• Molecules and Cells
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• 제44권10호
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• pp.770-779
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• 2021

Transgenic Arabidopsis thaliana expressing an anti-rabies monoclonal antibody (mAb), SO57, was obtained using Agrobacterium-mediated floral dip transformation. The endoplasmic reticulum (ER) retention signal Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) was tagged to the C-terminus of the anti-rabies mAb heavy chain to localize the mAb to the ER and enhance its accumulation. When the inaccurately folded proteins accumulated in the ER exceed its storage capacity, it results in stress that can affect plant development and growth. We generated T₁ transformants and obtained homozygous T₃ seeds from transgenic Arabidopsis to investigate the effect of KDEL on plant growth. The germination rate did not significantly differ between plants expressing mAb SO57 without KDEL (SO plant) and mAb SO57 with KDEL (SOK plant). The primary roots of SOK agar media grown plants were slightly shorter than those of SO plants. Transcriptomic analysis showed that expression of all 11 ER stress-related genes were not significantly changed in SOK plants relative to SO plants. SOK plants showed approximately three-fold higher mAb expression levels than those of SO plants. Consequently, the purified mAb amount per unit of SOK plant biomass was approximately three times higher than that of SO plants. A neutralization assay revealed that both plants exhibited efficient rapid fluorescent focus inhibition test values against the rabies virus relative to commercially available human rabies immunoglobulins. KDEL did not upregulate ER stress-related genes; therefore, the enhanced production of the mAb did not affect plant growth. Thus, KDEL fusion is recommended for enhancing mAb production in plant systems.

• 한국잡초학회지
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• 제31권2호
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• pp.134-145
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• 2011

Myxococcus xanthus (MX, PX)와 Arabidopsis thaliana (AP37)의 protoporphyrinogen oxidase (Protox)유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼와 비형질전환벼의 생육 및 수량에 관한 적응성 차이와 벼생육시기별 ALA 합성능력, tetrapyrrole 중간물질, 활성산소 발생, 지질과산화 작용 및 항산화효소 능력의 연관성이 조사되었다. Protox 과다발현 형질전환 벼 MX와 AP37의 초장은 이앙 후 43, 50, 65일에 비형질전환벼 비형질전환벼에 비해 유의적으로 적었고, 분얼수는 이앙 후 50일과 65일에 MX와 AP37 뿐만 아니라 PX에서도 비형질전환벼에 비해 유의적으로 적었다. 수확기의 간장과 수량은 MX, PX 및 AP37에서 그리고 고건중은 MX와 AP37에서 비형질전환벼에 비해 유의적으로 적었다. 형질전환벼 계통 MX, PX 및 AP37의 수량감소는 MX의 경우 영화수와 천립중에 의해, PX는 등숙율에 의해, AP37은 영화수, 등숙율 및 천립중에 의해서 기인되었다. 한편, 형질전환벼 계통 MX, PX 및 AP37의 수량감소는 또 다른 년차변이 연구에서도 관찰되었다. 이러한 형질전환벼계통의 생육 감소는 이앙 후 생육기간 뿐만 아니라 이앙 전 육묘기간 동안에서도 발생하여 결과적으로 수량이 감소되는 것으로 생각된다. Tetrapyrrole 중간물질 Proto IX, Mg-Proto IX 및 Mg-Proto IX monomethyl ester의 축적량, 활성산소종($H_2O_2$와 ${O_2}^-$), MDA, 및 항산화효소(superoxide dismutase, caltalase, peroxidase, ascorbate peroxidase, glutathione reductase) 및 엽록소 함량은 Protox 유전자 과다발현형질전환벼 계통과 비형질전환벼간에 유의적인 차이가 없어 이들 porphyrin 대사 경로 물질과 벼 생육 및 수량감소의 연관성은 적은 것으로 사료된다. 그러나 MX, PX, AP37의 ALA 합성능력은 광노출 후 1일과 이앙 후 52일에 비형질전환벼에 비해 유의적으로 감소하여 이 부분에 대한 상세한 연구가 추후에 수행되어야 할 것으로 보인다.

