• Journal of Plant Biotechnology
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• 제37권3호
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• pp.243-249
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• 2010

Molecular farming is production of pharmaceutically and industrially important proteins in plants. Plants and plant cell culture systems have been used as bio-factory to produce recombinant proteins such as monoclonal antibodies, enzymes, vaccines, hormones, interleukins, commercial enzymes and etc. The terms molecular farming, biofarming, molecular pharming, phytomanufacturing, recombinant or plant-made industrials, planta-pharma, plant bioreactors, plant biofactory, and pharmaceutical gardening are used interchangeably. Molecular farming can provide safe and inexpensive pharmaceutical proteins as well as commercial ones. In spite of several advantages of molecular farming such as safety and inexpensive cost, there are also a couple of drawbacks in the existing technology. One of them is low expression level of target gene in plants, which has been improved by optimizing gene-based codon usage, screening of strong promoters, expression of transcription factors, subcellular targeting of target proteins, chloroplast transformation, and transient expression using viral expression system (magnifection). Some plant-based commercial proteins have already been in markets and more than twenty plant-based pharmaceuticals have been in clinical trials, from that we can expect that several plant-based pharmaceutical proteins will be seen in the markets in the near future.

• 생명과학회지
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• 제34권7호
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• pp.493-499
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• 2024

항균 펩타이드는 동물과 식물이 가지고 있는 고유의 항균 물질로 적은 양으로도 강한 항균활성을 나타내며 이외에도 항바이러스, 항산화 등 다양한 기능을 가지고 있다. 식물은 물과 햇빛으로 키울 수 있어 적은 비용으로 대량 생산이 가능하다. 식물의 엽록체를 형질전환 시켜 항균 펩타이드를 생산하면 단백질 발현량이 증가하고 꽃가루에 의한 유전자 이동이 일어나지 않기 때문에 생태계가 오염될 가능성이 적다. 그러나 형질전환 된 엽록체를 이용하여 재조합 단백질을 생산하면 단백질이 분해되고 용해도가 감소한다. 이를 해결하기 위해 융합 단백질 종류 중 하나인 SUMO를 발현시킬 재조합 단백질과 융합하여 제작하였다. 항균 펩타이드 stomoxyn은 침파리(stable fly)에 있는 항균물질이다. Stomoxyn은 α-helix 구조이고 양친매성이어서 박테리아 세포막에 부착된 후 세포막을 용해시킨다. 본 연구에서는 stomoxyn을 식물 엽록체와 대장균에서 발현시키기 위한 형질전환 벡터를 제작하였고, 이 벡터를 이용하여 대장균에서 stomoxyn의 발현을 확인하였다. 대장균에서 발현된 stomoxyn을 nickel column과 SUMOase를 처리하여 정제한 후 agar diffusion assay를 이용하여 항균 활성을 확인하였다. 또한 식물 엽록체에서 벡터의 삽입을 확인하기 위해 EGFP 유전자를 사용하여 확인하였다.

• Journal of Plant Biology
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• 제35권2호
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• pp.117-123
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• 1992

암배양을 통한 노쇠중인 밀 제1엽에서 지질의 과산화반응과 불용성 잎단백질의조성 및 엽록체 틸라코이드 막단백질 조성의 변화에 대한 BA의 효과가 조사되었다. 성숙한 밀 제1엽을 잘라내어 4일간의 암배양을 통한 노쇠유도실험에서 $10^{-5}\;M$ Benzyladenine(BA)은 노쇠중인 밀잎에서 엽록소 함량 및 수용성과 불용성 단백질 함량의 감소를 크게 억제시켰다. 특히, 단배질 함량 감소에 대한 BA의 억제효과는 수용성 보다는 불용성 단백질에 있어서 더욱 현저하였다. 또한, BA로 처리된 잎에서 지질의 과산화물인 MDA 함량의 증가가 억제되었다. 불용성 단백질에 대한 SDS-전기영동 결과 양적으로 현저한 57, 26 및 12 KD 단백질이 다른 소량의 단백질 무리와 함께 분리되었다. 대조구 잎에서의 불용성단백질 조성의 변화는 72시간의 암배양동안 57 KD와 12 KD 단백질이 현저하게 분해 소실되었으나 26 KD 단백질은 비교적 분해가 덜 일어났으며 BA 처리시 이들 단백질의 소실이 크게 억제되었다. 엽록체 틸라코이드막 단백질 조성의 경우, 각각 CF의 $\alpha,\;\beta$ subunits인 59 KD 단백질과 57 KD 단백질 및 LHCP 단백질인 26 KD 단백질을 포함하는 20개 정도의 단백질이 SDS-전기영동상에서 분리되었다. 72시간의 암배양 동안 대조구 엽록체에서 이들 단백질들이 급속히 분해 소실되었으나 BA로 처리된 엽록체의 경우 이들 단백질의 분해가 정량적으로 크게 억제되었다. 위의 결과들은 BA가 노쇠중인 밀잎에서 막지질의 과산화반응 억제를 통해 막단백질의 손실을 지연시키며 그로 인하여 엽록체 틸라코이드막을 포함한 세포막이 유지될 수 있음을 나타내었다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제48권3호
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• pp.165-172
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• 2021

