• 제목/요약/키워드: transformed rice

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Enhanced proline accumulation and salt stress tolerance of transgenic indica rice by over-expressing P5CSF129A gene

  • Kumar, Vinay;Shriram, Varsha;Kishor, P.B. Kavi;Jawali, Narendra;Shitole, M.G.
    • Plant Biotechnology Reports
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    • 제4권1호
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    • pp.37-48
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    • 2010
  • [ ${\Delta}^1$ ]pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) is a proline biosynthetic pathway enzyme and is known for conferring enhanced salt and drought stress in transgenics carrying this gene in a variety of plant species; however, the wild-type P5CS is subjected to feedback control. Therefore, in the present study, we used a mutagenized version of this osmoregulatory gene-P5CSF129A, which is not subjected to feedback control, for producing transgenic indica rice plants of cultivar Karjat-3 via Agrobacterium tumefaciens. We have used two types of explants for this purpose, namely mature embryo-derived callus and shoot apices. Various parameters for transformation were optimized including antibiotic concentration for selection, duration of cocultivation, addition of phenolic compound, and bacterial culture density. The resultant primary transgenic plants showed more enhanced proline accumulation than their non-transformed counterparts. This proline level was particularly enhanced in the transgenic plants of next generation ($T_1$) under 150 mM NaCl stress. The higher proline level shown by transgenic plants was associated with better biomass production and growth performance under salt stress and lower extent of lipid peroxidation, indicating that overproduction of proline may have a role in counteracting the negative effect of salt stress and higher maintenance of cellular integrity and basic physiological processes under stress.

종자내 아미노산 합성 조절 유전자에 관한 연구 (Amino Acid Biosynthesis and Gene Regulation in Seed)

  • 임용표;서미정;조수진;이정희;이효연
    • 한국식물학회:학술대회논문집
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    • 한국식물학회 1996년도 제10회 식물생명공학심포지움 고등식물 발생생물학의 최근 진보
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    • pp.61-74
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    • 1996
  • Human and monogastric animals can not synthesize 10 out of the 20 amino asids and therefor need to obtain these from their diet. The plant seed is a major source of dietary protein. It is particular important in their study to increase nutritional quality of the seed storage proteins. The low contents of lysine, asparagine and threonenein various cereal seeds and of cystein and methionine. In legume seeds is due to the low proportions of these amino acids in the major storage proteins, we have tried to apply the three strategies; (1) mutagenesis and selection of specific amino acid analogue resistance, (2) cloning and expression study of lysine biosynthesis related gene, (3) transfomation of lysine rich soybean glycinin gene. The 5-methyltryptophan (5MT) resistant cell lines, SAR1, SAR2 and SAR3 were selected from anther derived callus of rice (Oryza sativa L. "Sasanishiki"). Among these selected cell lines, two (SAR1 and SAR3) were able to grow stably at 200 mg/L of 5MT. Analysis of the freed amino acids in callus shows that 5MT resistant cells (SAR3) accumulated free tryptophan at least up to 50 times higher than those that of the higher than of SAS. These results indicated that the 5MT resistant cell lines are useful in studies of amino acid biosynthesis. Tr75, a rice (Oryza sativa L., var. Sasanishiki) mutant resistant to 5MT was segregated from the progenies of its initial mutant line, TR1. The 5MT resistant of TR75 was inherited in the M8 generations as a single dominant nuclear gene. The content of free amino acids in the TR75 homozygous seeds increased approximately 1.5 to 2.0 fold compared to wild-type seeds. Especially, the contents of tryptophan, phenylalanine and aspartic acid were 5.0, 5.3 and 2.7 times higher than those of wild-type seeds, respectively. The content of lysine is significantly low in rice. The lysine is synthesized by a complex pathway that is predominantly regulated by feedback inhibition of several enzymes including asparginase, aspatate kinase, dihydrodipicolinat synthase, etc. For understanding the regulation mechanism of lysine synthesis in rice, we try to clone the lysine biosynthetic metabolism related gene, DHPS and asparaginase, from rice. We have isolated a rice DHPS genomic clone which contains an ORF of 1044 nucleotides (347 amino acids, Mr. 38, 381 daltons), an intron of 587 nucleotides and 5'and 3'-flanking regions by screening of rice genomic DNA library. Deduced amino acid sequence of mature peptide domain of GDHPS clone is highly conserved in monocot and dicot plants whereas that of transit peptide domain is extremely different depending on plant specie. Southern blot analysis indicated that GDHPS is located two copy gene in rice genome. The transcripts of a rice GDHPS were expressed in leaves and roots but not detected in callus tissues. The transcription level of GDHPS is much higher in leaves indicating enormous chloroplast development than roots. Genomic DNA clones for asparaginase genes were screened from the rice genomic library by using plaque hybridization technique. Twelve different genomic clones were isolated from first and second screening, and 8 of 12 clones were analyzed by restriction patterns and identified by Southern Blotting, Restriction enzyme digestion patterns and Southern blot analysis of 8 clones show the different pattern for asparaginase gene. Genomic Southern blot analysis from rice were done. It is estimated that rice has at least 2-3 copy of asparaginase gene. One of 8 positive clones was subcloned into the pBluescript SK(+) vector, and was constructed the physical map. For transformation of lysine rich storage protein into tobacco, soybean glycinin genes are transformed into tobacco. To examine whether glycinin could be stably accumulated in endosperm tissue, the glycinin cDNA was transcriptionally fused to an endosperm-specific promotor of the rice storage protein glutelin gene and then introduced into tobacco genomic via Agrobacterium-mediated transformation. Consequently the glycinin gene was expressed in a seed-and developmentally-specific manner in transgenic tobacco seeds. Glycinin were targeted to vacuole-derived protein bodies in the endosperm tissue and highly accumulated in the matrix region of many transgenic plant (1-4% of total seed proteins). Synthesized glycinin was processed into mature form, and assembled into a hexamer in a similar manner as the glycinin in soybean seed. Modified glycinin, in which 4 contiguous methionine residues were inserted at the variable regions corresponding to the C - teminal regions of the acidic and basic polypeptides, were also found to be accumulated similarly as in the normal glycinin. There was no apparent difference in the expression level, processing and targeting to protein bodies, or accumulation level between normal and modified glycinin. glycinin.

