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.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템을 포함한 다중 반송파 시스템에서 발생하는 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 감소시키기 위해 특정 톤 위치에 새로운 톤을 삽입하는 톤 삽입 기법은 성상도를 확장하여 최대 신호 전력을 감소시키는 기법이다. 이 기법은 추가적인 오버헤드 전송으로 인한 전송률 손실이 없다는 장점이 있는 반면, 최적의 PAPR 감소 성능을 얻기 위한 삽입 톤 결정을 위해 많은 탐색 연산량을 필요로 하는 단점이 존재한다. 본 논문에서는 기존의 톤 삽입 기법에 유전자 알고리즘을 적용하여 삽입 톤을 결정함으로써 탐색 연산량을 낮출 수 있는 새로운 유전자 알고리즘 기반의 톤 삽입 기법을 제안한다. 모의 실험을 통하여 제안한 유전자 알고리즘 기반의 톤 삽입 방법이 낮은 탐색 연산량으로도 기존 방법의 PAPR 성능에 근사할 수 있음을 확인하였다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템을 포함한 다중 반송파 시스템에서 발생하는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 감소시키기 위해 특정 톤 위치에 새로운 톤을 삽입하는 톤 삽입 기법은 성상도를 확장하여 평균 신호전력 대비 최대 신호 전력을 감소시키는 기법이다. 이러한 톤 삽입 기법은 최적의 PAPR 저감 성능을 얻기 위한 삽입 톤 결정을 위해 많은 탐색 연산량을 필요로 함과 동시에 높은 전력상승의 문제를 야기하는 반면, 전력상승을 고려하여 삽입 톤을 결정하면 사용 가능한 톤 삽입 신호가 제한됨에 따라 PAPR 저감 성능이 낮아진다. 따라서 본 논문에서는 기존의 톤 삽입 기법이 갖는 상충적인 목적들을 다목적 최적화 기법에 적용하여 PAPR 저감 성능과 전력상승을 절충하여 상호간의 유연한 조절이 가능한 가중함 유전자 알고리즘 기반의 톤 삽입 기법을 제안한다 모의 실험을 통하여 제안한 가중함 유전자 알고리즘 기반의 톤 삽입 방법은 PAPR과 전력상승의 문제를 사용자의 의사를 반영하는 가중치에 따라 적절하게 조절할 수 있음을 확인하였다.
국내에서 분리 동정한 오이모자이크 바이러스(CMV)로부터 외피단백질(CP) 유전자를 분리하였고 이의 염기서열을 결정한 결과 129번째 아미노산이 proline으로서 mosaic symptom을 보이고 염기 및 아미노산 서열의 유사성을 비교한 결과 subgroup I (type I)에 속한다는 것을 확인하였다. 분리한 CP 유전자를 식물형질전환용 운반체에 삽입하여 담배 재배종인 NC82와 바이러스 증식용인 Samsun에 잎절편을 통하여 형질전환시켰다. 형질전환된 담배의 DNA를 분리하여 Southern blotting과 PCR을 수행한 결과 대부분의 형질전환체에 CP 유전자가 삽입되였음을 확인하였고 T$_1$ 종자를 kanamycin이 첨가된 배지에서 후대 항생제 저항성 검정을 실시한 결과 1개의 CP 유전자가 삽입된 경우가 50%에 달했고 2개와 3개의 유전자가 삽입된 경우도 각각 39%와 11%에 달했다.