식물과 동물 모두 단백질체 분석을 위해 계면활성제를 사용하여 단백질을 효과적으로 가용화 하는 것은 매우 중요하다. 여러 계면활성제 중 광분해성의 Azo는 MS 분석에 적합하며 단백질을 효과적으로 잘 가용화 하는 등의 여러 이점을 보여주었다. 그러나 대부분이 동물 단백질체 분석에 적용되어 있었으며 식물 단백질체 분석에의 적용은 미비하였다. 따라서 본 연구에서는 벼 잎의 단백질체 분석을 위한 계면활성제로 Azo를 사용하여 SDS와 비교 분석을 수행하였다. 비표지 단백질체 정량 분석, 단백질 기능 분석, 세포내 단백질체의 위치 확인 분석 및 KEGG 경로 분석을 수행하였으며, 그 결과 SDS와 비교하였을 때 Azo의 단백질 가용화 효율이 전혀 떨어지지 않음을 확인하였다. 이는 앞으로 벼 뿐만 아니라 식물단백질체 분석 시에 광분해성 계면활성제인 Azo의 적용 가능성이 무궁무진함을 의미 한다.

• Journal of Plant Biology
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• 제37권3호
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• pp.285-292
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• 1994

Ultrastructural changes in Panax ginseng C. A. Meyer mesophyll chloroplasts and variation of thylakoid membrane protein in responce to the light intensity were studied in leaves of two-y-old plants exposed to two different light intensities under field coditions. The leaves were allowed to function for three months after emergence under two contrasting light conditions. The ginseng chloroplasts of 5% light were filled with highly stacked grana of condensely arrayed thylakoids, so that the stroma space was hardly observed. In contrast, chloroplasts from leaves at 100% sunlight had fewer thylakoid membranes and smaller grana stacks. The number of osmiophilic globules increased. Total Chl content and Chl b content were lower at 100% sunlight than 5% sunlight. The thylakoid membrane proteins in the leaves grown at 100% sunlight showed lower CPIa, LHCII and CP29 than those with 5% sunlight. This effect was most obvious for LHCII. Polypeptides showed major bands at 90, 64, 29-30, 22 and 14 kD, and minor bands at 59, 58, 54, 52, 49, 46, 44, 35, 23, 21 and 18-19 kD. All these bands were lower in intensity in the leaves exposed to 100% sunlight. Moreover, the bands at 58-59, 46-47 and 23 kD disappeared.

• 한국환경과학회지
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• 제2권4호
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• pp.279-289
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• 1993

자연광 및 여러 파장의 광선과 NAA, GA$_3$, BA 등의 식물호르몬을 옥수수 유식물에 처리하여 엽록소-단백질 복합체 형성에 미치는 효과를 조사하였다. 자연광하에서 3 종류의 호르몬 처리는 전체적으로 엽록소-단백질 복합체, 특히 LHCP-1과 LHCP-3의 형성을 촉진하였으나, 2 종류의 호르몬 조합은 엽록소-단백질 형성에 효과적이지 못하였다. LHCP-1, CPA 및 LHCP-3 등의 광계 II 관련 엽록소 형성에 있어서 백색광은 자연광에 비하여 효과가 적었으나 적색광은 효과적이었다. 적색광하에서 식물호르몬의 단독처리는 엽록체 발달 초기에 광계 II의 엽록소-단백질의 양적 증가를 유도하였다. 한편, 적색광하에서 2 종류의 호르몬 조합 처리도 자연광하에서의 처리와는 대조적으로 광계 II의 엽록소-단백질 형성에 매우 효과적이었다. 이와 같은 결과는 광선처리의 효과가 호르몬처리 효과보다 엽록소-단백질 복합체 형성에 중요한 인자로 작용한다는 것을 시사해 준다.

• 한국식물학회:학술대회논문집
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• 한국식물학회 1999년도 제13회 식물생명공학심포지움 New Approaches to Understand Gene Function in Plants and Application to Plant Biotechnology
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• pp.51-56
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• 1999

