• 제목/요약/키워드: 엽록체

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고등식물의 엽록체 형질전환: 원핵생물과 진맥생물의 조우 (Chloroplast Genetic Transformation in Higher Plants: An Encounter Between Prokaryote and Eukaryote)

  • 정화지;서영배;정원중;민성란;유장렬
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제33권3호
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    • pp.185-194
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    • 2006
  • 엽록체는 숙주세포에 잡아먹힌 (식균작용) 남세균이 숙주세포와 공생관계를 형성하여 온 것으로 간주된다. 엽록체 게놈은 정적이라고 이해하고 있지만 형질전환을 통하여 상동염기가 도입되면 이와는 반대로 intramolecular homologous recombination에 의해 subgenomic circle을 만드는 등 매우 다이나믹하다는 것이 최근에 증명되고 있다. 고등식물의 엽록체 형질전환은 핵 형질전환에서 기대할 수 없는 여러 이점을 제공한다. 예컨대, transgene의 발현율을 높일 수 있고, transgene들을 polycistronic하게 발현할 수 있으며, 도입된 transgene이 모계유전을 하게 된다는 것 등이다. 담배는 엽록체 형질전환의 모델 식물로 사용되어 왔으나 최근에는 벼, 대두, 면화 등 다른 주요 작물의 형질전환도 가능하게 되었다. 엽록체 형질전환된 작물은 미생물을 이용하여 고부가가치 단백질을 생산하는 생물반응기를 향후 대체할 수 있게 될 것이다.

제비꽃종류에서 나타나는 엽록체 DNA 게놈의 특이 유전자 특징 (The Specific Gene Characteristics of Chloroplast Genome in Viola)

  • 고아름;유기억
    • 한국자원식물학회:학술대회논문집
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    • 한국자원식물학회 2023년도 임시총회 및 춘계학술대회
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    • pp.19-19
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    • 2023
  • 제비꽃속 34분류군의 61개체를 대상으로 엽록체 DNA 게놈 특이 유전자의 특징을 알아보고자 하였다. 61개체의 엽록체 게놈 전체 길이는 155,535~158,940 bp 로 모두 전형적인 사분할 구조였다. 지역별로는 LSC 지역이 84,826~87,250 bp, SSC 지역이 16,338~18,654 bp, 그리고 IR 지역이 26,029~27,192 bp 였다. 유전자 개수는 131개로 84개 protein coding-gene, 37개 tRNA 유전자, 8개 rRNA유전자, 그리고 2개의 유사유전자인 𝜓rps19, 𝜓ycf1으로 구성되어 있었다. LSC/IRa 경계에 위치한 rps19 유전자 길이는 279 bp로 모든 분류군에서 동일하였으며, 𝜓rps19의 길이는 다양했으나 유전자 개수에는 영향을 미치지 않았다. SSC/IRb 경계에 위치한 ycf1 유전자 길이는 약 5,600 bp 였으나, V. japonica (MZ151699) 1개체에서는 다른 종에 비해 약 1,000 bp 위치에서 발생한 점돌연변이로 인해 종결 코돈이 나타나는 특징을 보였다. 한편 13분류군의 23개체에서는 𝜓ycf1의 길이가 650 bp 정도 짧은 것을 확인하였는데, 이 종류들은 원예종인 V. tricolor (ON262802) 이외에는 모두 줄기가 없는 분류군들로 IR 지역의 확장과 SSC 지역의 수축에 의한 것으로 판단된다. ndhF는 대체로 SSC 지역에 위치하나, V. inconspicua (MZ065354), V. mongolica (MW802534, ON548135), V. yunnanfuensis (MW802541) 등 4개체에서는 IRa/SSC 경계에 위치하면서 유사유전자가 발생하였고, 그 결과 다른 제비꽃 종류에 비해 유전자 개수가 132개로 차이를 보였다. 또한, V. collina (OP271831), V. mirabilis (MH256000), V. tricolor (ON262802) 등 3분류군에서는 SSC 지역이 inversion 되어 엽록체 이성질체가 존재함을 확인하였다. 이상의 결과를 종합하면, 제비 꽃속 엽록체 게놈 61개체의 ycf1, 𝜓ycf1, ndhF, 𝜓ndhF 등은 유전자 길이와 개수 등에 차이를 보이는 것으로 나타났으며, 제비꽃속에서도 엽록체 이성질체가 존재함을 확인할 수 있었다.

