• Applied Microscopy
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• 제42권2호
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• pp.111-114
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• 2012

The scanning electron microscopy is an ideal technique for examining plant surface at high resolution. Most hydrate samples, however, must be fix and dehydrate for observation in the scanning electron microscope. Because the microscopes operate under high vacuum, most specimens, especially biological samples, cannot withstand water removal by the vacuum system without morphological distortion. Cryo-techniques can observe in their original morphology and structure without various artifacts from conventional sample preparation. Rapid cooling is the method of choice for preparing plant samples for scanning electron microscopy in a defined physiological state. As one of cryo-technique, high-pressure freezing allows for fixation of native non-pretreated samples up to $200{\mu}M$ thick and 2 mm wide with minimal or no ice crystal damage for the freezing procedure. In this study, we could design to optimize structural preservation and imaging by comparing cryo-SEM and convention SEM preparation, and observe a fine, well preserved Arabidopsis stem's inner ultrastructure using HPF and cryo-SEM. These results would suggest a useful method of cryo-preparation and cryo-SEM for plant tissues, especially intratubule and vacuole rich structure.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제33권3호
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• pp.161-169
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• 2006

식물대사체학은 식물세포, 조직, 기관, 혹은 개체수준에서 주어진 시간과 조건에서 발견되는 모든 대사물질을 밝히고, 시간의 경과 혹은 조건의 변화에 따른 metabolic profiling의 변화를 연구하는 식물학 분야이다. 식물대사체학은 생물에 대한 전체론적 접근을 위한 가장 최근에 발달된 omics분야의 하나로서 일종의 시스템 생물학이다. 전체론적 접근과 이해를 위해서 대사체학은 metabolic profiling의 계량화학 혹은 다변량분석 방법을 자주 사용한다. 식물학분야에서 대사체학은 애기장대나 벼와 같은 모델식물에 tag를 도입하여 형질전환시킨 돌연변이체에 대해 DNA microarray와 함께 사용하여 유전자의 기능을 밝히는데 유용하게 사용된다. 본 총설에서는 식물대사체학의 기본 개념과 1H NMR 혹은 FTIR으로 얻은 metabolic profiling의 다변량분석에 대한 실용적인 사용법을 소개하고자 하였다.

• 생명과학회지
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• 제17권5호
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• pp.641-645
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• 2007

염 내성 돌연변이체를 선발하기 위하여, ethyl methane sulfonate(EMS)로 처리된 돌연변이 종자 집단을 사용하였다. 150 mM NaCl 고염 스트레스 하에서 종자 발아 내성을 보이는 세 종류의 EMS 돌연변이체를 선발하였다. 세 종류의 EMS 돌연변이체들 중, salt tolerance 42-14(sto42-14) 돌연변이체는 175 mM NaCl 고농도에서 종자 발아율이 대조구(WT)에 비해 7배 이상의 높은 발아율을 보였다. 또한 내염성 sto42-14 돌연변이체는 glucose(Glc)에 대해서도 비감수성을 갖고 있음을 관찰되었고, 흥미롭게도 sto42-14돌연변이체에 $20{\mu}M$ gibberellin(GA)을 처리한 결과, 대조구에 비해 하배축과 뿌리의 생장이 억제됨을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로, 고염 내성 sto42-14 돌연변이체는 Glc 뿐만 아니라 GA호르몬 반응에도 관련되어져 있음을 알 수 있다.

• 생명과학회지
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• 제18권4호
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• pp.488-493
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• 2008

