피가 일본산과 러시아산보나 높게 나타났다. 캘러스유기에는 2.4-D와 TDZ조합처리가 효과적이었으며 한국가시오갈피의 엽병, 줄기, 액아, 뿌리절편으로부터 형성된 캘러스에서 배발생 캘러스가 형성되었으며 줄기에서 형성된 캘러스로부터 한국, 일본, 러시아산 가시오갈피 모두에서 배발생캘러스가 형성되었다. 엽병에서 형성된 캘러스로부터 배발생캘러스의 유기율이 가장 높았으며 2.4-D 1mg/l 처리가 가장 효과적이었다. 액체배지에서의 체세포배의 생장에는 생장조절물질을 첨가하지 않은 MS기본배지가 적합하였다. 기내에서 잎과 뿌리 분화가 이루어지고 건실하게 자란 식물체를 온실에 옮겨 순화하였을 경우 99.1%의 생존율을 보였다.
국내 옥수수 3품종 (두메찰, 미백찰, 흑점찰)과 5 계통(HW1, KL103, HW3, HW4, KW7)의 미숙배를 1 mg/L 2,4-D, 25 mM proline, 100 mg/L casamino acid, 3 mM MES, 1.7 mg/L $AgNO_3$, Eriksson's vitamin 및 20 g/L sucrose가 첨가된 MS배지 (SEM)에 5주 동안 배양하였다. 각 계통 및 품종의 체세포배 발생 빈도는 HW1 (45.20%), KL103 (5.75%), HW3 (37.20%), HW4 (30.10%), KW70 (55.20%), 미백찰 (18.74%), 흑점찰 (22.41%), 두메찰 (36.72%)이었으며, 모델 품종인 Hi II type에서는 10% 이하였다. Hi II계통에서 형성되는 type II캘러스와 같은 노란색의 부드러운 배발생캘러스 (yellowish friable embryogenic callus, YFEC)는 오직 HW3와 흑점찰 품종에서 형성되었으며, 반면 다른 품종 및 계통에서는 late-embryo단계의 단단한 체세포배가 직접 발생되거나 형태적으로 비정상 모양을 갖는 단단하고 팽창된 체세포배가 발생 되었다. 노란색의 부드러운 배발생캘러스 (yellowish friable embryogenic callus, YFEC)는 동일배지에서 빠르게 증식 되었고 6개월 이상 배발생 능이 유지 되었으며, 1차 재분화 배지와 2차 재분화배지에 옮겼을 때 모두 식물체로 전환 되었다. 그러나 단단한 노란색의 배발생캘러스와 비정상 형태의 체세포배는 동일배지에서 매우 느리게 증식되었고, 재분화 배지에서 낮은 식물체 전환율 (25%)을 보였다. 따라서 본 연구로부터 선발된 HW3와 흑점찰은 향후 국내 옥수수 유전자원을 이용한 형질전환 시스템 개발연구에 이용 될 수 있을 것으로 예상된다.
본 실험은 음나무 배발생 세포의 증식 및 체세포배 발달을 위한 액체 현탁 배양조건의 확립을 위해 수행되었다. 배발생 세포의 생장율은 접종 밀도가 증가할수록 감소하였다. 배발생 세포의 증식에 가장 효과적인 접종 밀도는 0.1 g/100 ml 로서 이 농도에서 세포의 생장율이 가장 높았다. 배양기간에 따른 배발생 세포의 생장 패턴 및 세포 주기 (G1, S, G2/M) 분석 결과, 세포의 생장은 배양 5일 후부터 증가가 시작되어 15일 까지 급격히 생장하였으며 그 이후에는 점차 감소하였다. 배양 기간 별 세포 주기 (cell cycle)의 변화가 명확하게 관찰되어 배양 5일째 5기는 초기의 5.5% 에서 11.7%로 두 배정도 증가하였으며, 배양 15일 이후부터는 다시 초기의 세포 주기로 되돌아가면서 안정화되는 것으로 나타났다. 따라서 음나무 배발생 세포의 현탁배양은 15일의 주기로 배양하는 것이 증식에 가장 효과적인 것으로 생각되었다. 한편 배발생 세포에서 체세포배의 유도는 배양초기의 접종 밀도가 중요한 것으로 나타났다. 0.5 g/L 의 낮은 밀도로 접종 시에는 65% 이상의 어뢰형 배가 유도된 반면 접종 밀도가 높아질수록 어뢰형으로의 배발달은 급격히 감소하였다. 초기의 접종 밀도가 증가할수록 특히 어뢰형 배의 발달은 지연되었으나 구형 및 심장형 배의 유도는 초기 접종밀도에 영향을 받지 않았다. 이상의 실험결과로 음나무 액체 배양 시 초기 접종 밀도를 조절함으로써 배발생 캘러스의 증식 및 체세포배를 효과적으로 유도할 수 있었으며 이는 체세포배 생산을 위한 배양 기간의 단축이 가능함을 보여주는 결과이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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