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핵 및 엽록체 유전자를 이용한 유럽마가목에서 동의 및 비동의치환율 (The Rates of Synonymous and Nonsynonymous Substitutions in Sorbus aucuparia Using Nuclear and Chloroplast Genes)

  • 허만규
    • 생명과학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.481-486
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    • 2010
  • 유럽마가목에서 핵 및 엽록체 유전자의 서열을 이용하여 동의 및 비동의치환율을 산출하였다. 유럽마가목 엽록체 유전자의 서열은 핵 유전자에 비해 평균적으로 움진화가 느리게 일어나고 있음을 나타내었으며 다른 쌍자엽식물과 유사하였다. 핵에서 동의치환율(Ks)은 2.45-2.60이었으며 비동의치환율(Ka=1.15-1.30)보다 약 2배 정도 높았다. 엽록체에서 Ks는 1.20-1.26이었으며 엽록체에서 Ka (0.26-0.42) 보다 약 6배 높았다. 유럽마가목에서 핵 및 엽록체 Ka/Ks은 각각 0.178과 0.056이었다. 이 Ka/Ks의 비율이 1보다 작다는 것은 음의 도태에 있다는 것을 나타낸다. 엽록체 유전자는 유효유전자코돈(ENC)이 22.4-32.2로 핵의 값(35.8-38.7)에 비해 낮았다. G+C 함량 분석에서 엽록체 유전자는 동의코돈 A와 T에 대해 높은 선호성(G+C 함량은 28.4-29.1%에 불과)을 나타낸 반면 핵에서는 G와 C가 더 선호성을 나타내었다(G+C 함량은 63.2-64.2%).

엽록체 염기서열을 통한 너도밤나무(너도밤나무과)의 기원 추론 (Sea, wind, or bird: Origin of Fagus multinervis (Fagaceae) inferred from chloroplast DNA sequences)

  • 오상훈
    • 식물분류학회지
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    • 제45권3호
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    • pp.213-220
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    • 2015
  • 울릉도의 낙엽활엽수림에 우점하고 있는 너도밤나무를 대상으로 엽록체 반수체형(haplotype)의 다양성과 공간적 분포를 파악하기 위해 울릉도 전역에서 채집한 총 144개체로부터 psbA-trnH 구간의 염기서열을 결정하였다. 너도밤나무의 근연종을 포함하여 계통분석을 수행한 결과, 너도밤나무의 엽록체 반수체형은 일본산 F. japonica와 중국산 F. engleriana 분계조와 자매관계를 이루는 것으로 나타났다. 또한, 분석한 모든 너도밤나무의 개체들은 동일한 염기서열을 갖고 있는 것으로 나타나, 엽록체 반수체형의 다양성은 매우 낮은 것으로 판명되었다. 이러한 결과는 동위효소 분석에 근거한 유전자 다양성이 매우 높다는 기존 연구 결과와 대비되는 것으로서, 너도밤나무는 핵 유전자의 다양성은 높으나 엽록체 유전자의 다양성은 낮은 것으로 판단되며, 이것은 두 가지 가설로 설명할 수 있다. 하나는 너도밤나무의 조상이 울릉도로 이주하여 정착할 초기 단계에서 엽록체 반수체형이 지역적인 구조를 갖는 조상 모집단으로부터 종자가 지속적으로 유입된 결과로 해석할 수 있다. 다른 하나는 육지의 조상 모집단으로부터 새 또는 태풍에 의해 소수의 종자가 유입되어 정착한 후, 바람에 의해 조상 모집단의 화분이 지속적으로 유입된 결과인 것으로 추론할 수 있다. 울릉도 내의 대양한 고유 자생식물의 기원을 규명하는 데 있어서 모계유전을 함으로 인해 종자의 이동을 추적할 수 있는 엽록체 DNA에 근거한 비교계통지리학적 연구가 필요한 것으로 사료된다.

토마토 재분화 효율 향상 및 엽록체 형질전환 조건 (Effect of cultivar and ascorbic acid on in vitro shoot regeneration and development of bombardment-mediated plastid transformation of tomato (Lycopersicon esculentum))

  • 노경희;이기종;박종석;김종범;이승범;서석철
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제37권1호
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    • pp.77-83
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    • 2010
  • 국립원예특작과학원에서 분양받은 토마토 18계통을 공시하여 재분화가 잘되는 적정 품종을 탐색한 결과, 계통번호 2001-58에서의 재분화율이 93%로 양호하였다. 또한 식물체로의 재분화 과정에서 보여 지는 갈변현상과 phenolic compound에 의한 식물조직의 괴사현상을 막기 위하여 항산화제인 ascorbic acid와 cystein을 단용 또는 혼용으로 첨가한 후 토마토 재분화에 미치는 영향을 살펴 본 결과, ascorbic acid $200{\sim}300\;{\mu}M/L$ 처리구에서 줄기형성율 및 생체중이 증가되는 현상을 관찰할 수 있었다. 토마토 엽록체 형질전환체 선발을 위해 spectinomycin의 적정 농도를 살펴본 결과, 재분화배지에 spectinomycin 20~25 mg/L 농도가 첨가되어진 처리구에서 재분화가 거의 이루어지지 않았다. 토마토 엽록체 형질전환을 위해 토마토 엽록체 게놈 일부를 분리하여 염기서열을 분석하여 담배와 비교 분석한 결과, homology가 매우 높음을 알 수 있었다. Homologous recombination에 의한 엽록체 형질전환이 되기 위해서 분리한 토마토 엽록체 게놈 일부를 border sequence로 이용하였고, transient assay를 위해 GFP 유전자가 포함된 토마토 엽록체 형질전환용 운반체 pKRT22-AG를 제작하였다. Bombardment을 한 후 원형질체를 나출하여 공초점 현미경하에서 관찰한 결과 엽록체 내에서만 GFP가 발현됨을 알 수 있었으며, DNA 농도 $1\;{\mu}g$, $0.6\;{\mu}m$ gold particle 1 mg, target distance 9 cm 조건이 가장 좋았다.