Phosphate, a favorable phosphorous form for plant, is one of major nutrient elements for growth and development in plants. Plants exhibit various physiological and biochemical responses in reaction to phosphate starvation in order to maintain phosphate homeostasis. Of them, expression of high affinity phosphate transporter gene family and efficient uptake of phosphate via them is a major physiological process for adaption to phosphate deficient environment. Although the various genetic resources of high affinity phosphate transporter are identified recently, little is known about their functions in plant that is prerequisite information before applying to crop plants to generate valuable transgenic plants. We demonstrated that Arabidopsis transgenic plants over-expressing two different high affinity phosphate transporter gens, OsPT1 and OsPT7, derived from rice, exhibit better growth responses compared with wild-type under phosphate starvation condition. Specially, OsPT7 gene has proven to be more effective to generate Arabidopsis transgenic plant tolerant to phosphate deficiency than OsPT1. Furthermore, the expression level of AtPT1 gene that is one of reporter genes specifically induced by phosphate starvation was significantly low compared with wild-type during phosphate starvation. Taken together, these results collectively suggest that over expression of OsPTl and OsPT7 genes derived from monocotyledonous plant function efficiently in the dicotyledonous plant, relieving stress response caused by phosphate starvation and leading to better growth rate.

• 방사선산업학회지
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• 제5권4호
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• pp.347-352
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• 2011

In order to identify the genetic relationship analysis by acute and chronic gamma irradiation, Arabidopsis (Arabidopsis thaliana L.) were irradiated with 200 Gy of gamma-rays using gamma-irradiator (3,000 Ci; Nordion, Canada) and gamma-phytotron (400 Ci; Nordion, Canada) for acute and chronic irradiation, respectively. Genetic relationship among two acute gamma-irradiated plants (A1 and A24) and three chronic gamma-irradiated plants (C1W, C2W, C3W) were analyzed using the amplified fragment length polymorphism (AFLP) technique compared with each non-irradiated plant. A total of 28 EcoRI and MseI primer combinations were used to screen 8 treatments by the ABI3130 capillary electrophoresis system. Amplified products by 28 primer sets showed 1,679 bands with an average of 51 bands per primer combination. Out of the total bands scored, 1,164 fragments were polymorphic bands, with different alleles existing among the treatments. The cluster analysis was performed using the UPGMA (Unweighted Pair Group Method using Arithmetic) in the computer program NTSYS-pc. In clustery analysis, acute gamma-irradiation showed higher genetic variation compared with chronic gamma-irradiation.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제45권4호
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• pp.364-368
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• 2018

R2R3 유형의 단백질인 IbMYB1 전사인자는 고구마의 뿌리에서 안토시아닌 생합성 과정을 조절하는 중요한 단백질이다. 선행연구에서 IbMYB1 유전자의 발현 증가를 통한 안토시아닌의 합성 증가가 담배, 애기장대 및 고구마의 저장뿌리에서 증명된 바 있다. 본 연구에서는 괴경(저장줄기) 특이적 PATATIN 프로모터와 산화스트레스 유도성 SWPA2 프로모터의 조절하에서 안토시아닌을 고함유하는 IbMYB1 유전자 과발현 형질전환 감자를 개발하여 그 특성을 분석하였다. PAT-IbMYB1 형질전환 식물체들은 대조구 식물체 및 SWPA2-IbMYB1 식물체 보다 높은 안토시아닌 함량을 괴경에서 나타내었다. 본 연구의 결과로서, IbMYB1의 과발현은 형질전환 기술을 이용한 특정 조직 특이적 안토시아닌 생산에 매우 좋은 개발 기술이 될 것으로 생각되는 바이다.

• 생명과학회지
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• 제28권9호
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• pp.1030-1041
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• 2018