아닐린을 분해할 수 있는 Deiftia acidovoran 51-A가 기존에 분리되어 아닐린 분해능이 우수함이 보고되었다. 이 균주로부터 아닐린 분해관련 유전자를 선발하기 위하여 Tn5-B20삽입 변이체들을 유도하여 영양요구형이 아니면서 아닐린을 분해할 수 없는 변이균주 D. acidovorans 10-4-2 균주를 선발하였다. Southern hybridization 결과 이 변이균주에는 Tn5-B20이 한 copy만 삽입된 것으로 나타났다 이 변이균주의 Tn5-B20삽입의 인접 유전자들을 분리하여 염기서열을 분석한 결과 아닐린 분해의 첫 단계에 해당하는 아닐린의 catechol로의 산화적 deamination에 관련되어 있는 것으로 추정하는 tdnQ, tdnT tdnAl 유전자들이 동정되었고 Tn5-B2O은 tdnAl의 바로 밑에 삽입된 것을 알 수 있었다. TdnA2 및 downstream의 유전자 기능을 상실하여 아닐린을 catechol로 전환하는 과정에 변이가 발생하고 따라서 아닐린을 탄소원으로 이용하지 못하는 표현형을 가지게 된 것으로 결론지을 수 있었다. Tn5-B20 의 일부 DNA 조각을 probe로 Southern hybridization 결과 transposon 삽입이 대형의 플라스미드에 삽입된 것으로 나타나 tdn 유전자들이 pTDN51이라고 명명한 100-kb 이상의 대형 플라스미드에 위치함을 알 수 있었다. 이상의 결과는 D. acidovorans 51-A의 pTDN51상의 tdn유전자들이 아닐린의 분해에 관여함을 보여준다.
형질전환체 제작 시 발현벡터가 삽입되는 위치에 따라 발현 또는 억제되는 현상인 ‘position effect(위치효과)’를 극복하기 위해 Matrix Attachment Region(MAR)을 포함하는 발현벡터를 제작하였다 MAR는 핵 기질(nuclear matrix) 부착 부위로 발현조절에 관여하는 전사인자 등이 존재하는 핵 기질 부착부위로, 삽입된 발현벡터가 전사활성을 할 수 있는 게놈 환경을 제공해 주어 형질전환 유전자 발현을 향상시켜 준다고 보고되고 있다. 본 연구에서는 사람에서 이미 분리되어 염기서열이 밝혀진 MAR를 PCR로 증폭하였다. 증폭된 1,270 bp의 human alpha-1-antitrypsin MAR와 1,080 bp human corticosteroid binding globulin promoter MAR를 T vector에 클로닝하여 염기서열을 확인했으며 발현벡터 클로닝에 사용하였다. 유용 유전자와 세포 형질전환에 사용할 선별 유전자로 neo를 포함하며, 그 외 벡터골격은 pGL3 control vector를 사용하여 기본 발현벡터를 제작하였다. 이 벡터에 MAR를 5', 3' 양쪽 또는 한쪽만 포함하도록 클로닝하였다. 이는 MAR의 위치에 따른 게놈내 삽입 및 발현효과를 확인하여 형질전환동물 생산용 발현벡터로 활용하고자 한다.
Cryparin은 Cryphonectria parasitica의 세포벽에 풍부한 소수성 단백질에 속한다. cryparin은 비록 하나의 유전자에 의해 발현되지만 액체배양 후 48시간이 지나면 발현된 전체 유전자중에서 22%를 차지할 정도의 높은 발현 양상을 나타낸다. 또한 cryparin은 RNA mycovirus인 Cryphonectria hypovirus 1의 감염에 의해 발현이 현저히 억제되는 유전자로 알려졌다. 이미 지난 실험(Kim et al., 1999)에서 상동염색체간의 재조합을 이용하여 cryparin 유전자를 항생제 hygromycin B 저항성 유전자로 치환한 치환체를 제조하였다. 발현율이 매우 높으면서도 virus에 의해 밀접하게 영향받는 cryparin 유전자의 promoter 분석을 위하여서는 대상이 되는 유전자 치환을 위한 vector만을 포함하며, 분석에 이용될 여러 유전자 운반체들이 어느 한곳에만 삽입되도록 하는 성질을 가진 균주의 개발이 필요하다. 그러나 지난번 실험의 결과 얻어진 cryparin 치환체는 치환용 vector외에도 무작위로 삽입된 vector가 존재하고 나아가 새로운 vector들이 어느 한곳에만 삽입되도록 하는 성질을 갖지 못하였다. 따라서 본 실험에서는 cryparin 유전자 치환체와 영양요구성 돌연변이체인 균주간의 교잡을 이용하여 분석 대상이 되는 유전자의 치환에 이용된 vector만을 포함하며, 분석에 이용될 여러 유전자 운반체들이 genome내의 어느 한곳에만 삽입되도록 하는 성질을 가진 균주를 제조하였다.
