Meiyalaghan, Sathiyamoorthy;Pringle, Julie M.;Barrell, Philippa J.;Jacobs, Jeanne M.E.;Conner, Anthony J.
Plant Biotechnology Reports
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제4권4호
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pp.293-301
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2010
The feasibility of two strategies for transgene pyramiding using Agrobacterium-mediated transformation was investigated to develop a transgenic potato (Solanum tuberosum L. cv. Iwa) with resistance to potato tuber moth (PTM) (Phthorimaea operculella (Zeller)). In the first approach, cry1Ac9 and cry9Aa2 genes were introduced simultaneously using a kanamycin (nptII) selectable marker gene. The second approach involved the sequential introduction (re-transformation) of a cry1Ac9 gene, using a hygromycin resistance (hpt) selectable marker gene, into an existing line transgenic for a cry9Aa2 gene and a kanamycin resistance (nptII) selectable marker gene. Multiplex polymerase chain reaction (PCR) confirmed the presence of the specific selectable marker gene and both cry genes in all regenerated lines. The relative steady-state level of the cry gene transcripts in leaves was quantified in all regenerated lines by real-time PCR analysis. Re-transformation proved to be a flexible approach to effectively pyramid genes for PTM resistance in potato, since it allowed the second gene to be added to a line that was previously identified as having a high level of resistance. Larval growth of PTM was significantly inhibited on excised greenhouse-grown leaves in all transgenic lines, although no lines expressing both cry genes exhibited any greater resistance to PTM larvae over that previously observed for the individual genes. It is anticipated that these lines will permit more durable resistance by delaying the opportunities for PTM adaptation to the individual cry genes.
Ralstonia solanacearum (Rs)에 의해 유발되는 풋마름병은 감자 재배 시 발병하는 주요 병 중의 하나이다. 감자에서 풋마름병 저항성관련 유전자를 찾기 위해 기존에 기능이 알려진 다른 가지과 작물의 기능 유사 유전체를 이용하여 StACRE (HM749652) 유전자를 분리하고 염기서열을 분석하였다. 분리한 StACRE의 발현양상을 분석하기 위해 병 저항성 유도 신호전달 물질인 SA와 풋마름병원균 Rs (KACC10722)를 처리한 감자에서 RNA를 추출하여 RT-PCR을 실시한 결과 이 유전자는 SA 처리에 의해 3시간 후부터, Rs에 의해서는 12시간 후부터 발현이 현저하게 증가하였다. 따라서, 감자에서 이 유전자의 생물학적인 기능을 분석하기 위해 Gateway System을 이용하여 과발현용 vector를 만든 후 과발현 형질전환 감자를 제작하고 풋마름병균인 Rs를 접종하여 병 저항성 기능을 검정 한 결과 대조구인 수미 감자에 비해 병 저항성이 증대하였다.
본 연구는 유전자총기법에 의해 생산된 형질전환 고구마를 사용하여 glufosinate-ammonium에 대한 저항성 유무를 빠르고, 경제적이며, 신뢰할 수 있는 간이분석법을 찾고자 수행되었다. 저항성 진단법은 whole-plant 진단법, one leaf 진단법 및 leaf disk 진단법을 사용하였고, 이들 진단법에 의해 glufosinateammonium을 처리하고 잎의 피해율과 암모늄 축적량을 조사하였다. Leaf disk 진단법에서 glufosinateammonium 처리 후 형질전환 라인 7171의 잎에 대한 약해는 wild type에 비해 1.9배 낮았다. One leaf 진단법과 whole plant 진단법의 경우 glufosinateammonium 처리 후 7171의 잎에 대한 약해는 wild type에 비해 각각 59배와 92배 적었다. Leaf disk, one leaf와 whole plant 진단법에서 0.5-5mM glufosinateammonium 처리 후 암모늄 축적은 wild type이 7171에 비해 각각 2-20, 4-43 및 6-115배 더 많이 축적되었다. 이들 3가지 방법 모두 형질전환 고구마에 대한 glufosinate-ammonium 저항성 유무를 판단하는데 가능한 방법이나 one leaf 진단법이 가장 간편하면서 빠른 진단방법이었다. 그러나 이 방법은 엽령별 내성차이가 존재할 수 있어 고구마 엽이 10개 전개되었을 때 1, 3, 5, 7, 9엽을 각각 채취하여 3mM glufosinateammonium을 처리시 잎의 피해율과 암모늄 축적을 엽령별로 조사한 결과 유의적인 차이를 보이지 않았다. 따라서 분석에 소요되는 기간, 시료량, 정확성 등을 고려할 때 형질전환 고구마의 저항성을 판별하는데 one leaf 진단법이 가장 적합한 것으로 판명 되었다.
