Kim, Yul-Ho;Park, Hyang-Mi;Choi, Man-Soo;Yun, Hong-Tai;Choi, Im-Soo;Shin, Dong-Bum;Kim, Chung-Kon;Lee, Jang-Yong
Korean Journal of Breeding Science
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v.41
no.3
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pp.252-260
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2009
Rice is the most important cereal crop not only in supplying the basic staple food for more than half of the world's population but also as a model plant for functional genomic studies of monocotyledons. Although rice transformation method using A. tumefaciens has already been widely used to generate transgenic plants, the transformation rate is still low in most Korean elite cultivars. We made several modifications of the standard protocol especially in the co-cultivation step to improve the efficiency of the rice transformation. The co-culture medium was modified by the addition of three antioxidant compounds (10.5 mg/L L-cysteine, 1 mM sodium thiosulfate, 1 mM dithiothreitol) and of Agrobacterium growth-inhibiting agent (5 mg/L silver nitrate). Co-cultivation temperature ($23.5^{\circ}C$ for 1 day, $26.5^{\circ}C$ for 6 days) and duration (7 days) were also changed. The plasmid of pMJC-GB-GUS carrying the GUS reporter gene and the bar gene as the selectable marker was used to evaluate the efficiency of the transformation. After co-cultivation, a high level of GUS gene expression was observed in calli treated with the modified method. It is likely that those newly added compounds helped to minimize the damage due to oxidative bursts during plant cell-Agrobacterium interaction and to prevent necrosis of rice cells. And the transformation rate under the modified method was also remarkably increased approximately 8-fold in Heungnambyeo and 2-fold in Ilmibyeo as compared to the corresponding standard method. Furthermore, we could produce the transgenic plants stably from Ilpumbyeo which is a high-quality rice but its transformation rate is extremely low. Transformation and the copy number of transgenes were confirmed by PCR, bar strip and Southern blot analysis. The improved method would attribute reducing the effort and the time required to produce a large number of transgenic rice plants.
Hypocotyl explants of Chinese cabbage (cvs. "Jeong Sang") produced transgenic calli on callus induction medium (MS salt, B5 vitamin, 5 mg/L acetosyringone, 1 mg/L 2,4-D, 3% sucrose, 400 mg/L cefotaxime, 100 mg/L paromomycin, pH 5.8) after cocultivation with strains of Agrobacterium tumefaciens (EHA101, LBA4404, GV3101) harboring the pPTN290 containing paromomycin-resistance gene as a selectable marker, and then they transferred to root induction medium (1/2MS salt, MS vitamins, 2% sucrose, 100 mg/L paromomycin, 100 mg/L cefotaxime, pH 5.8) and shoot induction medium (MS salt, B5 vitamin, 4 mg/L $AgNO_3$, 4 mg/L 6-benzyladenine, 3 mg/L alpha-naphthaleneacetic acid, 100 mg/L paromomycin, 100 mg/L cefotaxime, 3% sucrose, pH 5.8) in order. There was a significant difference in the frequency of transgenic calli depending on Agrobacterium strains. In particular, the highest frequency (6.1%) of transgenic calli was obtained from the hypocotyls cocultivated with EHA101 strains. Also, the frequency (%) of transgenic root and plants from each transgenic callus clone were obtained with 60.7% and 38.2% in EHA101, with 8.3% and 0% in LBA4404, with 20.5% and 85.7% in GV3101 strains, respectively. They were grown to maturity in a greenhouse and normally produced $T_2$ seeds. GUS histochemical assay for progeny ($T_2$) revealed that the transgenes was expressed in the plant genome, and progeny analysis from 7 independent transgenic events demonstrated that the transformants transmitted the transgene as a single or multiple functional locus.
Kim, Young-Tae;Park, Byoung-Keun;Hwang, Eui-Il;Yim, Nam-Hui;Lee, Sang-Han;Kim, Sung-Uk
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.14
no.2
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pp.390-394
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2004
The genetically modified glyphosate-tolerant soybean contains the following introduced DNA sequences: the EPSPS (5-enol-pyruvylshikimate-3-phosphate synthase) gene from Agrobacterium sp. strain CP4, the 35S promoter from the cauliflower mosaic virus, and the NOS terminator from Agrobacterium tumefaciens. In the present study, detection of these introduced DNAs was performed by amplification using the polymerase chain reaction (PCR). A multiplex PCR method was also applied to prevent false positive results. When primers for 35S promoter, nos3', CTP(chloroplast transit peptide), and CP4 EPSPS (EPSPS from Agrobacterium sp. CP4) were used, positive results were obtained in PCR reactions using DNA from genetically modified glyphosate-tolerant soybeans. There were no false positive results when using DNA from non-genetically modified soybeans. The CP4 EPSPS gene was detected when less than 125 pg glyphosate-tolerant soybean DNA was amplified. Lectin Lel and psb A were amplified from both non-genetically modified and genetically modified glyphosate-tolerant soybean DNA. Multiplex PCR was performed using different primer sets for actin Sacl, 35S promoter and CP4 EPSPS. The actin gene was detectable in both non-genetically modified and glyphosate-tolerant soybeans as a constant endogenous gene. Target DNAs for the 35S promoter, and CP4 EPSPS were detected in samples containing 0.01-0.1% glyphosate-tolerant soybean, although there were variations depending on primers by multiplex PCR. Soybean seeds from five plants of non-genetically modified soybean were co-cultivated for six months with those of genetically modified soybean, and they were analyzed by PCR. As a result, they were not positive for 35S promoter, nos3' or CP4 EPSPS. Therefore, these results suggest there was no natural crossing of genes between glyphosate-tolerant and non-genetically modified soybean during co-cultivation, which indicates that gene transfer between these plants is unlikely to occur in nature.