엽록체 지질 소기관의 기능과 지질대사에서의 역할 (Plastoglobule in chloroplast and its role in prenylquinone metabolism)

  • 김현욱;김은하;이경렬;정수진;노경희;김종범
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제40권3호
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    • pp.125-134
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    • 2013
  • 최근 연구에서 엽록체의 미지의 소기관으로 알려졌던 플라스토글로뷸이 지질 대사에서 중요한 역할을 함이 제시되고 있다. 애기장대 플라스토글로뷸의 프로테옴 단백질 분석은 플라스토글로뷸이 단순히 지질 저장 기관으로써의 기능 뿐아니라 지질 합성 대사에 능동적으로 관여하는 소기관임을 제시하고 있다. 애기장대 플라스토글로뷸에서 34개의 단백질이 발견되었다. 이들을 세 그룹으로 나누어 보면 구조단백질인 플라스토글로불린과 엽록체 대사에 관여하는 효소, 그리고 기능이 미확인된 단백질로 구분 된다. 이들 단백질 유전자의 돌연변이체와 리피도믹스 분석으로 이들 단백질의 기능 규명 연구가 필요하다. 토코페롤 합성의 마지막 단계에 관여하는 VTE1과 VTE4는 엽록체에서 각기 다른 위치에 존재하여 VTE1은 플라스토글로뷸에 존재하나 VTE4는 엽록체 내막에 존재한다. 이 같은 사실은 프레닐퀴논 대사물질이 엽록체 내에서 이동할 가능성을 시사한다. 플라스토글로뷸이 엽록체의 기능을 유지하는데 있어 필수적인지에 대한 유전학 연구가 앞으로 진행되어야 한다. 다양한 스트레스와 발달단계에 따른 플라스토글로뷸의 프로테옴 분석은 지질대사에서 중요한 기능을 하는 신규 단백질을 발견하는데 도움을 줄 것이다. 지금까지 결과로는 플라스토글로뷸은 프레릴퀴논 대사에 있어서 교차로 역할을 함을 제안하고 있다.

소나무와 곰솔간 이입교잡종(移入交雜種)으로 추정(推定)되어온 금강송(金剛松)에 있어서 곰솔 cpDNA 의 부재(不在) (No Trace of Introduced cpDNA of Pinus thunbergii in Pinus densiflor for. erecta Postulated as an Introgressive Hybrid between Pinus densiflora and Pinus Thunbergii)

  • 홍용표;김규식;노의래;신은명;김진수
    • 한국산림과학회지
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    • 제87권4호
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    • pp.543-548
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    • 1998
  • 소나무와 해송으로부터 엽록체상의 두 유전자 psbD와 rbcL를 PCR에 의해 증폭한 후 제한효소 HaeIII를 사용해서 절단했다. 두 개의 종 특이적 엽록체 DNA 단편이 확인되었고, 이 두 개의 표지자를 이용하여 소나무(충북3호)와 해송(남난37호)의 인공교잡 가계로부터 엽록체 DNA의 부계 유전양식이 확인되었다. 인공교잡 가계에 있어서 엽록체 DNA의 부계 유전양식을 근거로 해송으로부터 소나무로의 이입교잡에 의해 생겨났다는 가설(현신규 등, 1967)이 지배적인 금강송 115개체로부터 이입교잡에 의해 유입되어진 흔적을 구명하기 위하여 해송 특이 엽록체 DNA의 존재 여부를 검색하였다. 분석에 사용된 금강송 전 개체에서 소나무에서 관찰된 엽록체 DNA(psbD와 rbeL)의 절편 분획 양상과 동일한 절편 분획 양상이 확인되었다. 본 실험의 결과로부터는, 금강송에는 해송으로부터 유입된 엽록체 게놈의 흔적을 찾아 볼 수 없었으며, 따라서 금강송을 소나무(♀)약 해송(♂)의 이입교잡종이이라고 간주할만한 확고한 증거를 제시할 수 없었다.

