환경스트레스에 내성을 갖는 버즈풋 트레포일(Lotus corniculatus L.) 형질전환체를 개발하기 위하여, AtNDPK 유전자가 E35S 프로모터에 의해 조절되도록 재조합한 발현벡터 pEN-K를 Agrobacterium 형질전환 방법으로 버즈풋 트레포일에 도입하였다. Agrobacterium과 공동배양한 버즈풋 트레포일 캘러스를 $100{\mu}g/m1$의 kanamycin 및 $500{\mu}g/m1$의 cefotaxim을 첨가한 SH-3-kc 배지에서 배양하며 식물체로 재분화시켰다. 재분화된 버즈풋 트레포일의 genomic DNA를 분리, PCR 및 Southern blot 분석을 실시한 결과, AtNDPK 유전자가 도입된 형질전환체의 경우 agarose gel 전기영동 및 X-ray 필름상에서 DNA band 및 hybridization signal을 확인할 수 있었으나, 형질전환되지 않은 대조구의 버즈풋 트레포일에서는 DNA band 및 hybridization signal이 관찰되지 않았다.
환경스트레스에 내성을 갖는 버즈풋 트레포일(Lotus crniculatus L.) 형질전환체를 개발하기 위하여, AtNDPK 유전자가 SWPA2 프로모터에 의해 조절되도록 재조합한 발현벡터 pCAMBIA 2300 /SWPA2::AtNDPK2를 Agrobacterium 형질전환 방법으로 버즈풋 트레포일에 도입하였다. Apgrobacterium과 버즈풋 트레포일 캘러스의 공동배양한 캘러스를 $100{\mu}g/m1$의 kanamycin 및 $500{\mu}g/ml$의 cefotaxim을 첨가한 SH-3-kc 배지에서 배양하며 형질전환된 캘러스를 선발한 다음, BOi2Y 배지에서 2개월 이상 배양하며 식물체로 재분화시켰다. 재분화된 버즈풋 트레포일의 genomic DNA를 분리, PCR 및 Southern blot 분석을 실시한 결과, AtNDPK유전자를 도입한 형질전환체의 경우 agarose gel 전기영동 및 X-ray 필름상에서 DNA band 및 hybridization signal을 확인할 수 있었으나, 형질전환 되지 않은 대조구의 버즈풋 트레포일에서는 DNA band 및 hybridization signal이 관찰되지 않았다.
본 연구에서는 버즈풋 트레포일의 Empire 품종을 이용하여 조직 절편체의 종류 및 식물생장조절물질 첨가가 캘러스로부터 식물체 재분화에 미치는 영향을 조사하였다. 각각의 잎과 줄기 절편체를 배지에 치상한 후 배양한 결과, 모든 처리구에서 5-7일 후부터 캘러스 형성이 시작되었다. 캘러스를 유도함에 있어 첨가되는 auxin류로 NAA를 첨가 우수한 결과가 나타났다. 1 mg/L NAA와 1 mg/L BA가 첨가된 CM4 배지에서 잎 절편체 92%, 줄기 절편체 88%로 가장 높게 나타났으며 잎 절편체 배양하는 것이 더 줄기 절편체를 배양하는 것 보다 더 우수한 결과가 나타났다. 캘러스 배양 6주 후 캘러스로부터 shoot이 유도되기 시작하였으며 잎절편체를 치상하여 배양한 것은 대부분 multiple shoot으로 유도 되었다. 줄기신장 후 뿌리 유도를 위해 2$\sim$3 cm 이상 재분화 식물체의 shoot을 절단하여 1 mg/L IBA 첨가된 처리구에서 배양한 결과, 잎 절편체에서 유도된 shoot에서 98.3%, 줄기 절편체에서 유도된 shoot에서 93.3%로 조사되었다. 또한, 캘러스의 형성 없이 직접 뿌리를 내리고 뿌리의 발달도 잘 되었다. 본 연구를 통하여 확립된 재분화 시스템은 분자육종을 통한 신품종 버즈풋 트레포일의 개발에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
버즈풋 트레포일의 줄기에서 뿌리를 유도함에 있어, 최적의 유도조건을 확립하고자 배양토 종류별, 복합희토 처리 농도별, IBA 처리 농도별로 뿌리 유도율을 조사하였다. 원예농상토, 마사토, 강모래 등 3종류의 배양토에서 뿌리 유도율을 조사한 결과, 마사토(77.8%), 강모래(70.0%), 원예용 상토(41.1%) 순으로 높게 나타났다. 마사토와 강모래에서 복합희토 용액을 농도별로 처리하여 뿌리 유도율을 조사한 결과, 마사토에서는 복합희토 용액 60 ppm 처리에서 90.0%로 높게 나타났고, 강모래에서는 복합희토 용액 20 ppm 처리에서 80.0%로 높게 나타났다. 마사토와 강모래에서 IBA 용액을 농도별로 처리하여 뿌리 유도율을 조사한 결과, 마사토와 강모래를 사용한 두 처리 모두 40 ppm에서 뿌리 유도율이 96.7%로 동일하게 최고로 높게 나타났다. 이상의 결과로부터 포장에서 재배하고 있는 버즈풋 트레포일의 영양체증식을 하기 위해서는 버즈풋 트레포일 줄기를 절단하여 강모래나 마사토에 삽지 후 IBA 용액을 40 ppm 농도로 처리하여 30일 이상 배양하는 방법이 가장 효율적인 것으로 밝혀졌다.