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한국 재배종 낙동벼에서 임성 형질전환식물체의 재분화 (Regeneration of Fertile Transgenic Rice Plane from a Korean Cultivar, Nakdongbyeo)

  • Soo In LEE;Hyun Jin CHUN;Chae Oh LIM;Jeong Dong BAHK;Moo Je CHO
    • 식물조직배양학회지
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    • 제22권3호
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    • pp.175-182
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    • 1995
  • 벼는 임성 식물체의 재분화 뿐만 아니라 유전적으로 안정된 형질전환 식물체를 얻을 수 있는 가장 성공적인 단자엽 식물중 하나이다. 그러나 우리나라에서는 아직 유전적으로 안정된 임성 형질전환 벼품종에 대한 보고가 없었다. 본 연구에서 우리나라의 재배종인 낙동벼로부터 임성 형질전환식물체를 얼을 수 있음을 증명하였다. 현탁뱅양세포로부터 분리된 원형질체를 이용하여 PEG로 HPT와 GUS Plasmids늘 함께 형질전환시켰다. 다섯번의 실험을 통하여 hygromycin 저항성 캘러스는 평균 1.73%이였다. 소식물체는 항생제 저항성 캘러스로부터 재분화되었고 식물체 재분화효율은 약 27%이었다. 항생제에 저항성이 있는 캘러스에서 GUS 유전자가 발현되는 캘러스는 평균 35%였다. R0형질전환식물체는 성숙 개화하여 Rl 종자를 생성하였다. Rl 종자와 유모의 해부학적 GUS 활성을 분석하여 CaMV35S 프로모터 의해 GUS 유전자가 적절히 발현되는 것을 확인하였다. 또한 우리는 Rl세대에서 HPT유전자가 멘델 법칙에 따라 유전됨을 확인하였다

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고 함량 트립토판 생산 GM 벼 개발 및 전사체 분석 (Development of high tryptophan GM rice and its transcriptome analysis)