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Diepoxybutane에 의해 유도된 애기장대 엽록체 돌연변이체의 분석 (Analysis of Chloroplast Mutants of Arabidopsis Induced by Diepoxybutane)

  • 윤용휘;이정훈;박해진;강용원;이경민;신동현;이인중;김학윤;김달웅
    • 생명과학회지
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    • 제12권4호
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    • pp.399-406
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    • 2002
  • 본 연구에서는 DEB를 애기장대 종자에 처리하여 엽록체 발달에 관련된 돌연변이체들을 분리하였다. 이들은 각각 그 특징에 따라 iml, gev, yev로 명명하였으며 iml은 잎에 얼룩무늬를 나타내는 돌연변이체이며, gev는 엽맥에만 녹색을 나타내고 이외의 잎에서는 연한녹색을 나타내며, yev는 엽맥은 연한녹색을 나타내고 엽맥 이외의 잎에서는 녹색을 나타내었다. 주사 전자현미경을 이용하여 엽록체 상세구조를 관찰하여 본 결과 야생형 엽록체의 그라나 티라코이드의 모양은 규칙적인 배열하는 그라나가 쌓여 있었으나, iml, gev, yev 돌연변이체 에서는 그라나 티라코이드의 모양이 불규칙하며 그라나의 수도 불규칙하며 스트로마 티라코이드의 연결도 야생형과 상이함을 보였다. 그리고 이들을 유전분석한 결과 야생종과 돌연변이체의 F$_2$에서 3:1의 분리비를 나타내어, 이들 돌연변이들은 핵내에 존재하는 유전자에서 돌연변이가 일어났음을 알 수 있었고, 단일열성으로 유전됨이 밝혀졌다.

엽록체 형질전환 유래 분자 농업의 연구 동향 (Current status on plant molecular farming via chloroplast transformation)

  • 민성란;정원중;김석원;이정희;정화지;유장렬
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제37권3호
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    • pp.275-282
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    • 2010
  • 고등식물의 엽록체 형질전환은 핵 형질전환에서 기대 할 수 없는 여러 가지 이점을 가진다. 외래 단백질의 발현율을 획기적으로 높일 수 있고, 여러 유전자를 동시에 발현시킬 수 있으며, 상동재조합에 의한 부위-특이적 유전자 삽입으로 인해 유전자 침묵 및 위치효과가 없다. 더욱이, 대부분 작물은 화분을 통한 도입된 유전자의 전이가 불가능한 모계 유전을 하기 때문에 엽록체 형질전환은 환경 친화적이다. 엽록체 형질전환 시스템은 핵 형질 전환과 달리 작물에서의 성공에 제한적이었으나 지난 10년 동안 이런 한계가 극복되어 콩, 당근, 상추 및 유채 등의 작물에서도 성공하게 되었다. 그러므로 이제 작물의 엽록체 형질전환은 농업적 형질의 개선뿐 만 아니라, 고부가가치 백신과 의료용 단백질 생산을 통한 의약품 산업의 성장에 활용될 수 있을 것이다.

Glyphosate 처리후 토마토 정단부 세포질과 원형 엽록체에서 immature 및 mature EPSP-synthase의 면역학적 검정 (Immunological Detection of Cytosolic Immature and Plastidial Mature EPSP-synthase after Glyphosate Treatment in Tomato(Lycopersicon esculentum) Apical Meristem)

  • 김태완;게오르그 하인리히;김태호
    • 한국잡초학회지
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    • 제17권1호
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    • pp.44-51
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    • 1997
  • 제초제(除草除) glyphosate는 EPSP-synthase 생합성(生合成) 자체는 억제(抑制)하지 못하며 단지 효소활성(酵素活成)만을 억제한다. 이러한 억제는 뿌리 빛 줄기 정단부에서 현저했다. EPSP-synthase의 전체구(前體區) 단백질(蛋百質)은 54 kDa의 분자량(分子量)을 갖으며, 엽록체(葉綠體)내 성숙(成熟) 단백질(蛋百質)은 45kDa 정도의 분자량(分子量)을 나타낸다. Glyphosate 처리 직후(直後) 인위적 암처리(暗處理)는 EPSP-synthase의 엽록체(葉綠體)내 삽입을 완전히 억제하지 못한다. 이러한 결과는 Glyphosate에 의한 EPSP-synthase 엽록체(葉綠體)내 삽입 기작은 전적으로 광(光)의존적인 것은 아니며 오히려 광의존적 제초활성을 나타내는 glyphosate의 엽록체내 유입후 아직까지 알려지지 않은 조절기작에 의해 간접적으로 억제되는 것으로 보였다.

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