환경 스트레스는 식물의 성장을 저해하며 작물의 생산량을 감소시키는 주요 원인이다. 식물은 다양한 유전자의 발현 변화를 통해 스트레스에 대한 저항성을 나타낸다. 본 연구에서는 activation tagging system을 이용하여 기존에 밝혀지지 않은 새로운 고염 스트레스 반응 유전자들을 분리하였다. 애기장대의 발아 단계에서 고염 스트레스에 저항성을 보이는 9개의 activation tagging 라인을 선별하였다. 그 중 TAIL-PCR 방법을 이용하여 AT7508, AT7512, AT7527, AT7544, AT7548, AT7556의 6개 라인에서 T-DNA가 삽입된 위치를 확인하였으며 각 라인에서 T-DNA가 삽입된 주변 유전자의 발현을 RT-PCR로 분석하였는데 AT7508, AT7512, AT7527, AT7544, AT7556에서 각각 ClpC2/HSP93-III (At3g48870), plant thionin family (At2g20605), anti-muellerian hormone type-2 receptor (At3g50685), vacuolar iron transporter family protein (At4g27870), microtubule-associated protein (At5g16730)이 activation 된 것으로 밝혀졌다. 더불어 AT7548에서는 T-DNA가 삽입된 곳의 양쪽에 위치하는 두 유전자인 Arabinogalactan protein 13 (AGP13) (At4g26320)과 F-box/RNI-like/FBD-like domains-containing protein (At4g26340)이 모두 activation 되었다. Activation 된 7개 유전자는 기존에 고염 스트레스 저항성과 관련된 기능이 알려지지 않은 유전자로 본 연구를 통해 새롭게 고염 스트레스 반응에 대한 기능이 밝혀졌다. 7개의 activation된 유전자 중 ClpC2/HSP93-III, AGP13, F-box/RNI-like/FBD-like domains-containing protein의 3개 유전자는 고염 스트레스에 의해 발현이 증가하였다. 또한 AT7508과 AT7527, AT7544 라인은 발아 단계뿐만 아니라 유식물체 발달 과정에서도 고염 스트레스 저항성을 보여 activation tagging 라인의 선별 결과의 타당성을 뒷받침 하였다. 본 연구의 결과를 통해 activation tagging system이 새로운 스트레스 반응 유전자를 찾아낼 수 있는 유용한 기술임을 확인할 수 있었다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제33권1호
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• pp.11-18
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• 2006

고염 스트레스에 대한 연구는 농업 생산성에 직결되기 때문에, 고염에 대한 식물의 반응 및 신호전달, 적응기작은 중요한 연구주제가 되어 왔다. 현재까지 연구된 고염 스트레스에 대한 저항성 기작 및 유전학적 요소들이 많이 밝혀졌는데도 불구하고 아직 많은 연구를 필요로 하고 있다. 그래서 본 연구에서는 모델식물로 잘 알려진 애기장대에 pSK1015 vector로 T-DNA를 삽입하여 고염 스트레스에 대해 감수성을 보이는 돌연변이체, ssm1 돌연변이체를 선별하였다. ssm1 돌연변이체는 고염 스트레스를 받게 되면 이온의 독성 스트레스와 세포내 삼투압의 불균형에서 오는 스트레스에 대해 대조군에 비해 감수성을 보였다. ssm1 돌연변이체의 genomic DNA 상의 T-DNA가 삽입된 부위를 찾기 위하여 genomic DNA mutant library screening을 수행한 결과, 기존의 알려진 syntaxin 기능 및 환경 스트레스에 관련된 F3M18/AtSYP61/OSM1 임을 알 수 있었다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제39권1호
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• pp.33-48
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• 2012