Jo Seung-Hyun;Kwon Suk-Yoon;Kim Jae-Whune;Lee Ki-Teak;Kwak Sang-Soo;Lee Haeng-Soon
Journal of Plant Biotechnology
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v.32
no.3
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pp.209-215
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2005
Lactoferrin is an iron-binding glycoprotein with many biological roles, including the protection against microbial and virus infection, stimulation of the immune system. We developed the transgenic Siberian ginseng (Acanthopanax senticosus) cell cultures producing the human lactoferrin (hLf) protein following Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation. A construct containing a targeting signal peptide from tobacco endoplasmic reticulum fused to hLf cDNA under the control of an oxidative stress-inducible SWPA2 promoter was engineered. Transgenic Siberian ginseng cultured cells to produce a recombinant hLf protein were successfully generated and confirmed by PCR and Southern blot analysis. ELISA and western blot analysis showed that full length-hLf protein was synthesized in the transgenic cells. The production of hLf increased proportionally to cell growth and reached a maximal (up to 3% of total soluble proteins) at the stationary phase. These results suggest that the transgenic Siberian ginseng cultured cells in this study will be biotechnologically useful for the commercial production of medicinal plant cell cultures to produce hLf protein.
Hypocotyl explants of Chinese cabbage (us. 'Jeong Sang' and 'Seoul') produced adventitious shoots on Murashige and Skoog (MS) basal medium supplemented with 4mg/L $AgNO_3$, 5 mg/L acetosyringone, 4 mg/L 6-benzyladenine and 3mg/L alpha-naphthaleneacetic acid (SI) after cocoultivation with strains of Agrobacterium tumefaciens (LBA4404) harboring the pCAMBIA1301 and the $_PPTN290$ containing hygromycin-resistance gene and paromomycin-resistance gene as a selectable marker genes, respectively. There was a significant difference in the frequency of transgenic plants depending on antibiotics and cultivars used. Paromomycin was better than hygromycin, and cultivar 'Jeong-sang' was higher than 'c.v. Seoul' in the frequency of transgenic plants. In particular, the highest frequency (0.70%) of transgenic plants was obtained from selection medium (SI) containing 100mg/L paromomycin in c.v., 'Jeong-sang' GUS positive response were obtained 9 plants and 3 plants from the cultivars, 'Jeong-sang' and 'Seoul', respectively. They were grown to maturity in a greenhouse and normally produced $T_1$ seeds. GUS histochemical assay for progeny $(T_1)$ revealed that the transgenes were expressed in the plant genome.
Kim, Eunji;Noh, Hee Min;Phat, Chanvorleak;Lee, Gung Pyo;Kim, Jun Hong;Park, Tae-Sung;Lee, Chan
Horticultural Science & Technology
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v.34
no.6
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pp.924-939
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2016
The great economic losses caused by Cucumber mosaic virus (CMV) infection of peppers has led to the development of genetically modified (GM) CMV-resistant peppers. We developed virus-resistant pepper plants using Agrobacterium tumefaciens -mediated transformation. The expressed recombinant protein was purified using nickel-nitrilotriacetic acid resin and immunoaffinity chromatography, and purity was assessed by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis. Immunoblot analysis revealed the purified CMV coat protein (CMV-CP) had a molecular mass of 25 kDa. After in-gel digestion and desalting, the internal peptide fragments of CMV-CP were sequenced by matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight. Most GM pepper and Escherichia coli BL21 internal peptides had identical peptide sequences and contained 137 of 183 whole peptides in CMV-CP. A quantitative enzyme-linked immunosorbent assay was performed to detect CMV-resistant GM peppers. We also provide basic information about the expressed protein in GM peppers for further safety assessment. The contents of soluble protein and CMV-CP were measured in GM and control peppers cultivated in three different areas of Korea. Statistical significance in terms of cultivation areas, harvest times, generations, and plant tissue origin were determined based on a P value of 0.05. The highest amount of CMV-CP was detected at the seedling stage from plant grown in each region. T3 and T5 showed significantly different levels of CMV-CP from T4 in leaves in the whorl stage. No statistical differences were observed among GM peppers at different stages of maturity in any cultivation area. The results from this study contribute to the safety evaluation of newly designed CMV-resistant GM peppers and provide a standard against which to compare other virus-resistant GM peppers.