Fructan은 식물이 저온에 노출 되었을 때 다양한 조직에 축적됨으로써 여러 스트레스에 저항을 나타내는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 fructan 생합성 경로에 관여하는 효소인 1-sst와 1-fft 유전자를 돼지감자 구근으로 부터 분리하였다. 분리한 1-sst와 1-fft 유전자는 Ti-plasmid vector인 KJG V-B2 vector에 35S promoter에 의해 발현할 수 있도록 형질전환용 벡터를 구축하였다. Agrobacterium tumefaciens법에 의해 1-sst와 1-fft 유전자의 형질전환 벼를 육성하였고, 1-sst, 1-fft 및 HPT 유전자 특이적인 primer를 사용하여 PCR 분석한 결과 유전자가 벼의 callus 게놈내에 안정적으로 삽입되었음을 확인하였다. 또한 Southern 및 RT-PCR 분석에서도 같은 결과를 얻었다. 형질전환 벼의 후대에서도 안정적으로 유전자가 발현되는 homo 계통을 선발하였고 이를 이용해 1-sst와 1-fft 유전자의 삽입이 확인된 형질전환 벼에서 유전자의 발현양상을 알아보기 위해 RT-PCR 및 Real-Time PCR를 수행한 결과 형질전환 벼에서 1-sst와 1-fft 유전자 모두 안정적으로 발현되고 있음을 확인하였다. 또한 1-sst와 1-fft 유전자가 삽입된 형질전환 벼를 이용한 기능 분석 연구를 통해 식물체가 저온에 노출되었을 때 1-sst와 1-fft의 작용에 의해 fructan 생합성량이 증가됨을 알 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 얻어진 fructan 생합성 관련 유전자가 삽입된 형질전환 벼는 탄수화물대사 및 저온, 건조 등의 환경 stress에 대한 내성에 대해 좋은 육종 소재로 이용 가능할 것으로 사료된다.
본 연구자들은 근원세포를 면역시켜 얻은 hybidoma들을 검색하여. 계배 근원세포의 분화와 관련된 단백질을 인지하여 분화를 억제하는 대과가 있는 monoclonal antibody 3H35를 선별하여 그 항원을 확인한 바 있다(Kim et af.. (1992), Korean J. Zool 35 29-36) 본 연구에서는 λZAP에 cloning된 chicken muscle CDNA library들을 lacZ fusion protein으로 발현시켜 항체 3H35로 검색하여 그 유전자를 찾아내었다. 선별한 CDNA clone 중 C59의 삽입 절편은 1.6 kb이었고, 발현시킨 facE fusion protein 은 60 kDa로, f-galactosidase에 대한 항체에 반응하며 3H35와도 반응함을 immunoaffinitv adsorbant와 immunoblot으로 확인하였다 Clone C59의 삽입 절편의 염기서열을 분석한 결과, 실제 유전자는 1.6 kb 이상이며, 알려진 어느 다른 유전자와도 관련이 없는 새로운 근특이 유전자로 판단되었다. 아미노산으로 전환시켰을 때 31개의 특이한 서열이 7차례 반복된 부분이 나타났으며 이 서열의 23개가 일정하게 보존되어있고 나머지 서열의 아미노산의 polarity도 매우 유사하게 효존되어있다. 이들의 보존성이 극히 높은 것으로 보아 독특한 기능을 수행하는 domain으로 추정된다.
식물병원성 사상균에 대해 길항력을 갖는 그람음성 Pseudomonas fluorescens KR164의 chromosome에 그람 양성인 Bacillus thuringiensis(BT)의 HD-1 toxin gene을 삽입하기 위하여 이 유전자를 갖는 plasmids pSUPBT과 pSUPBTR을 작성하였다. Conjugation을 이용한 transposition으로 P. fluorescens KR164의 chromosome에 이 plasmids를 삽입시켜 BT toxin 유전자를 갖는 P. fluorescens KR164의 변이균주를 조제하였다. Southern blotting으로 균주의 cellular DNAs를 조사한 결과 모든 변이균주에서 한 개 이상의 BT toxin gene의 삽입이 확인 되었으며 독소단백질의 존재 역시 SDS-PAGE에 의해서 확인되었으며 이러한 독소단백질의 결정 생성은 전자현미경에서도 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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