Development of Agrobacterium-mediated Transformation Method for Domestically Bred Chrysanthemum Cultivar 'Moulinrouge' and Genetic Change of Leaf Morphology Using AtSICKLE Gene

아그로박테리움를 이용한 국내개발 국화품종 '무랑루즈'의 형질전환 기술 및 AtSICKLE 유전자를 이용한 엽형 변화 국화 형질전환체 개발

'Moulinrouge' was selected as the best regenerating cultivar among 18 different spray-type chrysanthemum cultivars bred in the Gyeongnam Flowers Breeding Research Institute. When the leaf explants from standard- and spray-type chrysanthemum 'Jinba' and 'Moulinrouge' were incubated on MS basal medium supplemented with $0.5mg{\cdot}L^{-1}$ BA and $1.0mg{\cdot}L^{-1}$ NAA, both 'Jinba' and 'Moulinrouge' induced adventitious shoots that can be regenerated into plantlets. Based on these regeneration conditions, we developed an efficient $Agrobacterium$-mediated chrysanthemum 'Moulinrouge' transformation method by using sequential selection of shoots from low ($10mg{\cdot}L^{-1}$) to high ($30mg{\cdot}L^{-1}$) concentrations of kanamycin after co-cultivation of leaf explants with $Agrobacterium$ for 10 days and induction of shoots. All kanamycin resistant plants investigated with genomic PCR analysis carried the report gene, $AtSICKLE$, in their genome. Although expression levels of the report gene in the transgenic plants investigated with RT-PCR were relatively low because of inefficiency of CaMV 35S promoter in chrysanthemum, transgenic lines expressing $AtSICKLE$ efficiently showed leaf epinasty phenotype. We expect that our results will provide a useful method that can perform a high-throughput investigation of genes isolated and studied well in model plants for molecular breeding of chrysanthemum.

본 연구는 경남 화훼연구소에서 개발 육성된 스프레이형 국화 18 품종들에 대한 재분화율을 각각 조사하고, 그 중에서 '무랑루즈'가 가장 우수한 재분화 능력이 있음을 확인하였다. 특히 BA($0.5mg{\cdot}L^{-1}$)와 NAA($1.0mg{\cdot}L^{-1}$)를 함유한 MS배지를 신초재분화 배지로 이용함으로써 스탠다드형 국화인 신마와 함께 스프레이형 국화인 '무랑루즈'의 잎 절편체부터 효율적으로 신초 형성을 유도하고 완전한 식물체로 재분화시킬 수 있었다. 이러한 신초재분화 조건에서 '무랑루즈'잎 절편에 아그로박테리움을 감염하고 10일 동안 함께 배양한 후에, 선발항생제 kanamycin 농도를 저농도($10mg{\cdot}L^{-1}$)에서 고농도($30mg{\cdot}L^{-1}$)로 단계적으로 선발과정을 강화함으로써 효율적인 국화 형질전환체 제작이 가능하였다. 조사한 kanamycin 저항성 식물체 모두에서 전이유전자 $AtSICKLE$가 존재함을 genomic PCR 방법으로 확인하였다. 비록, 국화에서 그 기능이 비효율적인 CaMV 35S 프로모터를 사용했기 때문에 RT-PCR로 확인한 형질전환체에서의 전이유전자 $AtSICKLE$의 발현율은 상대적으로 낮았으나, 그 발현이 상대적으로 높은 개체에선 잎의 상편생장에 의한 엽형의 변화가 나타났다. 이러한 연구의 결과는 모델 식물체에서 분리되고 연구된 많은 유전자들이 가지는 화훼작물의 분자육종학적 가치를 국화에서 대량으로 조사할 수 있는 기반을 제공 할 것으로 기대된다.