  • 정유진;;조용구;강권규
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제42권3호
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    • pp.186-195
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    • 2015
  • Anthranilate synthase (AS)는 트립토판(Trp)과 indole-3-acetic acid, indole alkaloids의 생합성 경로에서 중요한 효소로 작용한다. 트립토판 생합성 상에서 feedback inhibition에 민감하게 반응하는 AS alpha-subunit 관련 OASA2 유전자 영역의 single (F124V) 및 double (S126F/L530D) 점돌연변이로 변형된 유전자의 재조합운반체를 작성하고 이들 유전자들을 Agrobacterium 방법으로 동진벼에 도입하여 형질전환체를 육성하였다. Single 및 double 돌연변이 OsASA2 유전자가 도입된 형질전환 벼 계통들은 nos gene probe를 이용한 TaqMan PCR 방법으로 single copy를 선발하였고, intergenic 계통을 선발하기 위해서 Bfa I 제한효소를 이용하여 RB와 LB 인접서열로부터 IPCR을 통한 FST 분석을 수행하여 4 개의 intergenic 계통을 선발하였다. 도입된 유전자의 발현으로 형질전환 벼는 Trp, IAN 및 IAA가 잎에 가장 많이 축적되었고, 종자의 트립토판 함량도 증가되었다. 후대에서 tryptophan 함량이 높은 S-TG와 D-TG의 두 호모 이벤트 계통을 육성하여 트립토판 함량을 분석한 결과 대조구에 비하여 13~30배 이상 높게 나타났으며, 유리아미노산의 함량도 증가하였다. 이벤트 계통을 이용하여 microarray 분석을 수행한 결과 세포 내 이온 수송, 영양분 공급 등에 영향을 주는 유전자군들이 up-regulation 되었고, 세포 내 기능유전자의 역할을 담당하는 조효소 등이 down-regulation 된 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는 선발된 두개의 상동성 이벤트 계통들이 고함량의 유리 트립토판 생산 벼의 육종에 효과적으로 이용될 수 있음을 보여준 결과로 생각된다.

벼 발아초기 종자를 이용한 고효율 단기형질전환 방법 (High-efficiency and Rapid Agrobacterium-mediated genetic transformation method using germinating rice seeds)

  • 이혜정;;지무근;장대원;조용구
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제38권4호
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    • pp.251-257
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    • 2011
  • 벼의 염기서열 분석이 완료됨에 따라 유전자의 세포내 기능을 밝히기 위한 기능유전체 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 위해 효율적으로 아그로박테리움을 이용해 원하는 유전자를 식물체 내로 형질전환을 하기 위한 노력은 지금도 계속 진행되고 있다. 본 실험에서는 캘러스를 유기한 후 아그로박테리움을 이용해 접종하는 기존의 방법과 달리, 성숙 종자를 소독한 후 2,4-D가 포함된 액체배지에 24시간 침종하여 배 부분이 발아하기 시작하는 종자를 이용해 바로 아그로박테리움을 접종하여 체세포변이의 발생을 최소화하고 유전자를 포함하고 있는 아그로박테리움이 식물 조직내로 침투할 수 있는 효율을 증가시키며, 그 후 캘러스를 유기하여 재분화 시킴으로써 형질전환 식물체를 얻는 방법을 새롭게 수립하였다. 배양과정 중 공동배양 배지에 아그로박테리움 성장억제물질인 silver nitrate와 항산화 물질인 DTT를 첨가하여 공동 배양 기간을 7일 이상으로 늘림으로써 벼 형질전환효율을 증가시킬 수 있었고, PCR 분석을 통해 원하는 목표 유전자가 형질전환체에 안정적으로 도입이 되는 것도 확인할 수 있었다. 또한, 이 방법은 형질전환 효율이 낮은 일품벼와 같은 품종에도 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 결과를 종합해 볼 때, 본 실험을 통해 얻어진 새로운 공동배양 방법은 우수한 농업적 형질을 가진 벼 육종 소재 및 품종 개발시 효율적으로 이용할 수 있을 것으로 생각된다.

