Effect of Antibiotics and Herbicide on Shoot Regeneration from Cotyledon and Hypocotyl Explants of Chinese Cabbage

항생제와 제초제가 배추 자엽 및 배축 절편체로부터의 신초 형성에 미치는 영향

To develop a selection system for regenerating plants from transformed tissues, effects of four antibiotics (kanamycin, hygromycin, carbenicillin, cefotaxime) and herbicide (phosphinotricin) on shoot regeneration from cotyledon and hypocotyl explants of Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. pekinensis) were studied. For cotyledon, shoot induction was not significantly affected by kanamycin at $1mg{\cdot}L^{-1}$, but the number of shoots formed was significantly reduced at $2mg{\cdot}L^{-1}$, and no shoots were regenerated from any explants at $6mg{\cdot}L^{-1}$ or higher. Hypocotyl explants showed similar result as cotyledon. Kanamycin at $7mg{\cdot}L^{-1}$ may be adequate for selecting Chinese cabbage transformants. Hygromycin at $4mg{\cdot}L^{-1}$ or higher completely inhibited the growth and shoot regeneration of Chinese cabbage explants. Therefore, resistance gene to hygromycin may also be used as a selective marker for Chinese cabbage transformation. Carbenicillin and cefotaxime, the cephalosporin type of antibiotics, had little effect on shoot regeneration of Chinese cabbage explants. Since carbenicillin and cefotaxime have low toxicity to Chinese cabbage, they are suitable for use in tissue culture to eliminate Agrobacterium in transformation experiments after co-cultivation. Shoot regeneration from cotyledon and hypocotyl explants was significantly reduced in presence of $1mg{\cdot}L^{-1}$ phosphinotricin (PPT) and completely inhibited by $2mg{\cdot}L^{-1}$ or higher. PPT, same as antibiotics, may also be used to select transformed cells. Since Chinese cabbage is known to be recalcitrant to in vitro shoot regeneration compared to other Brassica species, even though lower levels of selectable markers result in more transformants but simultaneously allow more untransformed escapes to develop, lower levels of antibiotics and herbicides could be successfully used as a selectable marker to reduce selection pressure.

배추(Brassica campestris L. ssp. pekinensis) 형질전환 세포로부터의 식물체 재분화를 위한 선발체계를 확립하기 위하여 kanamycin, hygromycin, carbenicillin, cefotaxime등 4가지 항생제와 제초제 phosphinotricin가 자엽 및 배축 절편체로부터의 신초형성에 미치는 영향을 조사하였다. 자엽절편체는 kanamycin $1mg{\cdot}L^{-1}$처리에서 신초형성에 아무 영향을 받지 않았으나 $2mg{\cdot}L^{-1}$ 처리부터 형성수가 감소하여 $6mg{\cdot}L^{-1}$ 이상 처리구부터는 신초가 전혀 형성되지 않았다. 배축 절편체도 자엽과 비슷한 결과를 나타내어 kanamycin의 경우 $7mg{\cdot}L^{-1}$의 농도가 배추 형질전환체의 선발에 적당하다고 생각되었다. Hygromycin은 $4mg{\cdot}L^{-1}$ 처리부터 신초형성을 억제하여 배추형질전환을 위하여 낮은 농도로 사용할 수 있는 선발 마커로 생각된다. Cephalosporin type의 항생제인 carbenicillin과 cefotaxime은 신초형성에 아무 영향을 주지 않아 배추 절편체에 독성을 주지 않는 결과를 보여 주어, Agrobacterium과의 공동배양 후 이를 제거하는데 적당한 항생제라 할 수 있었다. 제초제인 phosphinotricin의 경우 $1mg{\cdot}L^{-1}$ 처리부터 신초 형성이 감소하기 시작하여 $2mg{\cdot}L^{-1}$ 이상부터는 완전히 억제되어 항생제와 더불어 형질전환 세포의 선발에 이용될 수 있다고 생각된다. 배추는 다른 배추속의 작물과 비교할 때 신초 재분화가 어렵기 때문에 비록 escape율이 높아진다고 해도 낮은 농도의 항생제나 제초제를 사용하여 선발압을 낮추어 주는 것이 형질전환에 효과적이라 생각된다.