벼 약배양에서 배지 물리성과 생장조절제가 약배양 효율에 미치는 영향을 조사하기 위하여, N/ sub 6/, 배지에 배지 응고제인 agar와 Gelrite의 농도를 달리하여 캘러스 형성률, 식물체 재분화율과 재분화 식물체의 배수성 등을 조사하였고, 이에 따른 적정 생장조절제의 종류와 농도를 구명하였다. 캘러스 유기배지의 agar 농도를 0.8, 1.2, 1.6%와 Gelrite 농도를 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0%로 달리하여 약을 배양한 결과, 캘러스 형성률은 agar 농도가 증가함에 따라서 감소하였으나, 식물체 재분화율과 기내 자연배가이배체의 재분화율은 agar농도에 비례하여 증가되었다. Gelrite 배지에서의 캘러스 형성률은 0.4%와 0.6%에서 67.6%와 54.8%로 agar 배지에서보다 높았으며, 녹색체 재분화율은 0.6%에서 27.6%로 가장 높았다. 기내 자연배가이배체 및 다배체 재분화율은 Gelrite 농도에 비례하여 증가하였다. 0.6% Gelrite 배지에서 캘러스 형성에 미치는 생장조절제의 효과는 2 mg/L NAA가 65.2%의 높은 캘러스 형성률과 34.7%의 녹색체 분화율을 보여 가장 높았다. 따라서 N$_{6}$ 배지에 2 mg/L NAA와 0.6% Gelrite 조합이 캘러스 형성률, 식물체 재분화율 및 기내 자연배가이배체재분화율 등이 모두 agar 배지보다 크게 증가하여 벼의 약 양 배지로 가장 적합하였다.
Plant regeneration was accomplished from protoplast culture of rice (Oryza sativa L. cv. Taebaeg). Embryogenic callus was induced from mature seed on MS medium containing 5 mM proline, 2.5 mg/L 2,4-D, 30 g/L sucrose in the dark at 28$^{\circ}C$ and used to establish embryogenic cell suspension culture. Suspension cells were subcultured every one week in N6 medium supplemented with 5 mM proline, 200 mg/L casein hydrolysate, 2.5 mg/L 2,4-D and amino acids of AA medium. Suspension cultures were composed of cells that were densely cytoplasmic, potentially embryogenic and were at least maintained for more than 6 months in liquid medium. Protoplasts were isolated from fast-growing suspension culture cells and cultured in a slightly modified KpR medium by mixed nurse culture. Isolated protoplasts began to divide within 5~7 days and thereafter, protoplast-derived calli were sequentially transferred to callus proliferating medium that soft agar MS medium contained 2 mg/L 2,4-D and produced distinct embryogenic cells. Microcolonies were then transferred to solid medium which consisted of MS medium containing 5 mg/L kinetin, 1 mg/L NAA, 1 mg/L ABA, 30 g/L sucrose and 10 g/L sorbitol under fluorescent light. Mulitple shoots of 4~5 per callus emerged and were transferred to hormone-free MS medium for root initiation. Thereafter, The plantlets were transferred to pots of soil to mature in the culture room.
Rice callus was treated with 0.56M sucrose solution mixed with 5% pectinase and 10% cellulase, and the protoplasts isolated were transferred to 0.25 M sodium nitrate to induce protoplasmic fusion. Callus tissues were macerated well and degradation of cell walls also proceeded satisfactorily. When the protoplasts were transferred to sodium nitrate solution, many giant roundish protoplasts and some multilobed complex protoplasmic bodies were observed. Most of the fusions took place immediately after the protoplasts were transferred to sodium nitrate. Some multilobed protoplasts which failed to fuse in the initial stage took longer time, about two hours, to get completely fused and rounded-off. Multilobed protoplasmic bodies were invariably multinucleate, while giant round protoplasts had either several nuclei or had one nucleus of large size. Nuclear fusion, also, seemed to occur immediately after the protoplasts were transferred to sodium nitrate.
벼의 종자배양에서 식물체 재분화 능력을 향상시키기 위하여 2 mg/L의 2,4-D와 여러 가지 농도의 copper (0~5.0mg/L)가 첨가된 MS배지에 종자배양 한 바 캘러스 생장정도는 copper 농도에 따라 다르게 나타났는데 특히, 2.5 mg/L의 copper가 첨가된 배지에서 가장 양호하였다. 그리고 캘러스 형성률과 copper 농도 간에는 유의성 있는 차이가 인정되지 않았다. 식물체 재분화 배지에 2.5 mg/L의 copper의 첨가는 Indica 품종들의 식물체 재분화 효율을 크게 향상시켰다. Copper가 첨가되지 않은 N$_{6}$배지에서 Indica 6품종의 평균재분화율은 2.4%이었으나, copper가 첨가된 배지에서 27.4%로 높게 나타났다.