• 한국잡초학회지
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• 제30권2호
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• pp.122-134
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• 2010

본 연구의 목적은 다양한 생물종의 Protox 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼의 저항성 수준과 생육저해 원인이 생육시기별 tetrapyrrole 중간물질 축적과 대사 경로 물질, 활성산소 발생, 지질과산화 작용 및 항산화 효소 능력과 관련성이 있는지를 조사하는데 있다. Myxococcus xanthus(MX, MX1, PX), Arabidopsis thaliana(AP31, AP36, AP37) 및 인간(H45, H48, H49) Protox 과다발현 형질전환벼는 비형질전환벼에 비해 oxyfluorfen에 각각 43~65, 41~72 및 17~70배 저항성을 보였다. 다양한 생물종의 Protox 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼 중에 일부 라인은 다른 광조건하에서 정상적인 생육을 보인 반면에 일부 라인은 초장 및 생체중 감소가 야기되었다. 그러나 일관성 있게 파종 후 7일과 14일에 초장의 감소가 야기 되었던 형질전환 라인은 AP37뿐이었다. 또한 이들 형질전환 벼 라인들은 저광 및 암조건보다 고광조건하에서 초장 및 생체중 감소가 뚜렷하였다. 파종 후 7일째 Proto IX 축적은 AP31, AP37 및 H48에서 비형질전환벼에 비해 유의적으로 많았고, 파종 후 14일째에는 PX, AP37 및 H48에서 유의적으로 많았다. 파종 후 7일째 Mg-Proto IX은 일부 라인(H41과 H48)을 제외하고 그리고 Mg-Proto IX monomethyl ester는 MX, MX1, PX를 제외한 형질전환 라인 간에 차이가 없었다. 비록 terapyrrole 중간물질이 축적 되었더라도 이들 축적량은 Protox 과다발현 형질전환벼의 생육을 저해 하는데 충분하지 않았을 것으로 생각된다. 또한 활성산소종 ($H_2O_2$와 ${O_2}^{{\cdot}_-}$), MDA, ALA 합성 및 엽록소 함량에서도 형질전환 라인간에 유의적인 차이가 인정되지 않아 tetrapyrrole 축적량이 형질전환 벼의 생육저해에 충분하지 못했음을 확인할 수 있었다. 따라서 일부 형질전환벼에서 초기 생육저해는 어떤 단일 요인에 기인되는 것보다 복합적인 요인에 의해 기인되는 것으로 생각된다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제41권4호
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• pp.180-193
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• 2014

식물에서 슈트 정단부에는 분열하는 세포들로 이루어진 슈트 정단분열조직이라는 조그마한 부분이 있다. 슈트 정단분열조직은 그 식물의 일생을 통해서 땅 위의 모든 구조를 만들어 낸다. 이 연구의 목적은 지난 250년 동안 슈트 정단분열조직의 체제와 기능을 설명하기 위해 발전해 온 이론들을 기술하여, 식물의 생장과 발달에 영향을 미치는 슈트 정단분열조직의 중요성을 이해하는 데 있다. 1759년 볼프(C. F. Wolff)가 최초로 슈트 정단분열조직을 기재한 이후, 1858년에 네겔리(C. N${\ddot{a}}$geli)는 무종자 유관속식물의 슈트 정단분열조직에서 하나의 커다란 정단세포를 관찰하여 정단세포설을 제안하였다. 그러나 이 설은 종자식물에 적용할 수 없는 것으로 확인되었다. 이어서 1868년 한스타인(J. Hanstein)에 의해 조직원설이 제한되었으나, 이 설도 종자식물에 일반적으로 적용할 수 없었다. 그 후, 1924년 슈미트(A. Schmidt)은 피자식물의 슈트 정단분열조직에서 세포의 분열면이 서로 다른 것을 관찰하여 초층-내체설을 제안하였다. 이 설은 나자식물에 적용할 수 없는 것으로 확인되었다. 1938년 포스터(A. Foster)는 세포조직학적으로 서로 다른 구역으로 이루어진 나자식물의 슈트 정단부를 관찰하여 세포조직학적 구역화설을 제안하였다. 또한 1954년 기포드(E. Gifford)의 연구에 힘입어 피자식물의 슈트 정단분열조직에도 세포조직학적 구역화설이 적용될 수 있다는 사실이 증명되었다. 또 다른 설로서, 1952년 뷔바(R. Buvat)는 대기 분열조직설이 제안되었으나, 영양생장 시기에 분열조직 중앙의 시원세포들이 분열하지 않는다는 주장이 수용되지 않았다. 최근에 애기장대(Arabidopsis thaliana)를 이용한 연구에서, 슈트 정단분열조직의 형성과 유지가 몇 개의 유전자들에 의해서 조절된다는 사실이 밝혀졌다. 즉, SHOOTMERISTEMLESS(STM) 유전자는 슈트 정단분열조직을 형성하고, WUSCHEL(WUS) 및 CLAVATA (CLV) 유전자들은 슈트 정단분열조직을 유지시키며, WUS와 CLV 두 유전자들 사이의 신호전달은 음성되먹임회로를 통해서 이루어진다.