형질전환 벼 현탁세포를 이용한 hCTLA4Ig 생산에서 proline과 gelatin이 미치는 영향 (Effects of Proline and Gelatin on hCTLA4Ig Production in Transgenic Rice Suspension Cells)

  • 송미나;전수환;권준영;최성훈;김동일
    • KSBB Journal
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    • 제24권3호
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    • pp.246-252
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    • 2009
  • 본 연구에서는 형질전환된 벼 세포를 이용하여 자가면역 질환의 치료제인 human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig)을 생산하였고, RAmy3D promoter와 RAmy1A signal pertide를 사용하여 당 고갈시에 목적 단백질의 발현과 배지로의 분비를 유도하였다. 이 시스템의 문제점은 당 고갈에 의해 목적 단백질의 생산이 유도되기 때문에 에너지원이 없어 세포의 사멸, 이로 인한 배지내로의 protease 분비를 유발하게 된다. 이것은 목적 단백질의 안정성 저해와 궁극적으로는 생산성의 손실을 일으킨다. 따라서 세포를 보호하여 사멸을 막는 효과가 있음이 보고된 proline을 첨가하여 생산성 증진 효과를 확인하고자 하였다. 4 mM의 proline을 첨가하여 배양하였을 때, 세포의 사멸 및 pretense의 분비를 줄일 수 있었고 이는 결과적으로 hCTLA4Ig의 생산성 증진으로 이어졌다. 또한 단백질 안정제를 통하여 배지내로 분비된 hCTLA4Ig의 안정화를 이루어 생산성을 높이고자 하였다. 0.01 g/L의 gelatin을 적용하여 생산성 증진 효과를 확인하였으며, 이는 hCTLA4Ig의 안정화에 의한 것임을 알 수 있었다. Pretense의 분비를 줄이기 위한 세포 보호와 pretense의 공격을 막기 위한 hCTLA4Ig 보호를 통하여 형질전환된 벼 세포를 이용한 hCTLA4Ig의 안정성 및 생산성을 증대시킬 수 있음을 확인하였다.

종자 특이 프로모터와 대두 Ferritin 유전자에 의한 벼 종실의 철분강화 (Iron fortification of grains by introducing a recombinant gene of ferritin with seed promoters in rice)

  • 조용구;김형근;최장선;정유진;강권규
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제36권1호
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    • pp.87-95
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    • 2009
  • Ferritin 유전자를 벼의 저장기관인 배유에 특이적으로 발현시킬 수 있는 glutelin, gGlobulin 및 zein 프로모터를 활용하여 쌀알에 최대로 발현시켜, 고부가가치를 가진 가공용 벼 품종을 육성하여 천연의 철 성분이 강화된 유아용 이유식 생산에 이용할 수 있으므로 유아들에게 천연의 철분을 안정적으로 공급할 수 있는 형질전환체를 육성하였다. 종자 저장단백질인 glutelin, globulin 및 zein의 프로모터와 ferritin 유전자를 pMJ21 vector에 pGBF, pGTF 및 pZ4F 등의 Ti-plasmid를 Agrobacterium에 도입하여 동안벼와 화신벼에 형질전환 하였다. 동안벼 종자를 사용하였을 때 pGBF 재조합 유전자는 19.2%, pGTF는 15.0%, pZ4F는 18.4%가 재분화되었고, 화신벼 종자를 사용하였을 때에는 pGBF 재조합 유전자는 6.7%, pGTF는 11.7%, pZ4F는 3.4%가 재분화되었다. 형질전환 벼의 ferritin 유전자의 도입여부는 PCR 분석과 Southern 분석으로 확인하였으며 ferritin 유전자의 유전자 발현은 Norihern 및 Western 분석에 의해 확인하였다. Southern blot 분석 결과로부터 각각의 배유특이 프로모터 유래 형질전환체 중에서 single copy로 도입된 개체를 선발 할 수 있었다. 또한 이들 형질전환 계통들에서 도입유전자의 발현량은 wild type 벼에 비하여 매우 높게 나타났다. 또한 철 단백질의 철분 축적 정도를 분석한 결과 Zein 프로모터를 사용한 형질전환 계통 (T1-2)에서 171.4 ppm으로 wild type과 비교하여 6.4 배의 철분함량 증가를 보였다. 그러나 globulin 및 glutelin 프로모터 유래 형질전환체에서는 wild type과 비교하여 $2.1{\sim}3.0$ 배의 철분함량 증가를 보였다. 벼 형질전환체들의 생육상황을 조사한 결과 초장은 변이 폭이 매우 크게 나타났으며, 대조품종과 비교하여 50%정도 감소한 왜성 및 이형 식물체도 출현되었다. 따라서 본 연구에서는 형질전환체 중에서 표현형 적으로 대조품종과 거의 같은 식물체를 선발하여 후대를 육성하였다. 육성한 T1 세대에서 형질전환체의 초장, 간장, 수장, 분얼수 및 등숙률을 조사한 결과 초장, 간장, 수장, 분얼수에 있어서는 대조 품종과 큰 변이를 보이지 않았으나 등숙률에 있어서는 $53.3{\sim}82.2%$의 비교적 큰 변이를 나타내었다.