벼 약배양 배지에 첨가되는 배지응고제의 종류와 농도가 캘러스형성 및 식물체재분화에 미치는 영향을 구명하기 위하여 실험한 결과는 다음과 같다. 배지응고제인 Bacto agar(Difco, 04140-01), Agrose(Sigma, Type 1) 0.4% 처리에서 각각 39%, 55%의 캘러스형성율을 보였으나 농도가 높아질수록 캘러스 형성율이 현저하게 감소하였다. Gelrite(Kelco, 143364)의 0.2~0.8%처리에서는 농도에 따른 차이가 인정되지 않았으며 0.6% 처리에서 44%의 캘러스 형성율을 보였다. 고농도 배지응고제 처리에서 형성된 캘러스는 생장이 늦은 반면 작고 단단하며 백색에 가까운 배발생적인 특성을 보였다. 식물체재분화율은 고농도 배지응고제 처리에서 형성된 캘러스에서 양호하였으며, 또한 고농도 배지응고제가 첨가된 식물체분화배지에서 높았다. 저농도 배지응고제 처리에서 형성된 약치상후 60일된 캘러스는 식물체 재분화율이 급격히 감소하였다. 치상된 약에 대한 최종적인 식물체분화 효율을 향상시키기 위해서는 0.6∼0.8% Gelrite 첨가배지에서 형성된 캘러스를 1.6% Bacto agar 및 Agarose 또는 0.8% Gelrite 식물체분화배지에 이식할 것을 추천한다.
세포 주기의 조절에 있어 중요한 역할을 담당하고 있는 cyclin 유전자들을의 발현 양상을 벼에서 유도한 캘러스와 엽신을 이용하여 관찰하였다. 특히 캘러스를 이용한 분석결과 2,4-D와 kinetin이 조합된 배지 러에 7일 동안 암 배양한 후 이를 cytokinin만이 첨가된 배치로 옮겼을 때 A-, B-, C-type cyclin 유전자들의 발현이 더 증가되었다. 또한 벼실생의 각 기관에서 cyclin 유전자의 발현양을 조사한 결과 다른 기관들에 비해 잎에서 A-, B, C-type cyclin 유전자들이 더 많이 발현하였으나 잎에 cytokinin의 종류와 농도를 다르게 처리하여 24시간동안 배양한 결과에서는 zeatin을 제외하고는 cytokinin의 종류와 양이 cyclin 유전자들의 발현에 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있었다. 본 실험에서는 벼 cyclin유전자의 발현과 식물생장조절제 처리와의 상관 관계에 대해서 조사하였다.
벼 육종을 위한 약 배양은 기존 육종 방법을 사용하여 새로운 품종을 개발하는데 최소 6세대에 필요한 시간을 크게 줄여 동형접합자를 신속하게 생산하는 방법이다. 이 약 배양기술은 방법론적 관점에서 더 많은 녹색 식물을 얻을 기회를 제공하며, 약 배양에서 시간과 노력을 절약하는 배양의 효율성을 높이기 때문에 중요하다. 본 연구에서는 배양액과 배양 방법이 다른 1단계와 2 단계 배양의 캘러스 유도율과 녹색 식물 재분화율로 비교하였다. 1단계 배양은 하나의 배지에서 캘러스 유도 및 식물 재생을 허용하는 반면, 2 단계 배양은 두 개의 다른 배지에서 유도 및 식물 재분화가 필요하다. 이 연구에서는 1 단계 및 2 단계 배양으로 벼 꽃밥의 캘러스 유도와 식물 재생률을 비교했다. 캘러스 형성률은 1 단계 배양의 경우 13.0 %, 2 단계 배양의 경우 8.6%로 2 단계 배양보다 1 단계 배양에서 4.4% 더 높았다. 식물 재분화율은 1 단계 배양에서 1.0%, 2 단계 배양에서 3.0 %로 1 단계 배양보다 2단계 배양에서 식물체 재분화율이 3배 더 높았다. 이것은 2 단계 배양이 반수체 생산을 위한 1 단계 배양보다 더 효율적임을 시사한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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