본 연구에서는 백색부후균인 겨울우산버섯의 원형질체 분리 조건과 유전자 형질전환 방법을 확립하였다. 겨울우산버섯 균사에 세포벽 분해효소로 0.5% Usukizyme을 처리하여 ml당 $1{\times}10^7/ml$개의 원형질체를 확보할 수 있었다. 형질전환체의 선별을 위해 hygromycin에 대한 저항성을 갖는 유전자(hph)를 선택표지로 이용하여 형질전환용 벡터(pHYgpt)를 제작하였다. 40% polyethylene glycol 용액과 aurintricarboxylic acid와 heparin, supermidine을 첨가하여 형질전환을 수행 한 결과 벡터 $1{\mu}g$ 당 100-160개의 수율로 형질전환체를 얻었다. 도입된 벡터는 hph 유전자의 PCR 증폭을 통해 형질전환체의 염색체내에 삽입되었음을 확인하였다. 이러한 결과는 polyporus 속의 유전자를 활용한 새로운 균주 개발에 유용한 기술이 될 것이다.
현재 양송이 품종의 개발은 1980년대에 개발된 방법에 의존하여 진행되고 있다. 유전자가위를 이용한 유전자교정 기술이 다양한 분야에서 각광받고 있고, 이 기술을 버섯 육종에도 적용하기 위하여 진행된 이 연구에서는, CRISPR/Cas9 활용에 필수적인 원형질체 분리 효율을 1.0 × 108/mL까지 안정적으로 끌어올렸고, spermidine을 이용하여 PEG 형질전환의 효율 또한 기존 방법에 비해 100배가량 끌어올렸음을 보고한다.
완두엽육세포(葉肉細胞)의 원형질체분리(原形質體分離) 및 융합(融合)에 있어서 효소(酵素)의 처리시간(處理時間), $CaCl_2{\cdot}2H_2O$의 효과(效果), 효소(酵素)의 농도(濃度)와 엽(葉)의 위치(位置)에 따른 원형질체(原形質體)의 분리(分離)에 미치는 영향(影響)과 Mole 농도(濃度)에 따른 원심분리효과(遠心分離效果), PEG용액(溶液)의 처리시간(處理時間), 산도(酸度)에 따른 융합효과(融合效果) 그리고 dimethyl sulfoxide 첨가효과(添加效果)를 구명(究明)하기 위하여 실시(實施)한 실험(實驗)의 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 원형질체(原形質體)의 분리(分離)에는 4시간(時間)의 산소처리(酸素處理)가 가장 양호(良好)했고 $CaCl_2{\cdot}2H_2O$의 첨가(添加)에 따라 원형질체(原形質體)의 분리속도(分離速度)가 늦어졌으며 활성도(活性度)는 4시간(時間)까지 변동(變動)이 없었고 $CaCl_2{\cdot}2H_2O$ 의해서 활성도(活性度)가 장기간(長期間) 유지(維持)되었다. 2. 산소(酸素)의 농도(濃度)는 1% 이상의 처리(處理)에서 거의 동일(同一)한 원형질체분리율(原形質體分離率)을 나타냈으며 상위(上位) 1~2엽(葉)이 가장 좋은 원형질체분리율(原形質體分離率)을 보였으며 원심분리효과(遠心分離效果)는 0.4M, 0.5M에서 양호(良好)하였다. 3. 원형질체융합(原形質體融合)은 PEG 6000용액(溶液) 75분(分) 처리(處理)에서 좋은 융합율(融合率)을 보였다. 그러나 30분(分) 이내(以內)의 처리(處理)가 활성도(活性度)에 영향(影響)을 미치지 않았으며 pH 5.8인 PEG 6000의 0.2M용액(溶液)에서 가장 높은 62.84%의 융합율(融合率)을 나타내었다. dimethyl sulfoxide에 의한 효과(效果)는 융합율(融合率)이 3~7% 감소(減少)하지만 binucleate의 유도(誘道)에 유효(有效)한 것으로 추정(推定)된다.
구름버섯은 항종양작용이 인정되었으며 근자에는 AIDS virus에 대한 억제효과가 보고되고 있다. 이와 같은 약효를 인정받고 있는 구름버섯 균주간의 세포융합이나 구름버섯과 타 유효한 버섯과 세포융합을 시행함으로써 더욱 효능이 우수하거나 다양한 균주의 약효를 한 균주내에서 기대할 수 있는 새로운 균주의 개발이 가능하다. 이러한 목적으로 구름버섯의 원형질체융합을 시행하기 위하여, 원형질체분리, 재생 및 두 영양요구주의 융합에 관하여 실험하였다. 균사체를 2.5일간 셀로판지위에서 배양하여 Novozym 234와 cellulase Onozuka R-10이 각각 15 mg/ml와 10 mg/ml 포함되어 있는 0.6M sucrose 용액에 넣어 $30^{\circ}C$에서 3-4.5시간 반응시킬 때 원형질체 수득률이 가장 높았다. 삼투압 안정제로 0.6M sucrose는 원형질체 형성과 재생에서 최적조건이었다. 0.6M sucrose를 포함하는 고체배지에서의 재생빈도는 3.48%이었으며 UV 조사시 생존률은 0.02-7.4%이었다. 원형질체융합은 $30^{\circ}C$에서 10분 동안 polyethylene glycol(M.W. 4,000)을 이용하여 시행하였는데 그 융합빈도는 1.86%이었다.