• BMB Reports
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• 제40권2호
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• pp.218-225
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• 2007

In Arabidopsis thaliana, the microtubule-associated protein AtMAP65-1 shows various functions on microtubule dynamics and organizations. However, it is still an open question about whether AtMAP65-1 binds to tubulin dimers and how it regulates microtubule dynamics. In present study, the tubulin-binding activity of AtMAP65-1 was investigated. Pull-down and co-sedimentation exp eriments demonstrated that AtMAP65-1 bound to tubulin dimers,at a molar ratio of 1 : 1. Cross-linking experiments showed that AtMAP65-1 bound to tubulin dimers by interacting with $\alpha$-tubulin of the tubulin heterodimer. Interfering the bundling effect of AtMAP65-1 by addition of salt and monitoring the tubulin assembly, the experiment results indicated that AtMAP65-1 promoted tubulin assembly by interacting with tubulin dimers. In addition, five truncated versions of AtMAP65-1, namely AtMAP65-1 $\Delta$N339 (amino acids 340-587); AtMAP65-1 $\Delta$N494 (amino acids 495-587); AtMAP65-1 340-494 (amino acids 340-494); AtMAP65-1 $\Delta$C495 (amino acids 1-494) and AtMAP65-1 $\Delta$C340 (amino acids 1-339), were tested for their binding activities and roles in tubulin polymerization in vitro. Four (AtMAP65-1 $\Delta$N339, $\Delta$N494, AtMAP65-1 340-494 and $\Delta$C495) from the five truncated proteins were able to co-sediment with microtubules, and three (AtMAP65-1 $\Delta$N339, $\Delta$N494 and AtMAP65-1 340-494) of them could bind to tubulin dimers in vitro. Among the three truncated proteins, AtMAP65-1 $\Delta$N339 showed the greatest activity to promote tubulin polymerization, AtMAP65-1 $\Delta$N494 exhibited almost the same activity as the full length protein in promoting tubulin assembly, and AtMAP65-1 340-494 had minor activity to promote tubulin assembly. On the contrast, AtMAP65-1 $\Delta$C495, which bound to microtubules but not to tubulin dimers, did not affect tubulin assembly. Our study suggested that AtMAP65-1 might promote tubulin assembly by binding to tubulin dimers in vivo.

• 식물조직배양학회지
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• 제24권4호
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• pp.239-256
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• 1997

Plants belonging to the category of 2n apomixis or agamospermy form embryos and seeds without the processes of normal meiosis and syngamy. Seeds produced in this way have identical genotype of their maternal parent. Three different types of agamospermy are recognized: diplospory, apospory, and adventitious (adventive) embryony. $F_1$ hybrid cultivars cannot be used as seed sources in the next ($F_2$) generation because this generation would be extremely variable as a result of genetic segregation. Hybrid vigor is also reduced in the $F_2$ generation. Therefore, parental stocks for hybrid seed production need to be maintained and cross must be continuously repeated. Agamospermic 2n apomixis would make it possible to fix the genotype of a superior variety so that clonal seeds faithfully representing that genotype could be continuously and cheaply produced independent of pollination. That is, $F_1$ hybrid seeds could be produced for many generations without loss of vigor or genotype alteration. Production of apomictic $F_1$ hybrid seed would be simplified because line isolation would not be necessary to produce seed or to maintain parental lines, and the use of male-sterile lines could be avoided. Overall, apomixis would enable a significant reduction in hybrid seed production costs. Additionally, the production of clonal seed is not only important for seed propagated crops, but also for the propagation of heterozygous fruit trees and timbers. Clonal seed would help avoid costly and time-consuming vegetative propagating methods that are currently used to ensure the large-scale production of these plants. Apomixis is scattered throughout the plant kingdom, but few important agricultural crops possess this trait Therefore, most research to date has centered on introgressing the trait of apomixis into agricultural crops such as wheat, maize, and some forage grasses from wild distant relatives by traditional cross breeding. The classical breeding approach, however is slow and often impeded by many breeding barriers. These problems could be surmounted by taking mutagenesis or molecular approach. Arabidopsis thaliana is a tiny sexually reproducing plant and is convenient in constructing and screening in molecular researches. Male-sterile mutants of Arabidopsis are particularly suitable genetic background for mutagenesis and screening for apomictic mutants. Molecular approaches towards isolating the genes controlling the apomictic process are feasible. Direct isolation of genes conferring apomixis development would greatly facilitate the transfer of this trait to wide variety of crops. Such studies are now in progress.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제38권1호
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• pp.62-68
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• 2011