콩과 벼 현탁배양시(懸濁培養時) PCP 수용성대사물(水溶性代謝物)의 동정(同定);2. PCP glucose conjugates의 분리(分離) 및 분석(分析) (Identification of Water Soluble Metabolites of Pentachlorophenol(PCP) in the Suspension Cultures of Soybean and Rice Cells;2. Isolation and characterization of PCP glucose conjugates)

  • 김필제;박창규
    • 한국환경농학회지
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    • 제15권1호
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    • pp.37-45
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    • 1996
  • 수도재배환경(水稻栽培環境) 및 현탁배양세포(懸濁培養細胞) 조건에서 생성된 PCP의 수용성대사물(水溶性代謝物)을 확인에 필요한 정보를 확보하기 위해서 이를 여러 chromatography로 충분히 정제한 다음 이것의 aglycons과 glycon(전보(前報)에서 ${\beta}-glucose$ conjugates인 것으로 추정)을 GC/MS로 분석, 동정하였다. Glycon, 즉 대사물의 polar부위(endocon)가 glucose임을 확인하므로써 전보에서 효소특이성을 통해 추론한 것을 입증할 수 있었다. 또한 conjugates의 source에 따라 다르기는 하였지만 배양세포에서의 aglycon(exocon)s는 주로 PCP, tetrachlorophenol이성체 및 tetra chlorocatechol을, 그리고 수도재배환경에서는 이 외에도 2,4,5- 및 2,4,6-trichlorophenol을 각각 확인할 수 있었다. 이러한 사실은 PCP glucose conjugates의 구조는 PCP뿐만 아니라 이것의 대사물인 Polychlorinated phenols가 개별적으로 glucose와 ${\beta}-anomeric$ conjugation을 이루고 있는 것으로 판단할 수 있었다. 그리고, 대사초기에 이미 여러 종류의 aglycon이 생성되는 것으로 보아 PCP자체도 빠르게 PCPs로 전환되는 것을 알 수 있었다.

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유전알고리즘과 FCM 기반 퍼지 시스템을 이용한 비선형 시스템 모델링 (Nonlinear System Modeling Using Genetic Algorithm and FCM-basd Fuzzy System)

  • 곽근창;이대종;유정웅;전명근
    • 한국지능시스템학회논문지
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    • 제11권6호
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    • pp.491-499
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    • 2001
  • 본 논문에서는 유전알고리즘(Genetic Algorithm)과 FCM(Fuzzy c-means) 클러스터링을 이용하여 TSK(Takagi-Sugeno-Kang)형태의 퍼지 규칙 생성과 퍼지 시스템(FCM-ANFIS)을 효과적으로 구축하는 방법을 제안한다. 구조동정에서는 먼저 PCA(Principal Component Analysis)을 이용하여 입력 데이처 성분간의 상관관계를 제거한 후에 FCM을 이용하여 클러스터를 생성하고 성능지표에 근거해서 타당한 클러스터의 수, 즉 퍼지 규칙의 수를 얻는다. 파라미터 동정에서는 유전알고리즘을 이용하여 전제부 파라미터를 최적에 가깝도록 탐색을 시도한다. 결론부 파라미터는 유전알고리즘에 의한 탐색공간을 줄이기 위해 전제부 파라미터가 결정되면 PLSE(Recursive Least Square Estimate)에 의해 추정되어진다. 이렇게 함으로서 타당한 규칙 수와 효율적인 퍼지 규칙을 얻을 수 있다. 제안된 방법의 유용성을 보이기 위해 Box-Jenkins의 가스로 데이터와 Rice taste 데이터의 모델링에 적용하여 이전의 연구보다 좋은 결과를 보임을 알 수 있었다.

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