Somaclonal variation, defined as phenotypic and genetic variations among regenerated plants from a parental plant, could be caused by changes in chromosome structure, single gene mutation, cytoplasm genetic mutation, insertion of transposable elements, and DNA methylation during plant regeneration. The objective of this study was to evaluate DNA variations among somaclonal variants from the cotyledonary node culture in soybean. A total of 61 soybean somaclones including seven $\textrm{R}_1$ lines and seven $\textrm{R}_2$ lines from Iksannamulkong as well as 27 $\textrm{R}_1$ lines and 20 $\textrm{R}_2$ lines from Jinju 1 were regenerated by organogenesis from the soybean cotyledonary node culture system. Field evaluation revealed no phenotypic difference in major agronomic traits between somaclonal variants and their wild types. AFLP and SSR analyses were performed to detect variations at the DNA level among somaclonal variants of two varieties. Based on AFLP analysis using 36 primer sets, 17 of 892 bands were polymorphic between Iksannamulkong and its somaclonal variants and 11 of 887 bands were polymorphic between Jinju 1 and its somaclonal variants, indicating the presence of DNA sequence change during plant regeneration. Using 36 SSR markers, two polymorphic SSR markers were detected between Iksannamulkong and its somaclonal variants. Sequence comparison amplified with the primers flanking Satt545 showed four additional stretches of ATT repeat in the variant. This suggests that variation at the DNA level between somaclonal variants and their wild types could provide basis for inducing mutation via plant regeneration and broadening crop genetic diversity.
본 실험은 오일팜나무에서 somatic embryo mass(SEM)를 유도한 후 이로부터 식물체 분화를 통한 클론묘 대량증식 시스템을 확립하고, 기내 배양에 의하여 야기된 체세포변이의 확인 방법을 확립하기 위하여 수행되었다. 오일팜 조직배양묘의 정단 부분을 $NaH_2PO_4{\cdot}2H_2O$와 카제인이 첨가된 1/2MS 수정 배지에 배양하여 체세포배성 캘러스를 유도하였다. 유도된 체세포배성 캘러스는 몇 번의 계대배양을 통하여 SEM으로 발달하였다. SEM 조직은 단단하며, 강하게 붙어있어서 개개의 체세포배를 따로 분리하는 것이 매우 어려웠다. SEM 조직을 $NH_4NO_3$, 카제인, L-ascorbic acid가 첨가된 MS 수정 배지에 배양하였을 때 신초가 성공적으로 분화하였다. 기내 오일팜나무를 야외로 순화하여 완전한 오일팜나무 클론묘를 획득할 수 있었다. 기내 배양묘 중 건강하고 생장이 양호한 신초를 무작위로 95 개체를 선발하여 RAPD 분석을 실시하였다. 총 19개의 random primer를 사용하여 95 개체에 대한 RAPD를 수행한 결과, 대부분의 primer에서는 동일한 밴드 형태를 보여 어떠한 변이도 감지할 수 없었다. 그러나, MspI으로 절단된 genomic DNA를 BNR36 primer로 PCR을 수행하였을 때, 개체 간 차이를 보이는 밴드 형태를 나타내어 체세포변이를 감지할 수 있었다. 95 개체 중 #22, #28, #35, #77 의 4 개체에서 약 1kb 부근의 밴드 하나가 없었으며, 그 중 #28, #35, #77의 밴드 강도는 정상 밴드보다 월등히 강한 것을 확인하였다. NCBI 분석 결과, 이 변이 밴드는 오일팜나무의 엽록체 게놈과 관련이 있는 것으로 확인되었다. 본 연구 결과로부터 오일팜나무의 클론묘 대량증식 시스템을 확립할 수 있었고, RAPD 분석을 통하여 기내 상태에 있는 조직배양묘의 체세포 변이 여부를 판별할 수 있는 방법 확립할 수 있었다.
Somaclonal variation was observed in the field on doubled haploid plants derived from single pollen of a rice cultivar "Hwaseongbyeo". The variations of seven quantitative traits including plant height and one qualitative trait (pubescence) in 436 lines ($R_2$ generation) were analyzed. The number of lines which fell beyond the boundaries of the 95% confidence intervals of the check variety, Hwaseongbyeo was checked for each quantitative trait, and of those fertility showed the highest variation frequency (85.6%), followed by plant height (77.5%), flag leaf length (66.5%), grains per panicle (42.2%), days to heading (34.5%), panicle length (30.7%) and panicles per hill (22.7%). And the variations of quantitative traits except days to flowering appeared to move in the negative direction compared to "Hwaseongbyeo". Variability within lines was also observed for quantitative and qualitative traits. Twenty-nine $R_2$ lines (7%) segregated for pubescence and 130 $R_2$ lines (30%) showed variation with regard to fertility. This suggests that mutations usually occur before diploidization. Twenty-nine $R_2$ lines representing a wide spectrum of variation were chosen for RAPD analysis. The number of lines showing DNA polymorphism compared to Hwaseongbyeo ranged 0 from to 10 according to the primer used and this seems to indicate that specific loci have highly mutable genomic site.utable genomic site.