원예작물의 생육을 저하시키는 각종 병충해로 인한 과도한 농약과 화학비료의 사용은 환경오염뿐만 아니라 작물의 생산량에도 큰 영향을 미치고 있다. 식물생명공학기술을 이용하여 농약이나 화학비료 사용량을 획기적으로 줄일 수 있는 식물체의 개발, 즉 형질전환을 이용한 분자 육종기술은 병충해 내성 농작물을 개발하여 과도한 화학비료의 사용에 따르는 여러가지 문제점들을 극복할 수 있는 대안으로 대두되고 있다. 본 연구에서는 모델식물인 애기장대에서 분리한 식물생체방어 신호전달에 관련된 AtCBP63 유전자를 감자에 과발현시켰고, 이러한 형질 전환 감자에서 병저항성에 관여하는 유전자인 PR-2, PR-3, PR-5 유전자들의 발현이 증가되어 지속적으로 식물 방어 기작이 활성화되어 있음을 확인하였다. 또한, 감자에서 무름병 (soft rot disease)을 일으켜 막대한 피해를 유발하는 병원성 세균인 Erwinia carotovora subsp. Carotovora (Ecc)를 이용하여 AtCBP63 유전자를 과발현한 감자에 감염시켰을 때, 병 저항성이 증가한다는 사실을 검증하였다. 앞으로, 다양한 곰팡이 균에 대응하여 AtCBP63 유전자를 과발현한 감자에 저항성을 검증하고자 한다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제38권2호
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• pp.162-168
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• 2011

고염 스트레스는 식물의 성장과 수확량에 치명적인 영향을 야기한다. 그와 같은, 환경 스트레스에 의하여 식물은 다양한 유전자의 발현으로 저항성을 가지게 하는 기작이 발달되어 있다. 본 연구에서는 애기장대에서 다양한 환경 스트레스에 관여하는 유전자를 분리할 목적으로 GGM(Graphical Gaussian Model) program을 사용한 후, BLH8(BEL1-Like Homeodomain Gene 8) 유전자의 돌연변이 식물체를 구축하였다. atblh8-1 돌연변이체는 고농도의 $Na^+$과 $K^+$ 이온에 특이적으로 백화현상을 보이지만, 뿌리 성장에는 변화를 보이지 않았다. 그러므로, BLH8 단백질은 $Na^+$과 $K^+$과 같은 환경스트레스 저항성에 관여하는 중요한 인자임을 시사한다. 이와 같이, GGM program은 환경 스트레스에 관여하는 유전자를 분리하기 위한 유용한 도구일 것으로 사려된다.

• 한국자원식물학회지
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• 제21권5호
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• pp.388-394
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• 2008

Arabidopsis thaliana $Ca^{2+}/H^+$ 수송체 유전자인 CAX 1(cation exchanger 1)이 도입된 벼 형질전환체에 대한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. Agrobacterium 이용 형질전환 CAX 1 벼 $T_5$ 세대를 대상으로 CAX 1밴드가 도입되었음을 확인하였다. 농업적인 특징인 수장, 수수 및 간장은 모품종(일품)과 유사하였으며, 종자의 칼슘 함량도 높았다. 미립의 크기와 천립중은 모품종보다 약간 크나 거의 일치하고, 저온저항성과 도열병에 대한 내병성이 나타났다. $T_5$ 세대에서 형질이 안정적으로 발현되면서 모품종과 유사하고 농업적 형질이 우수한 3 계통을 선발하였다. 앞으로 $T_6$ 세대에 대한 특성조사를 거쳐 $Ca^{2+}$ 함량이 안정적으로 높게 유지되는 계통을 선발하여 세대육성하면 칼슘과 관련된 유전자의 내재해성 작물의 기초자료 이용되어 질 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제2권1호
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• pp.43-49
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• 2000

An efficient and reliable Agrobacterium transformation procedure based on TDZ (thidiazuron)-induced organogenesis was established and applied to six Brazilian eggp1ant varieties. Optimum transgenic plants recovery was achieved upon the study of the following parameters affecting transformation efficiency, using F-100 variety as a model: i) explant source; ii) pre-culture period; iii) physical state of the pre-culture medium and iv) coculture conditions. The highest frequency of kanamycin-resistant calli derived from leaf explants (5%) was obtained without a pre-culture period and co-cultivation for 24 h in liquid medium followed by five days on solid RM (regeneration medium). For cotyledon explants, best results were achieved upon a pre-culture of 24 h in liquid RM and a co-cultivation period of 24 h in liquid RM followed by three days in solid RM, resulting in a transformation Sequency of 22.7%. Kanamycin-resistant organogenic calli were also obtained from cultivars Emb, Preta Comprida, Round nose Shaded, Campineira and Florida Market. The expression pattern of an epidermis-specific promoter was studied using transformants expressing a chimaeric construct comprised by the promoter Atgrp-5 transcriptionally fused to the coding region of the gus gene. The expression pattern was similar to that previously observed in tobacco and Arabidopsis thaliana, with preferential expression at the epidermis and the stem phloem. These results support the idea that the Atgrp-5 promoter can be used to drive defense genes in these tissues, which are sites of pathogen interaction and spread, in programs for the genetic improvement of eggplant.