본 연구에서는 국내에서 식용으로 재배되고 있는 팽이버섯의 균사체에 대하여 Agrobacterium을 이용한 형질전환을 시도하였다. 특히 물리적 연마제인 미세 aluminum oxide 입자를 팽이 균사체와 함께 강하게 교반함으로써 물리적 상해를 지니는 균사체를 제조하였으며 감압침윤에 의한 Agrobacterium 이용 형질전환을 시도하였다. Hygromycin 저항성을 이용한 선발 결과, 대조군에서는 균사체 생육이 전혀 관찰되지 않은 반면 물리적 상해군에서는 형질전환균사체 생육이 확인되었다. Genomic DNA PCR에 의한 유전자 도입을 확인함으로써 팽이균사체에 대한 매우 간편한 형질전환법을 제시할 수 있었다.
동물유전자인 mouse adenosine deaminase (ADA)유전자가 안정적으로 연초 형질전환체에서 발현되었다. ADA cDNA 을 연초에서 강력히 발현시키기 위해서 35S/35S/AMV promoter을 부착시켰으며 식물세포에 도입을 위해서 binary vector인 pRD400을 이용하였다. 연초의 형질전환은 Tri- parental mating에 의해서 도입된 ADA 유전자 함유 binary vector와 disarmed Ti-plasmid을 함유하고 있는 Agrobacterium tmefacience MP9O을 사용하였다. 동시배양은 연초의 잎 disc을 이용해서 kanamycin이 첨가된 배지로부터 직접 shoots을 선발하여 형질전환체로 유도하였다. 형질전환 체에 ADA 유전자의 삽입여부는 PCR을 이용하였으며, 실험결과 ADA 유전자를 확인할 수 있었다. 또한 도입된 mouse ADA 유전자로부터 mRNA 및 단백질 합성여부를 각각 northern blot 및 immunoblot 분석한 결과 형질전환체 에서는 공히 확인되었다.
CAB 유전자로 형질전환된 담배 2세대 식물체의 도입된 CAB 유전자 존재여부를 genomic PCR 방법으로 각계통에서 확인하였다. CAB유전자로 형질전환된 2세대 식물체를 자연 광 조건과 90% 차광된 온실에서 각각 생육시킨 결과 형질전환 식물체의 광합성능 정도는 정상 식물체와 유사하거나 약간 높은 경향이었으며, 광포화점은 형질전환 담배 식물체나 정상 식물체 모두 500$\mu$mol m$^{-2}$ s$^{-1}$로 차이가 없었다. 조사한 7계통 중 C7, C11, C14 계통의 광합성 정도가 조사된 모든 광량에서 정상 담배 식물체보다 높게 나타났다. 차광된 조건에서 생육한 담배 식물체의 광합성능 정도는 조사된 7계통 중 C2, C11, C14 계통이 90% 차광된 온실조건에서도 광합성 능이 우수하게 나타났다. 형질전환 담배 식물체의 chlorophyll 함량은 정상 NC82와 차이가 없었으며, 양지에서 생육한 조건과 90% 차광된 조건 모두에서 차이점이 없었으며 광합성능과 chlorophyll 함량과의 유의성은 없었다. 형질전환 담배 식물체 수확엽의 건물률은 정상 식물체와 비교하여 차이점이 나타나지 않았으며, 내용성분도 nicotine, 전당, 전질소에서 차이가 없었다.
팽이버섯의 다양한 유전자의 기능을 연구하기 위한 방법으로 팽이 자실체의 주름조직을 사용하여 A. tumefaciens을 매개로 한 형질전환을 수행하였다. Hygromycin 항생제 저항성 유전자를 포함하고 있는 AGL-1 pBGgHg를 팽이버섯의 자실체 조직에 도입시킴으로서 형질전환체들을 얻을 수 있었다. 형질전환체 선발은 첫 번째로 hygromycin 선발 배지에서 선발한 뒤 gpd-FH, hph-R primer를 이용하여 PCR로 확인 할 수 있었다. hygromycin은 30 ug/ml에서 선발 효율이 가장 높았다. 형질전환체 중 일부는 갈색 자실체를 갖는 wild type과는 달리 백색 자실체를 나타내었다. 형질전환체의 southern blot결과 외래유전자가 팽이버섯 내부에 하나 또는 그 이상의 다양한 copy 수로 삽입되어 있음을 알 수 있었다. 또한 삽입된 유전자의 주변 염기서열에 대한 정보는 Inverse PCR을 통해 알 수 있었다.
사과에서 효율적인 형질전환 체계를 마련코자 'Mclntosh Wijcik' 형질전환체 계통을 이용하여 재분화 및 발근 배지내 kanamycin 농도에 따른 반응을 조사하였다. Gelrite 고형 재분화 배지에서는 $150mg{\cdot}L^{-1}$의 고농도에서도 재분화율에 대한 저해 정도는 낮았으나, 정상 신초 재분화 면에서는 $100mg{\cdot}L^{-1}$이상의 농도에서 는 저해 정도가 높았다. Agar 고형 발근배지에서 kanamycin 농도에 따른 발근 반응은 계통간 차이를 보여, $30mg{\cdot}L^{-1}$이상의 농도에서 발근율이 크게 저해되는 계통과 거의 영향을 받지 않는 계통이 존재하였다. 또한 이들 형질전환체 계통간 발근율 차이는 전이 유전자 삽입수보다는 삽입 위치에 따른 효과로 보아졌다. 따라서 'McIntosh Wijcik' 품종의 형질전환시 gelrite 고형 재분화 배지내 적정 kanamycin 농도는 $100mg{\cdot}L^{-1}$정도로 판단되며, 형질전환체에 대한 일차적인 간접선발에 적당한 agar 고형 발근배지내 kanamycin 농도는 $30mg{\cdot}L^{-1}$정도인 것으로 판단되었다.