Kim, Dong-Sub;Lee, In-Sok;Hyun, Do-Yoon;Jang, Cheol-Seong;Song, Hi-Sup;Seo, Yong-Weon;Lee, Young-Il
Journal of Plant Biotechnology
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제5권1호
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pp.25-31
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2003
As a consequence of tissue culture of rice, RAPD analysis was peformed to determine whether extended culture periods as undifferentiated calli affected the subsequent genetic constancy, and whether any resulting DNA rearrangements could be detected between sibling plants produced from the same callus. Somaclonal variation was induced at the initial stage of tissue culture and it increased with the length of culture maintenance. Of the 192 total bands, the number of polymorphic bands was 22 (11.5%), 33 (17.2%), and 49 (25.5%) in the callus of 1,3, and 6 months culture, respectively. A significantly higher level of genotypic polymorphisms between regenerants from two different somaclones was also detected, although all the regenerants were derived from a single genotype. In comparison of DNA polymorphisms between regenerants from non-irradiated and from irradiated calli, a scope of variation spectrum by gamma ray irradiation was larger than that by tissue culture. Consideration must be given to this genomic variation where attempts are to be made to use desirable somaclonal variants for plant breeding purpose and in genetic engineering program.
식물 캘러스의 월간 또는 주간의 반복적인 계대배양은 노동 집약적이며 모 세포주로부터 somaclonal variation 발생 위험을 증가시킨다. 식물 캘러스를 보존하기위한 가장 효과적인 방법은 액체질소에 저장하는 초저온동결보존 방법이다. 하지만 초저온동결보존 방법은 동일한 방법으로 여러 식물의 캘러스에 적용할 수 없어 보존 방법 개발에 많은 어려움이 따른다. 또한 해동 후 냉동되어진 캘러스의 생존과 생존 후 재생 속도가 불확실 하다는 단점이 있다. 그러므로 활성 상태의 식물 캘러스의 계대배양 간격을 증가시키는 방법의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 냉동과정 없는 활성상태의 다양한 종의 식물 캘러스를 계대배양 없이 4주에서 12주 동안 15℃에서 배양하였다. 25℃에서 12주간 배양한 8종류의 식물 캘러스들은 모두 2배 이하의 성장을 보였으나 15℃에서 12주간 배양 조건에서는 8종류의 식물 캘러스들은 최소 2배 이상의 성장을 하였다. 또한 15℃에서 배양 후 25℃에서 회복시킨 캘러스들 사이의 항산화 활성 역시 크게 변화하지 변하지 않았다. 이러한 결과는 배지조성이나 특별한 새로운 과정없이 15℃ 저온으로 계대배양 간격을 증가시킬 수 있음을 보여준다. 또한 여러 식물 종의 캘러스들 모두에서 긍정적인 결과는 여러 캘러스들에 동일한 방법으로 계대배양 간격을 증가시킴으로 노동력 감소는 물론 somaclonal variation을 상대적으로 줄여 줄 것으로 예상한다.
The gesneriaceous perennial plant Titanotrichum oldhamii has beautiful foliage and attractive bright yellow flowers. However, breeding of T. oldhamii by conventional sexual hybridization may be difficult because sexual reproduction of this species is very rare. In the present study, plant regeneration systems via both direct and indirect formation of adventitious shoots from leaf explants were established as the first step toward breeding T. oldhamii by using biotechnological techniques. Adventitious shoots were formed efficiently on medium containing $0.1mg\;l^{-1}$ benzyladenine. Histological observation showed that shoot formation on this medium occurred directly from leaf epidermal cells without callus formation. On the other hand, leaf explants formed calluses on medium containing $0.1mg\;l^{-1}$ 2,4-dichlorophenoxyacetic acid. The calluses could be maintained by monthly subculturing to fresh medium of the same composition. When the calluses were transferred to plant growth regulator-free medium, they formed adventitious shoots. Directly and indirectly formed shoots rooted well on medium containing $0.1mg\;l^{-1}$ indole-3-butyric acid. Plantlets thus obtained were successfully acclimatized and grew vigorously in the greenhouse. Flow cytometry analysis indicated that no variation in the ploidy level was observed in plants regenerated via direct shoot formation, whereas chromosome doubling occurred in several plants regenerated via indirect shoot formation. Regenerated plants with the same ploidy level as the mother plants showed almost the same phenotype as the mother plants, whereas chromosome-doubled plants showed apparent morphological alterations: they had small and crispate flowers, and round and deep green leaves.
