한 개의 pladsmid에 Gus gene과 Hygromycin resistant gene(Hpt)을 합친 vector를 개발하였다. 이 재조합된 DNA를 벼의 건조한 종자에 imbibition시켜 형질전환했을 때, hygromycin 배지에서 선별한 결과 그 발현율은 single Hpt vector와 차이 가 없었으며, 주로 뿌리의 생장점이나 자엽초에서 Gus expression을 볼 수 있였다. 또한 hygromycin 배지에서 선별되어 성체가 된 개체에서 그 genomic DNA를 뽑아 PCR을 한 결과 1Kb Hpt gene을 확인하였다. 그리고 생체에서 추출한 총 RNA에서 cDNA를 만든 후 reverse transcription PCR을 통하여, 외부 유전자의 발현을 증명하였다.
본 실험은 nptII 및 hpt 유전자가 삽입된 현사시나무를 이용하여 각 항생제 저항성 유전자로 형질전환된 세포의 효율적인 선발 조건을 규명하기 위하여 수행되었다. 액아가 포함된 줄기절편과 잎절편 조직의 생장, 발근 유도, 캘러스 유도로 항생제에 대한 감수성에 대한 효과를 검정하였다. 형질전환되지 않은 대조식물체의 잎절편을 이용한 경우 50 mg/L의 kanamycin이나 2 mg/L hygromycin으로 캘러스 유도 및 생장을 억제할 수 있었으나 형질전환된 식물은 100 mg/L kanamycin, 50 mg/L hygromycin에서도 왕성한 생장을 나타냈다. 절간조직의 개아의 경우 100 mg/L kanamycin, 5 mg/L hygromycin으로 줄기신장을 완전히 억제 가능하였으며, 뿌리유도는 50 mg/L kanamycin, 5 mg/L hygromycin에서 선발이 가능하였다. 형질전환체는 모두 이보다 높은 농도에서 왕성한 생장을 보였다. 형질전환이 되지 않은 세포의 생장을 억제하는 데는 hygromycin이 kanamycin보다 더 효율이 좋은 것으로 나타났다. 따라서 hpt유전자가 npt II 유전자보다 훨씬 강력한 선발표지임이 확인되었으며 엽절편의 캘러스 유도와 생장과 절간조직의 발근유도 모두 항생제에 예민하게 작용하여 형질전환체의 식별에 효과적으로 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
원생동물인 Tetrahymena thermophila의 17S-rDNA구조 및 hygromycin 내성 기구에 대한 연구의 일부로서 hygromycin 내성변이주 hmr3의 17S-rDNA를 대장균의 vector pBR 322에 cloning하였다. 우선 rDNA는 hot phenol-cresol 용액으로 추출하여 제한효소 Hind III 처리로서 약 2.2kbp의 17S-rDNA를 agarose 전기영동상에서 분리하였다. 이를 pBR 322에 cloning하여 wild type의 17S-rDNA probe와 colony hybridization시켜 선별하였다. 그중 5-19 균주의 recombinant plasmid로부터 17S-rDNA 의 전사 orientation위치가 pBR322의 tetracyline내성 유전자 쪽으로 삽입되어 있는 것을 확인하였다.
벼에서 분리한 저분자량 HSP 유전자 (OsHSP17.9)를 오차드그래스 (orchardgrass)에 도입하기 위하여 Agrobacterium을 이용한 형질전환을 실시하여 다음의 결과를 얻었다. 오차드그래스의 종자유래의 캘러스를 OsHSP17.9 유전자가 도입된 Agrobacterium EHA101과 공동배양한 다음, hygromycin 선발된 캘러스로부터 hygromycin 저항성 식물체를 얻었다. PCR 및 Southern blot 분석 결과, 벼의 저분자량 HSP 유전자가 재분화된 식물체에 안정적으로 도입되었음을 확인하였으며, 품종 간의 형질전환 효율은 '포토맥'의 경우 16.5%, '프론티어' 의 경우 8.0%를 나타내었다. 또한 Northern blot 분석 결과, 도입된 유전자가 형질전환체에서 정상적으로 발현된다는 것을 확인하였으며, 형질전환체의 계통 간에 발현량의 차이를 나타내었다.
