Transformation of Potato using the Phosphinothricin Acetyltransferase Gene as the Selectable Marker Gene

감자의 형질전환을 위한 표지유전자로서 Phosphinothricin Acetyltransferase 유전자의 이용

This experiment was carried out to produce herbicide resistant potatoes hawing only chimeric phosphinothricin acetyltransferase (PAT) genes without using antibiotic selectable marker. The pDY502 vector having only PAT gene was reconstructed for transformation of potato. The reconstructed vector was introduced to Agrobacterium tumefaciens MP90 disarmed, and they were used for potato transformation. Hormonal requirement for plant regeneration from leaves and stem explants of potato was investigated. From this experiment, MS medium treated with IBA 0.1 mg/L + BA 0.5 mg/L was the best for potato regeneration, and the ratio of shoot regeneration was 54% for leaf and 46% for stem in that condition. For transformation, explants of potato leaves and stems were cocultured with A. tumefaciens MP90 containing reconstructed vector harvoring only PAT gene. When the potato explants were placed on various concentrations of bialaphos and all the potato explants were dead on medium with over 5.0mg/L bialaphos. By this selection methods, the explants cocultured with Agrobacterium produced the putative transgenic shoots on medium with 5mg/L bialaphos treatment after 3-4 weeks. Second selection was performed by transferring the shoot tips of putative transgenic to medium containing 20mg/L of bialaphos. The shoot tips grew well on the second selection medium, indicating the production of successful transgenic plants. But normal shoots were dead in same cytotoxic medium. Incorporation of the PAT gene into transgenic potatos were confirmed by PCR analysis of DNA and Southern hybridization. These results show that the PAT gene can serve as a selectable marker and herbicide resistant genes for transformation of potato.

세계적으로 중요한 식량자원인 감자에 제초제 저항성 형질을 도입한다면, 노지재배가 가능하여 노동력과 인건비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 비닐멀칭 방법의 부산물인 폐비닐에 의한 환경오염을 줄일 수 있는 매우 효과적인 방법이다. 그러나 형질전환식물체의 선발시 일반적으로 사용해온 항생제 내성 표지유전자는 효과적으로 형질전환체를 선발할 수 있는 장점을 가지나 항생제 내성 표지유전자들이 환경중에 노출되었을 때의 안전성 문제, 그리고 일반 소비자들이 항생제 표지유전자를 이용한 형질전환체에 대해 거부감이 느껴지게 할 수 있다는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점들은 항생제 내성 표지유전자를 제거하거나 새로운 표지유전자로 대체하는 방법을 사용하여 해결할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 본 실험의 목적은 비선택성 제초제 bialaphos에 저항성을 가지는 phosphinothricin acetyltransferase(PAT) gene을 감자에 도입하는데 있어 항생제 표지 유전자를 사용하지 않는 선발체계를 개발하고자 하였다. 감자 식물체의 재분화는 IBA 0.1mg/L + BA 0.5mg/L를 첨가한 MS배지에서 하였다. 또한 형질전환을 위해 단독 PAT 유전자만을 가지는 pDY502 vector를 재조합하였으며, 재조합된 vector들은 disarmed 된 Agrobacterium MP90에 도입하여 감자의 형질전환에 이용하였다. 형질전환은 강자의 잎과 줄기절편체를 상기 실험에서 재 조합된 vector를 함유한 A. tumefaciens MP90과 공동배양하는 방법으로 수행하였다. PAT 유전자를 표지유전자로 이용하여 bialaphos에 저항성을 가진 감자를 개발하고자 다양한 농도의 bialaphos를 함유한 재분화배지에 감자절편체를 치상하여 내성을 조사한 결과 대조구의 감자절편체가 모두 고사하는 bialaphos 5mg/L를 선발조건으로 하였다. 이와 같은 선발 조건에서 Agrobacterium과 공동 배양한 절편체를 선발배지에 치상한 후 3-4주 정도가 경과하면 shoot가 유기되었으며, 선발배지에서 유기된 shoot의 정단부위를 lcm정도로 잘라 bialaphos가 20mg/L 첨가된 선발배지로 옮겨 2차 선발을 하였다. 형질전환체의 확인은 2차 선발배지에서 선발된 식물체를 대상으로 하였으며, 먼저 PCR반응을 이용하여 도입 유전자의 증폭을 확인하였고, Southern blot을 실시하여 유전자의 도입을 확인하였다. 따라서 PAT 유전자를 감자 형질전환의 표지유전자로 활용할 수 있었으며, 아울러 항생제 표지유전자가 없는 제초제 저항성 형질전환 감자를 획득할 수 있었다.