The cultivated potato as well as its tuber-bearing relatives are considered model plants for cell and tissue culture, and therefore for exploiting the genetic variation induced by in vitro culture. The association between molecular stability and tissue culture in different genetic backgrounds and ploidy levels has already been explored. However, it still remains to be ascertained whether somaclonal variation differs between callus-derived chromosome-doubled and undoubled regenerants. Our research aimed at investigating, through amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers, the genetic changes in marker-banding patterns of diploid and tetraploid regenerants obtained from one clone each of Solanum bulbocastanum Dunal and S. cardiophyllum Lindl (both 2n = 2x = 24) and tetraploids from cultivated S. tuberosum L. (2n = 4x = 48). Pairwise comparisons between the banding patterns of regenerants and parents allowed detecting considerable changes associated to in vitro culture both at diploid and tetraploid level. The percentages of polymorphic bands between diploid and tetraploid regenerants were, respectively, 57 and 69% in S. bulbocastanum and 58 and 63% in S. cardiophyllum. On average, the frequencies of lost parental fragments in regenerants were significantly higher than novel bands both in S. bulbocastanum (48 vs. 22%) and S. tuberosum (36 vs. 18%) regenerants. By contrast, in S. cardiophyllum, a similar incidence of the two events was detected (32 vs. 29%). Our results revealed that structural changes after tissue culture process strongly affected the genome of the species studied, but diploid and tetraploids regenerated plants responded equally.
바이오에너지작물의 중요한 소재를 제공하는 화본과 식물인 홍띠(Imperata cylindrica 'Rubra')의 기내재생 식물체의 유전적 안정성을 조사하고자 생장점 부위를 기내배양하여 재분화시킨 녹색 재생식물체의 변이성을 ISSR 마커로 조사하였다. MS(Murashige and Skoog, 1962) 배지에 식물체 기부의 생장점 부위를 적출하여 캘러스를 유도하고(0.1 mg/L 2,4-D와 2 mg/L BA), 캘러스 증식(0.1 mg/L 2,4-D와 0.05 mg/L BA), 신초 재분화(0.01 mg/L NAA와 2 mg/L BA) 후 MS 배지에서 발근시켜 재분화 식물체를 유도하고 100% 활착시켰다. 대조구인 모식물체 홍띠 8개체, 1년간 노지 포장에서 재배중인 재분화 녹색 식물체 10개체와 실험실 내 화분에서 재배중인 재분화 녹색 식물체 10개체, 총 28개체에 대하여 ISSR 분석한 결과 유전적 다형성은 재분화 식물체가 실내포트 재배식물체 4.1% 및 노지 재배식물체 3.1%로 0%인 대조구보다 높게 나타났다. 또한, 총 28개체들 간의 유전적 유사도를 평가한 결과, 유전적 유사도 지수는 0.919~1.0 사이에 분포하며, 평균 0.972로 유전적 충실도가 높게 나타났다. 군집분석 결과 노지에서 재배한 재분화 식물체와 모식물체(대조군)가 독립적으로 유집되었다.
Endoreduplication is a developmental process that is unique to plants and occurs in all plants. The present study aimed to assess endoreduplication in various explant tissues and regenerated somatic embryos of Doritaenopsis. We further investigated the effects of light quality on endoreduplication and somatic embryo proliferation. To this end, we studied endoreduplication in leaves and root tips from regenerated plantlets and somatic embryos and in developing somatic embryos under 4 types of lighting conditions: red light, red + far-red light, red + blue light, and white light. We found that the degree of endoreduplication varied in different explants, and that the choice of explants used also influenced the ploidy levels of the newly regenerated somatic embryos. The DNA content of the leaf (2C-8C) was less than that of the root tip (2C-16C) and somatic embryo (2C-64C). In terms of light quality, the combination of red and far-red light produced the highest number of somatic embryos, while maintaining a low degree of endoreduplication. The data obtained indicate that this light combination stimulates somatic embryogenesis in Doritaenopsis and may exert some control on endoreduplication during cell division. These findings can be applied to achieve a reduction in somaclonal variations for the purpose of mass proliferation and genetic improvement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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