Astaxanthin을 생산하는 효모 Phaffia rhodozyma로부터 제조된 상보적 돌연변이 균주간의 세포융합을 통하여 astaxanthin을 대량 생산하는 균주를 얻고자 시도하였다. 이들의 원형질체 융합빈도는 $1.3$\times$10^-^5-6.0$\times$10^-^5$이었고 DNA함량, 핵염색, UV조사에 대한 생존력 비교 그리고 형질분리분석등으로 핵융합을 확인하였다. 융합체 중 F1은 야생형의 모 균주와 비교했을때 astaxanthin생성량이 약 3배 증가하였다.
Inter-specific hybridization between Pleurotus pulmonarius and P. florida was attempted through PEG-induced protoplast fusion to select a fusant. The protocol for protoplast release, regeneration and fusion in these two Pleurotus species was standardized using the variables controlling the process. The mixture of mycolytic enzymes, i.e. commercial cellulase, crude chitinase and pectinase, KCl (0.6 M) as osmotic stabilizer, pH 6 of the phosphate buffer and an incubation time of 3 hours resulted in the maximum release of protoplasts from 3-day-old mycelia of P. florida ($5.3{\sim}5.75{\times}10^{7}$ protoplasts/g) and P. pulmonarius ($5.6{\sim}6{\times}10^{7}$ protoplasts/g). The isolated protoplasts of P. florida regenerated mycelium with 3.3% regeneration efficiency while P. pulmonarius showed 4.1% efficiency of regeneration. Polyethyleneglycol (PEG)-induced fusion of protoplasts of these two species resulted in 0.28% fusion frequency. The fusant produced fruiting bodies on paddy straw but required a lower temperature of crop running ($24{\pm}2^{\circ}C$) than its parents which could fruit at $28{\pm}2^{\circ}C$. The stable fusant strain was selected by testing for the selected biochemical markers i.e. Carbendazim tolerance and utilization of the lignin degradation product, vanillin.
Transformant construction using protoplasts requires less sample preparation time than particle bombardment and Agrobacterium-mediated transfection. There are two protoplast transfection methods: the PEG-mediated transfection method and the Lipofectamine transfection method. When Lipofectamine is mixed with DNA, Lipofectamine surrounds DNA like a cell membrane because of the positive charge of Lipofectamine. The Lipofectamine-DNA complex makes DNA insertion into cells easier. Fectin has similar functions to lipofectamine and is less expensive than lipofectamine. The 3D-fectin technology has been highlighted in animal cell transfection. Therefore, we performed PEG-mediated transfection, Lipofectamine transfection, and 3D-pectin transfection with a GFP construct. Protoplasts were isolated using the first leaf of "Bobwhite" after 4 hours of incubation in an isolation Buffer (cellulase + macerozyme). Protoplasts transformed by each method were cultured for 48 hours, and then GFP fluorescence expression was confirmed under confocal microscopy. GFP signals were detected in PEG-mediated transfection and Lipofectamine transfection. And the GFP signals were also detected in protoplasts to which 3D-fectin technology was applied, suggesting that 3D-fectin technology can be used for plant protoplast transfection.
The genetic analysis and characterization of protoplast fusion hybrids between complementary auxotrophic mutants of Candida pseudotropicalis were carried out. Nuclear fusion appeared to occur in fusion hybrids (e.g., F15 and F33), as strongly suggested by isolation of recombinants after mitotic segregation of parental genetic markers. This was confirmed by KNA content, nuclear staining and comparison of survival rate to UV light. After keeping fusion hybrids for approximately one year, the frequency of spontaneous mitotic segregation was $3.0\times 10^{-4}$ - $8.1\times 10^{-4}$ while that of induced mitotic segregation was $1.4\times 10^{-3}$- $1.7\times 10^{-3}$. These results suggested that they maintained stable karyogamy state. It was also found that the production of $\beta$-D-galactosidase from F15, F33 and F158 was somewhat increased when compared with that from either auxotrophic parents or wild type.
S. fradiae showed the highest acetanilide p-hydroxylation activity in the tested strains. And S. fradiae was well characterized genetically, especially with respect to tylosin production. Two mutants, which lost hydroxylation, were isolated in 140 regenerated colonies from protoplasts. In restriction enzyme digesion of total DNAs, isolation of giant linear plasmid DNA and determination of antibiotic resistances to chloramphenicol, tylosin, hygromycin B and mitomycin C, any differences among mutants and a wild type strain were not detected. These facts suggest that lesion on 6, 000 Kb chromosomal DNA was responsible for the lack of p-hydroxylation activity induced by protoplast formation and regeneration.
벼의 종자로부터 embryogenic callus를 유도하고 이로부터 개체로의 재분화를 유도하였으며, embroyogenic cell suspension culture를 통하여, 이로부터 원형질체를 분리, 배양하여 embryogenic callus를 형성하였다. 또한, 분리된 원형질체를 electroporation하였을 때 생존율(viability)에 미치는 여러 요인들을 조사하였다. 원형질체의 생존율은 voltage와 capactiance가 증가할수록 감소를 보였으며, HBM buffer에서 $4^{\circ}C$로 electroporation 하였을 때 생존율에 보다 효과적이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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