Expression and Inheritance Patterns of Gus Gene Driven by an Endosperm-Specific Promoter in Transgenic Tobacco

배유 특이 프로모터에 의해 유도된 GUS 유전자의 형질전환 담배 내에서의 발현 및 유전 양상

This study was carried out to investigate the tissue-specific expression of ${\beta}$-glucuronidase (gus) gene driven by endosperm-specific promoter (Z4 promoter) in the transgenic tobacco and to find out inheritance pattern of transgene to the next generation. Tobacco (Nicotiana tabaccum cv. Havana SR1) was transformed with Agrobacterium tumerfaciens LBA4404 harboring BV3 construct containing gus gene driven by Z4 promoter and a kanamycin resistant gene. Seven hundred bp PCR products, indicating the presence of npt II gene, were found in the all eight transformants by PCR analysis using nptII primers. To study the expression pattern of the two different kind of promoters, leaf disks of the Z4pro-gus-transformed plants and 35Spro-gus-transformed plants were analyzed histochemically for gus activity. As a result, leaf disks of Z4pro-gus-transformed plants showed very weak and partial positive gus activity. In contrast, leaf disks of 35Spro-gus-transformed plants showed relatively strong positive gus activity. To investigate the expressed position of Z4 promoter, seeds from Z4pro-gus-transformed plants and 35Spro-gus-transformed plants were analyzed histochemically for gus activity. Z4pro-gus-transformed seeds showed positive gus activity restricted to the endosperm. However, the blue-colored product in 35Spro-gus-transformed seeds was observed in all the area including endosperm. Kanamycin resistance assay showed that transgenes were stably inherited to next generation in all lines.

본 실험은 형질전환 담배내에서의 배유 특이 promoter에 의한 gus 유전자의 조직 특이적 발현 여부와 전이유전자의 후대로의 유전 양상을 확인하고자 수행하였다. 배유 특이 promoter에 의해 유도되는 gus 유전자(Z4pro-gus)와 kanamycin 저항성유전자를 운반하는 BV3 construct를 A. tumerfaciens을 이용하여 담배 형질전환체를 유기시켰다. 형질전환체 중에서 8개체를 선발하여 nptII primer를 이용하여 PCR을 실시한 결과 8개체 모두에서 700bp의 PCR 산물을 얻을 수 있었다. Promoter에 따른 유전자의 발현양상을 알아보기 위하여 Z4pro-gus가 전이된 형질전환체의 잎과 CaMV35S와 gus 유전자(35Spro-gus)로 구성된 pBI121 construct를 전이시킨 형질전환체의 잎으로부터의 발색정도를 비교하였다. 그 결과 Z4pro-gus가 전이된 형질전환체의 경우 잎에서 매우 부분적으로 극소량 발색되었으나 35Spro-gus가 전이된 형질전환체의 잎에서는 상대적으로 많은 양의 발색정도를 보여 promoter에 따른 발현정도의 차이를 보였다. 보다 명확한 Z4 promoter의 조직 특이 발현 양상을 확인하기 위하여 Z4pro-gus로 형질전환시킨 $T_0$ 식물체를 자가수분하여 얻은 $R_1$ 종자와 35Spro-gus를 형질전환시켜 같은 방법으로 얻은 $R_1$ 종자를 histochemical assay하였다. 그 결과 35Spro-gus로 형질전환된 담배 종자는 절단면 전체에서 gus 유전자가 발현되어 배유뿐만 아니라 종자 내 다른 조직에서도 발색되는 양상을 나타내었으나 Z4pro-gus를 형질전환 시켜 얻은 종자의 경우는 배유 부분만이 조직 특이적으로 파랗게 발색되었고 배 또는 그 이외의 조직에서는 gus 발색이 전혀 관찰되지 않았다. Kanamycin 저항성검정을 실시한 결과 모든 계통에서 전이유전자가 후대로 안정적으로 전이됨을 확인할 수 있었다.