본 연구는 개량 포플러 현사시 3호를 재료로 제초제 저항성 유전자 PAT으로 형질전환시 킨 다음 제초제 Basta처리에 의한 효율적인 형질전환체 선발을 목적으로 시험되었다. Basta 처리에 따른 캘러스유도, 부정아유도 및 액아유도 시험을 통해 조직치사 농도는 1.0mg/L로 결정할 수 있었으며, 이 농도처리에 의해 형질전환체의 조기선발에 사용하였다. 이 농도처리로 비형질전환체는 모두 고사되었지만, 형질전환체는 정상적으로 반응을 보이며, 생육이 가능하였다 .한편, 형질전환체에 제초제를 직접 살포한 결과, 정상적 생육이 가능했고, PAT activity측정 결과에서도 양성 반응을 나타내어 현사시 3호 세포내에 PAT유전자가 정상 발현됨이 확인되었다. 이로써 현사시에 PAT유전자 도입 및 발현을 위하여 제초제 Basta 처 리와 PAT assay가 매우 효과적인 것으로 나타났다.
한발에 대한 식물체의 내성은 수분이 부족한 환경에서도 안정적으로 작물의 생산성을 유지하기 위해 필요한 유용한 특성 중 하나이다. 우리는 애기장대의 $H^+$-pyrophosphatase (AVP1)를 발현하도록 형질전환된 배추가 내건성과 관련되어 있는 몇몇 생리적 척도에 있어 향상됨을 검증하였다. 관수중단 처리로 조성된 토양수분 결핍 조건에서 AVP1 발현 식물체는 비형질전환체와 비교하여 비록 외형적 위조의 정도로는 그 차이를 구별할 수 없었지만 형질전환체가 재식된 토양의 수분포텐셜이 비형질전환체 재식 토양에 비해 더 빠르게 낮아졌다. 이는 형질전환체 잎의 상대적 수분함량이 비형질전환체에 비해 더 높은 것과 연관되어 있는 것으로 사료된다. 또한 건조스트레스 환경에서 비형질전환체에 비해 형질전환체는 광계II 양자수율이 높은 반면 전해질누출과 활성산소족의 하나인 $H_2O_2$와 3,3'-diaminobenzidine의 반응산물이 적었다.
엽록체 형질전환된 식물체를 얻으려면 먼저 세포수준에서 모든 엽록체가 형질전환되어야 하는데, 세포내에는 많은 수의 엽록체가 존재하므로, 엽록체 형질전환 벡터가 전이되어 형질전환된 엽록체는 선발배지에서 선택적으로 분열을 계속하고 형질전환되지 않은 엽록체들은 분열을 하지 못하게 되어, 결국 해당 세포내의 모든 엽록체가 형질전환된 상태에 이르게 된다. 따라서 만일 해당 세포내에 엽록체의 수가 적으면 그만큼 효율적으로 엽록체 형질전환을 할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 담배의 FtsZ 유전자를 핵형질전환법으로 과잉 발현시킴으로써 엽록체의 분열이 저해되어 엽육세포내에 거대한 엽록체 3-5개를 가진 담배식물체의 엽육조직을 이용하여, 엽록체 형질전환을 한 결과, 엽록체 형질전환 빈도가 약 40% 증가되었다.
아스코르빈산(ascorbic acid, AsA)는 강력한 항산화 물질 및 환원제로서 식물에서 산화형 AsA인 dehydroascorbate(DHA)를 활성형인 환원형 AsA로 변환시키는 효소인 dehydroascorbate reductase (DHAR)에 의해 생성된다. 선행연구의 결과로서, 본 연구팀은 참깨의 모상근에서 분리한 DHAR 유전자를 이용하여 항시 발현하는 CaMV 35S 프로모터와 괴경 특이적으로 발현하는 patatin 프로모터의 조절하에 과발현 시킨 형질전환 감자를 개발하였다. 형질전환 감자 식물체들은 비형질전환체 보다 증가된 DHAR 활성과 AsA 함량을 보인 바 있다. 본 연구에서는 단백질체 분석을 통해서 형질전환 감자 식물체에서 DHAR 과발현에 의해 조절되는 단백질들을 조사하였다. 단백질체 분석의 결과로서, 형질전환 감자에서 도입된 DHAR 단백질과 다양한 항산화 관련 단백질들이 식물 생장시기 동안 증가 하였다. 본 연구의 결과로서, 도입된 유전자인 DHAR이 항산화 단백질들의 발현 증가를 통해 형질전환 식물체의 스트레스 내성 기작을 향상 시킬 수 있을 것으로 생각된다.
먹물버섯의 하나인 Coprinellus congregatus를 대상으로 유전자의 도입을 위한 형질전환실험에서 원형질체를 생성하지 않고 분열자 (oidium)를 사용하는 방법을 확립하였다. 분열자는 20일 이상된 CKMM 한천배지에서 생성되며, 이를 밤샘배양으로 발아를 촉진시킨 상태에서 전기천공방법으로 항생물질 basta에 대한 형질전환을 수행한 결과 10-20 형질전환체/${\mu}g$ DNA의 수율로 형질전환체를 확보할 수 있었다. 이 형질전환체들은 도입된 벡터가 염색체 상에 삽입되어 유전적으로 안정된 상태를 유지하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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