Agrobacterium tumefaciens에 의해 일미벼 품종에 도입하여 많은 형질전환벼를 생산했다. 배발생 캘러스는 hygromycin 저항성 선발마커를 포함한 pCAMBIA1300 벡터를 이용하여 Agrobacterium strain AGL1으로 공동배양하였다. 공동배양 후 50mg/L hygromycin에 저항성을 보이는 형질전환체가 선발되었다. $T_0$ 세대 형질전환벼로부터 genomic DNA를 추출하여 PCR과 Southern blot을 통한 외래 유전자의 안정한 삽입을 검정하였다. 형질전환된 벼라인에서 650bp의 HPT 유전자 단편이 나타났다. 그리고 argE의 특이적 priomer를 이용하여 검정한 결과 230bp 단편이 검출되었다. SEM을 이용하여 형태학적 분석을 한 결과 기공 분포와 배열상의 특징에 있어서 형질전환체는 대조구와 비교하여 기공형태가 불규칙적인 차이를 보여 주었다.
Since it is known that Agrobacterium tumefaciens, which has long been used to transform plants, can transfer the T-DNA to yeast Saccharomyces cerevisiae during tumourigenesis, a variety of fungi were subjected to transformation to improve their transformation frequency. In this study, I report the A. tumefaciens-mediated transformation of filamentous fungus Aspergillus niger. Transfer of the binary vector pBIN9-Hg, containing the bacterial hygromycin B phosphotransferase gene under the control of the Aspergillus nidulans trpC promoter and terminator as a selectable marker, led to the selection of $50{\sim}100$ hygromycin B-resistant transformants per $1{\times}10^7$ conidia of A. niger. This efficiency is improved $10{\sim}20$ fold more than reported elsewhere. In order to avoid the difficulties in selection transformant from the over-growing non-transformant, I used top agar containing 900 ${\mu}g/ml$ of hygromycin. Genomic PCR and Southern analysis showed that all transformants contained single T-DNA insert per fungal genome. This technique offers an easier and more efficient method than that of using protoplast.
Transgenic cabbage (Brassica oleracea ssp. capitata) plants resistant to the commercial herbicide Bast $a^{R}$ were obtained by Agrobacterium tumefaciens - mediated transformation. Hypocotyl segments of in vitro grown plants were infected with Agrobacterium tumefaciens LBA 4404 harboring plasmid pMOG6-Bar which contains hpt and bar genes. Explants were cultured on callus induction medium (MS basal medium + 1 mg/L NAA + 2 mg/L BA + 2 mg/L AgN $O_3$+ 100 mg/L carbenicillin + 250 mg/L cefotaxime) supplemented with 15 mg/L hygromycin. Hygromycin resistant calluses were transferred to shoot regeneration medium (MS basal medium + 0.1 mg/L NAA + 2 mg/L BA + 3% sucrose + 2 mg/L AgN $O_3$+ 15 mg/L hygromycin + 250 mg/L cefotaxime + 100 mg/L carbenicillin). In order to induce roots, elongated shoots were placed on the MS medium without plant growth regulators and hygromycin. Southern blot analysis of several putative transgenic plants indicated that one to five intact copies of Apt and bar genes were incorporated into the genome. Expression of bar gene was confirmed by Northern blot analysis and by herbicide resistant phenotype. Seed progeny from self-pollinated transformants expressed the herbicide resistance and showed Mendelian segregation of the introduced gene.e.
난지형 사료작물들의 신품종 개발을 위해서는 형질전환기법에 의한 유용 유전자의 도입이 필수적이다. 기니아그라스를 포함하여 높은 조직배양 능력을 가진 3종의 Panicum속 식물을 대상으로 Agrobacterium법을 통한 효율적인 형질전환 체계를 확립하였다. P. meyerianum의 성숙종자 유래 캘러스를 이용하여 acetosyringone과 betaine이 Agrobacterium의 감염에 미치는 영향을 GUS 유전자의 발현 정도를 통해 조사하였다. 그 결과, acetosyringone 10 mg/L와 betaine 60 mg/L를 첨가하였을 때 높은 GUS 유전자의 발현이 관찰되었다. 최적의 형질전환조건을 이용하여 기니아그라스 2품종의 미성숙 배 유래 캘러스와 P. longijubatum, P. stapfianum의 성숙종자 유래 캘러스에 각각 형질전환을 시도한 결과, 모든 캘러스에서 높은 GUS 유전자의 발현이 관찰되었다. 또한 hygromycin이 첨가된 선발배지에서 저항성을 나타내는 캘러스를 대상으로 GFP 유전자의 발현을 관찰한 결과 안정적으로 세포 내에서 발현되고 있음을 확인할 수 있었다. Hygromycin이 첨가된 선발배지에서 내성을 나타낸 P. meyerianum 캘러스는 유식물체로 재분화되었다. 형질전환체를 대상으로 PCR 분석을 실시한 결과, 발현벡터 T-DNA 영역의 hpt 유전자가 형질전환체의 genome내에 성공적으로 도입되었음을 확인할 수 있었다.