To understand the properties of the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter and the effect of the deleted maize alcohol dehydrogenase I-S (Adhl-S) intron 1 on the expression of the CaMV $35S{\beta}-glucuronidase$ (GUS) gene in potato (Solanum tuberosum L. cv. Superior), we constructed a chimeric gene and transferred it into potato with Agrobacterium tumefaciens mediated method. The pLS201, a gene transfer vector of 17.7 kilobase pairs, was composed of the CaMV 35S promoter, the 249 base pairs of deleted maize Adhl-S intron 1, the GUS reporter gene, and the kanamycin resistance gene as a selectable marker for transformation. The GUS activity was examined by histochemical and spectrophotometric assay in transformed potato plants. The GUS activity was found primarily around the vascular tissue cells in stem and root. In the spectorophotometric assay, the level of GUS activity of transgenic potato transformed with CaMV 35S/249 bp of intron 1 fragment-GUS (pLS201) was compared with that of potato transformed with CaMV 35S-GUS (pBI121). The quantitative spectrophotometric assay showed that the level of GUS activity in potato transformed with pLS201 was higher in leaf, stem and root by 30-, 34- and 42-fold, respectively than those in potato transformed with pBI121. This results indicate that the inclusion of the deleted maize Adhl-S intron 1 resulted in increament of the GUS gene expression in transgenic potato.potato.
For study about introduce of gene connected with disease and transformation system of gingseng, chitinase gene cloned from soybene and disease resistant gene were carried out for expression and transformation of plant using Agrobacterium. The disease resistance gene(DR-49), 35S-35S-AMV, has been constructed. The disease resistance gene and chitinase gene were introduced into the binary vector pRD 400, which were mobilized into Agrobacterium tumefaciens faciens strain MP 90 and LBA 4404 harboring disarmed Ti-plasmid. As a result of induce transformants using ginseng embryo and petiole, multi shoots were formed on MS medium supplemented 1 mg/ι 2,4-D and 0.5 mg/ι kinetin. Also transformation by cotyledonwas effective on MS medium supplemented 1 mg/ι 2,4-D and 0.5 mg/ι kinetin, transformation percent of disease resistant gene and chitinase gene were showed 18%, 14% respectively. As transformed tissue is under pre-embryoid condition, normal shoot is required through the process of matured embryo.
This study was conducted to develop an antibiotics marker-free potato (Solanum tuberosum L., cv. Taedong valley) plant having resistance against two herbicides. Agrobacterium tumefaciens strain EHA105, harboring a binary vector plasmid pCAMBIA3300 containing bar gene under the control of a promoter CaMV35S and linked CP4-EPSPS genes driven by CaMV35S promoter, was used in the current study. The leaf segments of newly bred potato variety (cv. Taedong Valley) was co-cultured with Agrobacterium. Then, the regenerated individual shoots were excised and transferred to potato multiplication medium supplemented with 0.5 mg/L phosphinothricin. The shoots were rooted in MS medium without hormone and obtained putative transgenic plant E3-6. Integration of target genes into the E3-6 plant and their expression was confirmed by PCR, Southern analysis, and ELISA test. The tissue necrosis test on young leaf blade and shikimic acid accumulation test using the tissue of E3-6 plant were conducted to investigate the resistance to glufosinate-ammonium and glyphosate, respectively. The transgenic plants (E3-6) simultaneously showed a high resistance to both herbicides. The same results were surely obtained also in the whole plants foliar-treated with alone or mixture of two herbicides, glufosinate-ammonium and glyphosate.
Rice is the most important crop as a model plant for functional genomics of monocotyledons. Rice is usually transformed using Agrobacterium tumefaciens. However, the transformation efficiency using previous method is still low. In this study, we established a new method by modifying the general Agrobacterium protocol especially in the inoculation and co-cultivation step. We directly inoculated Agrobacterium containing a CIPK15 gene under the control of CaMV 35S promoter and NOS terminator in the pCAM1300 vector into the pre-soaked seeds in N6D media for 24 hours. After 7 days of culture at $25^{\circ}C$, calli were formed on seeds cultured on the co-cultivation medium containing an antioxidant compound (1 mM dithiothreitol) and of Agrobacterium growth-inhibiting agent (3 mg/L silver nitrate). We obtained 35 and 22 transgenic plants in rice cultivars, Gopumbyeo and Ilpumbyeo, with increase of transformation efficiency by 30.4% and 22.6%, respectively compared to the general transformation method. The new method in this study would lead to reduction of substantial labor and time to generate transgenic plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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