Development of Transgenic Plant (Codonopsis lanceolata Trautv.) Harboring a Bialaphos Resistance Gene, bar

Bialaphos 저항성 유전자 bar를 이용한 형질전환 더덕개발

Codonopsis lanceolata ("Deoduck" in Korea) is a perennial herb, and belongs to family, Campanulaceae. Its taproot is used a good source of a wild vegetable as well as an herbaceous medicine. In this study, to develop a bialaphos-resistant transgenic Codonopsis, seed germination mechanism and somatic embryogenesis of the plant were investigated, and Agrobacterium-mediated transformation with bar gene encoding phosphinothricin acetyltransferase (PAT) was performed. Attempt were made to regenerate plant from cells via somatic embryogenesis. When the cotyledons, nodes and leaf disks were cultured on MS medium containing 2,4-D and zeatin, embryogenic calli were induced. Upon transferring the somatic embryos to N6 solid medium without plant growth regulators, they developed into plantlets under continuous illumination. All plants were dead on MS basal medium containing 10 mg/L phosphinothricin (PPT) and Basta, respectively. The explants did not produce calli in the medium containing 200 mg/L kanamycin. The explants were cocultured with Agrobacterium tumefaciens for 2 days, and transformants were selected in MS basal medium containing 1.0 mg/L 2,4-D, 100 mg/L kanamycin and 500 mg/L carbenicillin. After the selection, embryogenic calli were induced and then somatic embryos were produced by subsequent subculturing. The somatic embryos were germiated on N6 basal medium containing 200 mg/L kanamycin and 500 mg/L carbenicillin. PCR analysis showed that nptII and bar genes were introduced in the Deoduck transformants. After the confirmation of bar gene expression in RNA and protein level, the transgenic Deoduck will be used to study the genetics of filial generation with the herbicide control gene, bar.gene, bar.

본 연구에서는 제초제 저항성 더덕을 개발하고자 하여 제초제 저항성 bar유전자의 형질전환을 수행하였고, 더덕 종자 발아 생리, 체세포배 유도 및 선별배지 농도 등에 대해 조사하였다. 기내종자발아는 GA$_3$를 첨가한 MS배지에 치상하여 15$^{\circ}C$에서 배양하였을 때 광, 암 두 조건 모두에서 90%의 발아율을 나타내었다. 식물체 재분화는 체세포 배발생 경로를 통하여 이루어 졌다. 배발생 캘러스는 자엽, 줄기,잎을 2,4-D와 Zeatin을 혼용처리하여 유도할 수 있었다. Basta와 PPT는 10mg/L 이상의 농도에서 식물체가 갈변고사 하였다. Explant는 l00mg/L 이상의 kanamycin에서 캘러스를 형성하지 못하였다. Explant를 제초제 저항성 bar유전자의 식물 형질전환 벡터를 포함하는 Agrobacterium tumefaciens LBA4404과 2일간 공존 배양한 후, 100mg/L kanamycin, 500mg/L carbenicillin과 1.0mg/L 2,4-D이 포함된 배지에서 형질전환체를 선발하였고, 계대배양으로 배발생 캘러스를 유도하고 체세포배를 얻었다. 체세포배를 200 mg/L kanamycin,500mg/L carbenicillin이 포함된 N6배지에 치상하여 발아시켰다. PCR 수행결과 NPTII와 bar유전자가 증폭되어 나타남으로서 도입된 유전자가 잠정적인 형질전환체 내에 존재함을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 얻어진 bur유전자 형질전환 식물체는 RNA및 단백질 수준에서의 발현 여부 검정을 거친 후, 제초제 저항성 더덕 생산 및 제초제 저항성 유전자의 후대 유전 양상 분석을 위한 기초 자료로 이용될 수 있을 것이다.