작물의 구조와 기능을 이해하려는 과학적 탐구심과 이를 작물 육종에 적용하려는 실험적 노력의 일환으로 다양한 작물에서 유전자 지도가 개발되었다. 특히, 배추과 작물의 경우 모델식물인 애기장대의 유전체 정보가 공개된 이후 다양한 정보 (염기서열 정보, 유전자 구조 및 기능정보 등)의 이용이 가능해져 유전자 지도 작성이 가속화 되었으며 이는 최근 $B.$ $rapa$ A genome (배추)유전체 해독이라는 결과를 가져왔다. 배추과 작물의 유전자 지도 작성에 있어서 초기에는 RFLP 마커들이 사용되었으나 이후 분자마커, 즉, RAPD, AFLP, SSR 등과 같이 비교적 사용이 간단하고 시간적 제약이 없는 PCR 마커의 형태로 점차 바뀌었다. 배추과 작물의 경제적, 학문적 가치가 고려되어 $B.$ $rapa$ (배추)를 표준재료로 A genome 유전체 염기서열 해독이라는 목표로 다국적 유전체 프로젝트가 결성되었고 2011년 국내연구진이 주도적으로 참여한 국제 컨소시엄 (BrGSPC, $B.$ $rapa$ Genome Sequencing Project Consortium)에 의해 배추 (10개 염색체)의 유전자 영역(gene space), 약 98% (83.8 Mb)의 염기서열이 해독되어 발표되었다. 유전체 해독 과정에서 축적된 염기서열 정보는 대량의 SSR, SNP, IBP 마커의 개발을 가능하게 하였고 이들 마커는 $B.$ $rapa$ A genome 유전자 지도와 물리 지도 작성에 이용되어 이후 배추과 작물연구 전반에 널리 적용되고 있다. 대량의 분자마커 개발은 유전자 지도 작성을 가속화하여 더욱 정밀한 유전자 지도를 가능하게 하였고 공통의 분자마커 정보는 애기장대와 배추과 작물 간 비교유전체 연구를 통해 농업적 우수 형질의 클로닝, 마커도움선발 (MAS)등의 방법으로 분자육종의 기반을 제공하고 있다. 뿐만 아니라. 최근 등장한 NGS 유전체 해독 기술로 생산된 대량의 정보는 분자육종 실현 가능성을 높여 분자육종 실용화에 박차를 가하는 계기가 되고 있다. 본 논문에서는 $B.$ $rapa$에서 분자마커를 이용한 유전자 지도 개발의 과정과 농업적 유용형질 탐색을 위한 양적 형질 유전자좌 (QTLs)의 연구 현황에 대하여 알아보고 유전체연구에서 유전자 지도의 중요성과 육종에의 응용에 대하여 서술하였다. 또한 다양한 유전체 정보와 오믹스 정보를 국내 배추과 분자육종에 효율적으로 활용하여 분자육종 실용화를 가능하게 하기 위해 사용자가 쉽게 사용할 수 있는 데이터베이스를 구축함으로서 연구자와 육종가 간의 간격을 좁히고 원활한 정보교환의 필요성을 제기하였다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제38권4호
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• pp.285-292
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• 2011

식물 잎의 발달과정에서 heteroblasty는 외부 환경에 대한 식물의 형태적 적응 방법을 매우 잘 반영하며 이에 따른 변화는 기관의 최종 형태와 크기에 영향을 미친다. Heteroblasty를 나타내는 인자 중에서 leaf index는 단엽식물의 잎의 최종 모양과 크기를 나타내는 대표적인 인자이다. Leaf index는 결국 잎몸에서의 세포 증식과 세포 신장의 두 요인에 의해 결정된다. 비록 세포의 증식과 신장을 조절하는 유전자와 조절 기작들이 연구되고 있으나 큰 청사진을 제시하기에는 아직 미흡하다. 본 연구에서는 발달과정 중 잎의 leaf index 조절에 관여하는 유전자를 밝히고 그 조절 기작을 알아내기 위하여 애기장대 돌연변이체를 이용한 분자유전학적, 생리학적인 실험을 수행하였다. 잎과 잎 세포가 커지는 돌연변이체인 macrophylla (mac)를 선발하여 잎의 확장과정과 leaf index의 이상으로 인해 잎 기관의 모양뿐 만 아니라 heteroblasty에 변화가 발생했다는 사실을 밝혀냈다. 또한 이 돌연변이체는 기존에 알려진 ROTUNDIFOLIA3 (ROT3) 유전자의 점 돌연변이에 의해 일어났다고 판명되었고 mac/rot3-5로 명명되었다. 브라시노스테로이드 처리로 인해 ROT3 유전자의 발현이 음성 되먹임 저해를 받는 것으로 보아 ROT3 유전자가 브라시노스테로이드 생합성에 관여함을 제시하였다. 또한 암상태에서 ROT3 유전자의 발현이 증가하며, mac/rot3-5 돌연변이체가 야생형보다 암반응이 약하게 나타났다. 이러한 분석 결과를 토대로 본 논문은 ROT3 유전자가 잎의 확장과정에서 잎의 leaf index 조절과 고유한 heteroblasty의 정립에 중요한 역할을 수행하며, 브라시노스테로이드 호르몬의 조절을 통하여 음지회피성과 같은 환경조절반응을 수행하고 있다는 새로운 사실을 제시하였다.