벼 흰빛잎마름병에 대한 새로운 포장 저항성 검정법을 모색하기 위하여 검정 식물체 접종법과 인접 식물체 접종법을 비교 검토하였다. 새로운 검정법인 검정 식물체 접종법에서는 포장 저항성 검정 식물체를 전엽접종한 발병엽으로부터 새로 출엽된 잎에 이차전염된 발병 엽면적율을 측정하였다. 검정 식물체 접종으로 검정된 포장 저항성 정도는 인접 식물체 접종 결과와 높은 상관이 인정되었으나 포장 저항성 정도는 검정 식물체 접종법에서 명확히 구분되었다. 공시한 33품종 중에서는 밀양 42호, 삼강벼, 태백벼, 한강찰벼, 섬진벼, 70 X-46, 중국 45호 등이 강한 포장 저항성을 보였다. 새로운 포장 저항성 검정법은 품종의 질적 저항성 및 포장 저항성을 동시에 검정할 수 있을 뿐만 아니라 다른 검정법에 비하여 노력과 포장 면적이 적게 들기 때문에 유용한 검정법으로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
식물 표현체(plant phenomics) 연구는 우수한 형질의 식물 품종과 유전적 특성을 선별하기 위해 여러 식물체의 형태적 특징을 관측하고, 획득한 영상 빅데이터를 분석하는 기술이다. 기존의 방법은 검출 대상에 따라 직접 색상 임계값을 변경해야 하기 때문에 빅데이터를 다루는 정밀검정시스템에 적용하기 어렵다. 본 논문에서는 정밀검정시스템을 위한 식물체와 배경의 자동 분할이 가능한 합성곱 신경망(Convolution neural network: CNN) 구조를 제안한다. LeafNet은 9개의 컨벌루션 계층과 식물의 유무를 판단하기 위한 시그모이드(Sigmoid) 활성화 함수로 구성된다. LeafNet을 이용한 학습 결과, 식물 모종 영상에 대하여 정밀도 98.0%, 재현율 90.3%의 결과가 도출되어 정밀검정시스템의 적용 가능성을 확인하였다.
식물체에 함유된 잡초종자발아 억제 물질을 검색하기 위해 그 생물검정법에 대한 몇가지 기초조사와 더불어, 확립된 검정법에 의해 45종의 식물체의 MeOH 추출액에 대해 생물활성을 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 생물검정에 사용될 수 있는 아세톤과 MeOH의 허용도는 각각 1% 이하 및 0.1% 이하였으며 유화제로써 Triton X-100은 공시종자에 대해 100ppm의 농도에서도 비교적 약해가 심하였으나, Tween 20은 500ppm의 농도까지 별다른 영향이 없었다. 2. 본 실험에서 식물체의 추출액을 대상으로, 그 발아억제 활성을 비교, 검색할 경우 가장 적절한 검정농도는 5,000ppm(0.5%)이었다. 3. 45종의 시료 식물체 중 공시잡초종자에 대해 가장 강력한 발아억제활성을 나타낸 것은 둥근잎가정큰나무와 독일가문비의 MeOH 추출액이었으며, 이들은 모두 5,000ppm의 농도에서 공시종자에 대해 60% 이상의 발아억제 활성을 나타내었고, 특히 쇠비름과 큰달맞이꽃의 종자에 대해서는 90% 이상의 강한 억제활성을 나타내었다. 4. 고들빼기의 MeOH 추출액에서는 공시종자들의 발아 및 생육을 촉진시키는 호르몬 유사 물질의 존재가 강력히 시사되었다.