호접란의 형질전환시스템을 확립하기 위한 제 연구를 수행하였다. 항생제 kanamycin, hygromycin 및 spectinomycin 농도(0, 25, 50, 100, 200, and $400mg{\cdot}L^{-1}$)가 품종별 PLB 생존율에 미치는 영향을 알아보기 위한 실험에서 hygromycin은 $25mg{\cdot}L^{-1}$에서 모든 품종이 괴사하였으므로 형질전환 개체의 선발 항생제로는 hygromycin이 유리할 것으로 보였다. P. 'Maki Watanabe'와 P. 'Brother Lawrence' 두 품종에서 형질전환체 선발을 위한 DL-Phosphinothricin (PPT)의 적정 농도는 $0.5mg{\cdot}L^{-1}$이었다. 형질전환시 가장 높은 효율을 얻기 위한 공동배양 일수를 결정하기 위한 실험은 Dtps. 'City Girl'과 A. tumefaciens LBA4404를 이용하여 2단계로 이루어졌다. 균주와 VW 배지의 1 : 10 현탁액에 균주와 PLB를 감염시킨 결과 1시간 처리구에서 PLB 생존이 가장 많았다. 그런 다음 공동배양한 결과 5일 배양에서 PLB 생존수가 가장 많았지만, 4일 이상의 공동배양할 경우 PLB 조직이 연화가 되고 약해져서 죽게 되었다. 따라서 오히려 3일 공동배양 기간이 적당한 것으로 판단되었다. 박테리아 균주의 종류가 호접란 PLB의 형질전환에 미치는 효율을 비교하기 위해 A. tumefaciens LBA4404(pTOK233)와 EHA105(pGA643)를 이용하였다. LBA4404 보다 EHA105로 감염시킨 PLB의 생존율이 더 높았다. A. tumefaciens LBA4404(pTOK233)와 AGL1(pCAMBIA3301)을 이용한 형질전환 실험에서 치상된 PLB가 초기에 백변하는 정도가 LBA4404를 이용한 경우 눈에 띄게 빠르게 나타났고 새로운 PLB가 유도되는 정도도 매우 낮았다(1% 미만). 반면에 AGL1을 이용한 경우 40% 정도의 새로운 PLB 및 유식물체 형성율을 나타내었다. 형질전환 실험에서 최종적으로 hygromycin 저항성 식물체 11개체와 PPT 저항성 식물체 32개체를 얻어냈으나 진정한 형질전환체인지는 차후에 더 검정이 되어야 할 것으로 보인다.
본 연구에서는 Ttichoplusia ni 세포의 apoptosis 유도 및 억제 현상의 기초연구를 수행하였다. Apoptosis 유도제로 알려진 hygromycin B에 의한 세포 성장 저해는 $200\;{\mu}/ml$의 수준에서부터 나타났고, $400\;{\mu}/ml$ hygromycin B를 처리한 세포에서는 배양 후 2일부터 DNA가 분절되어지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 dexamethasone과 sodium butyrate를 첨가시 세포성장은 저해되었지만 DNA 분절현상이 보이지 않아 apoptosi의 유발여부를 확인할 수 없었다. 그리고 caspase 기능억제제의 apoptosis 지연효과를 보기 위해 $200\;{\mu}/ml$ hygromycin B로 apoptosis를 유발한 상태에서 Ac-DEVD-CHO를 첨가하여 세포성장을 비교해 본 결과 이 저해제에 의해 약 36%정도 apoptosis가 억제되었음을 확인하였다. N-acetylcysteine의 경우도 apoptosis지연 효과가 있었다. Bcl_계에 속하는 anti-apoptotic 유전자의 발현연구로서 apoptosis 저해 단백질인 bcl-2 유전자를 곤충세포에 형질전환시킨 후 이 단백질이 한시적으로 발현되는 것을 western blot분석법으로 확인하였으며 apoptosis가 지연된 곤충세포주의 개발이 가능하다는 결론을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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