버즈풋 트레포일 (Lotus corniculatus L. cv. Empire) 종자로부터 직접 캘러스를 유도하고, 형성된 캘러스로부터 식물체를 재분화하는 조건을 확립하였다. 캘러스 유도시 사용한 SH (Schenk and Hildebrandt), MS (Murashing and Skoog), N6 (Chu) 배지중에서 SH 배지가 캘러스 유도에 유리한 것으로 나타났으며, 캘러스 유도 및 중식시에는 2,4-D $3mg/{\ell}$ 을 첨가한 조건이 가장 효율이 좋았다. 식물체 재분화 조건은 BOi2Y 배지에서 20일 간격으로 계대배양하며 재분화를 완성한 조건 2가 더 좋았으며, 캘러스로부터 완전한 식물체로 재분화되는데 필요한 시간은 약 60일이었다.
버즈풋 트레포일 (Lotus corniculatus L.)의 줄기부분을 절단하여, SH 배지에 IBA를 첨가한 농도별로 뿌리 유도 정도를 조사한 결과. IBA 농도가 높을수록 뿌리 유도가 좋았으며, 2.5 mg/$\ell$의 IBA를 첨가한 처리구에서 뿌리 유도 정도가 90~95%로서 가장 좋았다. 캘러스로부터 shoot를 유도한 다음 줄기를 취하여 처리한 경우에는, 처리 12일째에 1/2 SH-0 배지에서 9개 (45%), SH-0 배지에서 10 (50%), SH-0.5IBA 배지에서 10개 (50%), SH-1.0IBA 배지에서 10개 (50%), SH-1.5IBA 배지에서 13개 (65%), SH-2.0IBA 배지에서 14개 (70%), SH-2.5IBA 배지에서 19개 (95%). SH-3.0IBA 배지에서 14개 (70%)의 뿌리유도를 나타내었다.
버즈풋 트레포일(Lotus corniculatus L.) 및 이탈리안 라이그라스(Lolium multiflotrum L.) 의 치사온도를 결정하기 위하여, 각각 "Au Dewey"와 국내 육성품종인 "화산 101호" 품종을시험재료조 하여 종자를 Petri dish에서 발아시켜 작은 화분에 10 개체씩 이식, 생장실에서 4주간 재배하였다. 45, 50 및$ 55^{\circ}C$에서 처리한 경우에는 60분간 처리했을 때에도 거의 식물체손상이 없었다. $60^{\circ}C/60$분 처리에서는 잎이 약간 시든 듯한 현상이 있었으며, $65^{\circ}C/60$분 처리에서도 식물체의 심한 손상은 나타나지 않았다. $70^{\circ}C/60$분 처리에서 BFT의 일부에서 잎이 조금 마른 현상이 나타났고, IRG는 줄기 이외의 잎 부분이 거의 마른 상태가 되었지만 치사 온도에는 도달하지 않았다.$ 80^{\circ}C$에서 처리한 BFT는 처리 후 1일 이내에 60분 처리에서 잎이 심하게 시든 현상이 나타났다. 처리 후 6일에는 60분 처리에서 모두 죽었으며, 55분 이하의 처리에서는 새로운 shoot가 재생됨을 확인하였다. $80^{\circ}C$에서 처리한 IRC는 처리 후 1일 이내에 20분 이상 처리에서 거의 죽어가는 현상이 나타났다. 처리 후 7일에는 20분 이상의 처리에서 모두 죽었으며, 15분 이하의 처리에서는 심한 영향을 받지 않았으며 새로운 shoot가 재생됨을 확인하였다. 결론적으로 버즈풋 트레포일의 치사온도는 $80^{\circ}C/60$분, 이탈리안 라이그라스의 치사온도는 $80^{\circ}C/20$분으로 결정되었다. 다른 연구에서 형질전환 버즈풋 트레포일 및 이탈리안 라이그라스를 만들 경우, 형질전환체의 고온 내성을 간단하게 검정하는 방법으로 이상의 치사온도 결과를 이용할 수 있을 것으로 사료된다.
This study was conducted to obtain the transformed birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) plants with BcHSP17.6 gene using Agrobacterium turnefaciens LBA4404 and we confirmed transformed gene from the regenerated birdsfoot trefoil plants. The expression vector, pBKH4 vector, harboring BcHSP17.6 gene was used for production of transgenic birdsfoot trefoil plants. The callus of birdsfoot trefoil was cocultivated with Agrobacteriurn turnefaciens and transformed calli were selected on kanamycin-containing SH-kc medium to regenerate into plants. The transformed birdsfoot trefoil plants were produced 4 momths after cultivation on BOi2Y medium. The transgenic birdsfoot trefoil plants were analyzed by isolation of genomic DNA and genomic Southern hybridization using a -32P labelled BcHSPl7.6 fragments. (Key words : Birdsfoot trefoil, Transgenic plant. BcHSP17.6 gene, Callus induction, Plant regeneration)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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