Plastids, which are organelles unique to plant cells, bear their own genome that is organized into DNA-protein complexes (nucleoids). Regulation of gene expression in the plastid has been extensively investigated because this organelle plays an important role in photosynthesis. Few attempts, however, have been made to characterize the regulation of plastid gene expression at the chromosomal structure, using plastid nucleoids. In this report, we summarize the recent progress in the characterization of DNA-binding proteins in plastids, with special emphasis on CND41, a DNA binding protein, which we recently identified in the choloroplast nucleoids from photomixotrophically cultured tobacco cells. CND41 is a protein of 502 amino acids which consisted of a transit peptide of 120 amino acids and a mature protein of 382 amino acids. The N-terminal of the 'mature' protein has lysine-rich region which is essential for DNA-binding. CNA41 also showed significant identities to some aspartyl proteases. Protease activity of purified CND41 has been recently confirmed and characterized. On the other hand, characterization of accumulation of CND41 both in wild type and transgenic tobacco with reduced amount of CND41 suggests that CND41 is a negative regulator in chloroplast gene expression. Further investigation indicated that gene expression of CND41 is cell-specifically and developmentally regulated as well as sugar-induced expression. The reduction of CND41 expression in transgenic tobacco also brought the stunted plant growth due to the reduced cell length in stem. GA3 treatment on apical meristem reversed the dwarf phenotype in the transformants. Effects of CND41 expression on GA biosynthesis will be discussed.

• Plant Biotechnology Reports
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• 제3권2호
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• pp.167-174
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• 2009

To identify genes involved in rice Pi5-mediated disease resistance to Magnaporthe oryzae, we compared the proteomes of the RIL260 rice strain carrying the Pi5 resistance gene with its susceptible mutants M5465 and M7023. Proteins were extracted from the leaf tissues of both RIL260 and the mutant lines at 0, 24, and 48 h after M. oryzae inoculation and separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2-DE). Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) analysis identified eight proteins that were differently expressed between the resistant and susceptible plants (three down- and five up-regulated proteins in the mutants). The down-regulated proteins included a triosephosphate isomerase (spot no. 2210), a 2,3-bisphosphoglycerate-independent phosphoglycerate mutase (no. 3611), and an unknown protein (no. 4505). In addition, the five up-regulated proteins in the mutants were predicted to be a fructokinase I (no. 313), a glutathione S-transferase (no. 2310), an atpB of chloroplast ATP synthase (no. 3616), an aminopeptidase N (no. 3724), and an unknown protein (no. 308). These results suggest that proteomic analysis of rice susceptible mutants is a useful method for identifying novel proteins involved in resistance to the M. oryzae pathogen.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제38권1호
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• pp.42-48
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• 2011

고등식물의 엽록체 유전공학은 핵 형질전환과 비교해 볼때 여러 가지 독특한 장점을 가진다. 높은 transgene 발현율, 상동 재조합에 의한 site-specific transgene의 삽입으로 인해 유전자의 position effect가 없으며, 단일 형질전환으로 동시에 여러 유전자의 도입이 가능하고 모계 유전으로 인해 화분 방출 위험을 감소시킬 수 있다. 담배 specific한 pCtVG (trnI-Prrn-aadA-mgfp-TpsbA-trnA) 벡터를 이용하여 안정적인 감자 엽록체 형질전환 시스템을 개발하였다. 감자 엽록체 게놈으로 외래유전자의 삽입과 homoplasmic level은 PCR과 Southern blot 분석으로 확인하였다. Northern과 immunoblot 분석 및 GFP fluorescence imaging을 통하여 엽록체 형질전환체의 잎에서 GFP 유전자가 강하게 발현, 축적됨을 알 수 있었다. 본 연구에서 확립된 감자 엽록체 형질전환 시스템을 이용하여 유용 유전자를 도입함으로써 농업적 형질을 개선하거나 고부가가치 단백질을 대량 생산하는 감자를 보다 효율적으로 개발할 수 있을 것이다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제1권1호
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• pp.46-55
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• 1999

The expressed sequence tags(ESTs) from immature seed of rice, Oryza sativa cv Milyang 23, were partially sequenced and analyzed by homology. As of 1998, the partial sequences of about 6,600 cDNA clones were analyzed from normal and normalized immature seed cDNA libraries. About 2,200 ESTs were putatively identified by BLASTX deduced amino acid sequence homology analysis. About 20% of them were putatively identified as storage proteins. Also the clones were highly homologous to genes involved particularly in starch biosynthesis, glycolysis, signal transduction and defenses. Compared to 35% of redundancy in the ESTs of normal cDNA library, that from the substracted library was 15%. The Korea Rice Genome Network is maintained to provide the updated information of sequences, their homologies and sequence alignments of ESTs. For the stable expression of transgene in rice, diverse vectors were developed for overexpression, targeting and gene dosage effect with transit peptides (Tp) and matrix attachment region (MAR) sequence from chicken lysozyme locus. The rice calli were transformed via Agrobacterium tumefaciens LBA4404(pSB1) with the triparental mating technique and selected by herbicide resistance. The green fluorescent protein(GFP) gene in expression vector under the control of rbcS promoter-Tp was overexpressed upto 10 % of the total soluble protein. In addition, the Tp-sGFP fusion protein was properly processed during translocation into chloroplast. The expression of sGFP in the presence of MAR sequences was analyzed with Northern and immunoblot analysis. All the lines in which sGFP transgene with MAR sequence, showed position independent and copy number-dependent expression, while the lines without MAR showed the varied level of expression with the integration site. Thus the MAR sequence significantly reduced the variation in transgene expression between independent transformants.