Long-Term Effects of Growth Regulators and Nitrogen Sources on Proliferation and Turnover of Cell Wall Polysaccharides in Suspension Culture of Kidney Bean (Phaseolus vulgaris L.)

강낭콩의 현탁배양시 증식과 세포벽 다당류 전환에 미치는 생장조절제 및 질소원의 장기간 효과

To underatand in vitro regulation of differentiation, the effects of growth regulators and nitrogen source on metabolism of cell wall polysaccharides in suspension culture of kidney bean (Phaseolus vulgaris L.) were investigated. The suspension cells (cell clusters) were directly induced from the epicotyl segments of the seedlings, which were cultivated in MS medium supplemented with 1.0mg/L of 2,4-D and 0.5 mg/L of kinetin. When compared with cell wall sugar contents of the epicotyl segments, the cellulose content of the suspension-cultured cells decreased; while the pectin and hemicellulose content increased; suggesting increases of rhamnogalacturonan I and arabinogalactan IIduring the dedifferentiation, respectively, The effects of growth regulators(2,4-D, 1.0mg/L and kinetin, 0.5mg/L) and nitrogen source (potasium nitrate, 19.0mg/L and ammonium nitrate, 16.5 g/L) in the medium on the proliferation and the turnover of the cell wall polysaccharides were investigated for 30 days. In the medium with growth regulators and without nitrogen source, the proliferation rate was extremely high (16 folds). Growth regulators and nitrogen source increased the pectin content. Analysis of neutral sugar composition of pectin fraction showed that nitrogen source enhanced rhamnose level remarkably, suggesting that rhamnogalacturonan I was the one most likely synthesized. In hemicellulose fraction, growth regulators reduced arabinose level, suggesting that arabinogalactan II was degraded. And nitrogen source reduced galactose level, suggesting that xyloglucan was also degraded.

감자 plastid 형질전찬을 위한 새로운 DNA 절편을 확보하고자, 감자의 trnK-matK 유전자를 PCR 방법으로 클로닝하고 특성을 조사하였다. 염기서열 분석을 통하여 trnK-matK 유전자에는 두 종류의 polymerase 인지부위[Prokaryotic site(plastid encoded polymerase)와 eukaryotic site (nuclear-encoded polymerase)]가 족재함을 알 수 있었다. 이 사실은 trnK-matK 유전자의 발현이 광합성조직과 비광합성조직에서 서로 다른 polymerase에 의하여 조절됨을 시사하였다. 한편 MatK의 아미노산서열을 분석한 결과 식물에 따라 아미노산 identity가 39-75%로 다양하였으나, 감자와 담배는 98%의 아주 높은 identity를 보였다. Northern분석을 통하여 포장과 기내에서 생육된 감자 식물체 모두에서, trnK-matK 의 전사 수준이 잎에서 높고 괴경에서는 낮음을 알 수 있었다. 한편 잎에서의 16s rDNA의 전사수준은 괴경에 비해 약 50배 높았다. 이것으로 미루어보아 괴경에서 수준이 낮을 것은, 괴경에서는 plastid genome copy 수가 적거나 plastid 수가 적기 때문으로 추정된다. 이상의 결과로서 엽록체와 amyloplst 모두에서 trunK-matK 유전자가 활발하게 발현되고 있음을 알 수 있었다. Plastid genomic DNA의 Southern 분석을 통하여 trnK는 1 copy로 존재하고, matK는 trnK intron을 포함하고 있음을 확인하였다. 따라서 감자 plastid형질전환의 새로운homologous recombination 부위로 trnK-matK유전자를 이용할 수 있을 것이다.