이번 연구에서 인삼의 약 배양을 통한 배 형성과 식물체의 재분화가 확인되었다. 인삼의 약 배양에서 캘러스 유도에 적합한 기본 배지는 MS 배지였고 sucrose 농도는 3%였으며, 배 형성에 적합한 호르몬 농도는 2,4-D 1.0 mg/L 또는 3.0 mg/L이었다. 저온 전처리에 의한 인삼 약 배양의 캘러스 유도와 배 형성의 효율성 차이는 확인할 수 없었다. 인삼의 품종별 약 배양의 효율성을 검정한 결과, 청선 품종의 배 형성률이 가장 우수하였으며 선운 품종은 배 형성이 관찰되지 않았다. 약 배양으로 유도된 캘러스의 배수성을 검정한 결과, 반수체 캘러스가 확인되었지만 이 캘러스에서 배는 형성되지 않았다. 약 배양 유래의 배를 발아배지에 치상하였을 때 정상적으로 식물체가 재분화 하였으며, 이 식물체의 배수성을 검정한 결과, 모두 2배체로 확인되었다. 추후 DNA 마커를 이용한 약 배양 유래 식물체의 동형접합성의 확인이 필요하다고 판단된다. 인삼 약 배양을 통하여 동형접합성 식물체를 생산할 수 있다면 인삼 육종 효율성을 증진시키는데 크게 기여할 수 있을 것이다.
PI-II cDNA가 도입된 식물발현 벡터인 pGA875를 가진 A.tumefaciens LBA4404를 이용하여 꽃양배추의 하배축 조직에 형질전환하여 식물체를 재분화 시켰다. Dot blot 분석으로 PI-II 유전자가 전사됨을 확인할 수 있었다. 또한 이들 개체를 담배거세미나방 유충을 이용하여 생물검정한 결과 대조구에 비해 형질전환체 잎의 섭식정도가 현저히 떨어지는 것을 알 수 있었다. 개화후 이들 개체의 종자를 받아 후대검정을 실시하였을 때 27,4%가 kanamycin내성을 가진 꽃양배추로 확인되었다.
담배에서 약배양에 의한 반수체육종을 실용화하고 저 중촌등의 'D'배지를 이용하여 실험을 하였든바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 배양약중 평균 30% 이상이 반수농식물을 유기하였으며 약당 유기된 식물개체수는 평균 6주이상이었다. 2. F$_1$으로부터 유기된 반수체중 T.M.V 저항성은 이론치와 일치하는 1 : 1의 비를 나타내었다. 3. 반수체식물의 생육조사에서는 예기한바와 같이 모든 측정형질에 대하여 F$_1$의 반수체가 모본의 반수체보다 더큰 변이를 보였다.큰 변이를 보였다.
산화스트레스에 내성을 지닌 형질전환 감자 식물체를 개발하기 위하여 산화스트레스에 의해 발현이 강하게 유도되는 SWPA2 프로모터에 CuZnSOD와 APX 유전자가 엽록체에서 동시에 발현되도록 연결한 형질전환 벡터 (pSSA-K)를 제작한 후 Agrobacterium 매개로 형질전환 하였다. 기관 발생 경로에 의해 kanamycin 저항성 식물체를 재분화 시킨후 Southern 분석으로 외래 유전자가 안정적으로 감자 게놈내로 삽입되었음을 확인하였다. 형질전환 감자 식물체의 잎 조직에 10$\mu$M methyl viologen을 처리하여 산화스트레스 내성 검정을 조사한 결과 형질전환체는 MV에 대해 강한 내성을 지님을 확인하였다. 내성을 보인 개체 중에서 환경스트레스에 대한 내성 조사를 위하여 품종별로 2 개체씩 선발하였다. 선발된 식물체는 건조, 고온 등의 여러 가지 환경스트레스 내성검정에 이용될 것이며 향후 복합재해 내성 감자 품종이 개발될 수 있을 것으로 기대한다.
유채의 자엽조직을 rolC 유전자를 가진 Agrobacterium 운반체와 공동배양하여 형질전환체를 얻고, 후대에 대한 유전분석을 실시하였다. Arobacterium 운반체와 공동배양된 유채의 자엽조직을 0.5mg/L NAA, 2.0mg/L BA, 30mg/L kanamycin, 100mg/L cefotaxime, 30mg/L sucrose, 3mg/L $\textrm{AgNO}_{3}$ 및 2 g/L Gelrite가 첨가된 MS 배지에 배양하였을 때 형질전환된 식물체의 분화율이 17.5%로 나타났다. 형질전환체로 확인된 식물체를 자가수정시켜 얻어진 후대에 대한 유전분석을 실시한 바 rolC 유전자가 후대로 유전됨을 확인 할 수 있었다.
식물규소체는 토양과 물에 용해된 규소가 이산화규소($SiO_2$)의 형태로 식물체내의 여러 기관 또는 표피세포에 축적되면서 형성되어 식물의 성장과 발달에 중요한 영향을 미치는 것으로 밝혀지고 있어, 식물의 규소체에 관한 연구가 시행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 한국산 사초과 (Cyperaceae) 식물 13속 228종 중, 12속 136종의 잎의 표피형에서 밝힌 규소체의 형태를 검토하여 정리하였다. 그 결과 한국산 사초과 식물은 규소체의 모양에 따라 2 그룹으로 구분되었다. 제 1 그룹은 원추형(conical body)의 규소체를 나타내고, 골풀아재비속(Rhynchospora), 검정방동산이속(Fuirena), 너도고랭이속(Scleria), 사초속(Carex)과 황새풀속(Eriophorum)이 이에 속한다. 제 2 그룹은 규소체의 모양이 원추형을 중심으로 많은 위성형을 보이며, 방동산이속(Cyperus), 올챙이골속(Scirpus), 바늘골속(Eleocharis), 하늘지기속(Fimbristylis), 파대가리속(Kyllinga), 모기골속(Bulbostylis)과 세대가리속(Lipocarpha.)이 속한다.
임목을 대상으로 삽입된 외래 유전자의 공간적, 시기별 발현 특성을 이해하기 위한 기초연구로서 온실에서 생육 중인 형질전환된 2년생 잡종 포플러 (Populus alba X P. grandidentata) Hansen 클론을 대상으로 삽입된 외래 유전자의 발현정도를 각 기관별로 조사하였다. Agrobacterium binary vector pRT45, pRT102 및 pRT104에 의해서 형질전환된 3계통의 형질전환체 Tr15, Tr345, Tr665 모두는 선발가능한 표식 유전자로서 nos promoter-NPT II 유전자가 대상 식물체의 genome에 삽입되어 있으며, 그외에, pin2 promoter-CAT 유전자(pRT45), nos promoter-PIN2 유전자(pRT102), Cauliflower Mosaic Virus 35s promoter-PIN2 유전자(pRT104)가 3계통의 형질전환체에 제각각 삽입되어 있는 잡종 포플러이다. 이들 3계통의 형질전환 포플러 식물체의 DNA를 PCR 검정 기법을 이용하여 분석해 본 결과 선발 가능한 표식 유전자인 NPT-II가 삽입되어 있음이 입증되었다 발현 정도를 비교 분석하기 위해서 NPT-ELISA 검정을 실시하였다. 삽입된 NPT II 유전자는 형질전환된 포플러의 잎, 엽병, 형성층 조직, 줄기의 목질부, 뿌리에서 발현되었으며, 발현 정도는 형질전환된 식물체의 계통에 따라서, 그리고 형진전환된 식물체의 부위에 따라서 다양하게 나타났다. pRT45에 의해서 형질전환된 Tr15 형질전환체의 경우, 늙은 잎과 엽병에서 NPT II 유전자가 가장 높은 수준으로 발현되었으며, 어린 잎과 뿌리 조직에서 가장 낮게 발현되었다. 삽입된 외래 유전자가 각 식물체간에, 각 기관에 따라서 각각 상이한 발현 정도를 나타내는 이와 같은 결과는 형질전환된 식물체에 대한 효과적인 선발과정이 요구됨을 의미함은 물론이고, 형질전환 식물체의 발달 과정에 따라서 삽입된 외래 유전자가 공간적, 시기적으로 각각 다르게 발현할 수 있다는 것을 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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