산화스트레스 유도성 SWPA2 프로모터 조절하에 항산화 효소 SOD와 APX 유전자를 동시에 엽록체에 발현시킨 형질전환 감자 (품종 수미)를 대상으로 methyl viologen (MV) 처리에 의해 유도되는 산화스트레스 내성을 잎절편체, 소식물체 및 식물체 수준에서 조사하였다. 잎 절편에 $3{\mu}M$ MV를 처리하였을 때 SSA 식물체의 잎절편체는 비형질전환 (NT) 식물체에 비해 40% 정도 상해를 적게 받았다. 소식물체 수준에서 MV에 의한 산화스트레스 내성을 조사하기 위하여 SSA감자 shoot을 $0.3{\mu}M$ MV 첨가 배지에 배양하였을 때 뿌리의 생장에서 내성이 나타났다. 또한 온실에서 4주 생장한 식물체에 $350{\mu}M$ MV를 처리하였을 경우에도 SSA 식물체는 NT 식물체에 비해 약 75% 손상을 적게 입은 것으로 나타내었다. 추후 SSA 식물체를 이용하여 건조, 고온 등의 복합재해에 내성을 분석이 진행되어야 할 것이며 그 결과 복합스트레스 내성 감자 품종 (수미)을 개발할 수 있을 것으로 기대한다.
비선택성 제초제 Bialaphos(basta)에 저항성인 PAT gene을 감자(Solanum tuberosum. cv. Desiree)에 도입하고자 본 실험을 실시하였다. 잎과 줄기절편을 이용한 신초재분화의 최적조건은 MS배지에 IBA 0.1mg/L+BA 0.5mg/L 조합처리하였을 때 가장 양호하였으며 재분화율은 잎은 54%, 줄기는 46%이었다. 이 조건에서 감자의 잎과 줄기 절편을 GUS : NPTII gene과 PAT gene을 가진 binary vector를 함유한 A. tumefaciens MP90에 공동배양하였다. 공동 배양시 acetosyringone 100${\mu}M$을 첨가할 경우 형질전환율이 잎의 경우 19%, 줄기의 경우 10%로 무처리보다 공히 약 4배가량 높았다. Kanamycin 100mg/L에서 캘러스가 형성된 후 이로부터 재생된 식물체를 약 6주후 Basta 10mg/L를 포함한 재분화배지에 옮겼을 경우 모두 생존하였다. 선발된 식물체의 형질전환여부를 조사하기 위해서 PCR, GUS반응 및 Southern blot를 실시한 결과 형질 전환체에 도입된 유전자가 안정되게 삽입되어 발현됨을 확인하였다. 확인된 형질전환체는 포장에 이식하여 순화시켰으며, 4주 후 제초제를 살포한 결과 대조구로 사용한 감자는 모두 고사되었으나, 형질전환체는 정상적인 생육을 보였다. 따라서 본 실험결과 PAT 유전자를 감자 식물체에 도입하여 감자 genome내에 안정되게 삽입되어 발현되는 제초제 저항성 감자를 선발할 수 있었다.
한국 분리주 감자잎말림바이러스 (PLRV)로부터 627bp 크기의 외피단백질 유전자의 ORF (AF296280)를 분리하여 장려품종 감자인 '수미'를 형질전환 하였다. 17계통의 형질전환체를 선발하여 온실과 포장에서 5세대를 증식하면서 PLRV에 대한 저항성이 큰 5계통을 선발 하였다. 도입된 유전자들의 유전적인 안정성을 확인하기위해 PCR, Southern, 그리고 northern blot 분석을 수행하였다. 또한 클론으로 증식된 형질전환 감자들의 특성과 저항성도 검정하였다. 형질전환된 감자들에서 PLRV의 외피단백질 유전자는 안전적으로 발현되며 저항성을 유지하였으며, 유사도가 비교적 낮은 감자 바이러스 Y (PVY)에는 저항성을 나타내지 않았다. 따라서 이러한 저항성은 도입된 유전자와 유사성도가 높은 바이러스에 저항성을 나타내는 homology dependent gene silencing으로 판단되었다. 유망계통 형질전환 감자 계통들의 포장평가를 통해 PLRV에 대한 저항성을 제외한 주요한 농업적 특성과 식물학적 특성은 형질전환 되지 않은 감자와 큰 차이를 보이지 않았다.
The committing step in Met and S-adenosyl-L-methionine (SAM) synthesis is catalyzed by cystathionine ${\gamma}$ -synthase (CGS). Transgenic Arabidopsis thaliana overexpressing CGS under control of 35S promoter show increased soluble Met and its metabolite S-methylmethionine, but only at specific stages of development. CGS-overexpressing seedlings are resistant to ethionine. Similar results were obtained with transgenic potato plants overexpressing Arabidopsis CGS. Several of the transgenic lines show silencing of CGS resulting in deformed p]ants with a reduced capacity for reproductive growth similar as transgenic plants by antisense RNA (CGS[-]). Exogenous feeding of Met to the CGS[-] and CGS[+] silenced plants partially restores their growth. Similar morphological deformities are observed in plants cosuppressed for SAM synthetase, even though such plants accumulate 250 fold more soluble Met than wild type and they overexpress CGS. The results suggest that the abnormalities associated with CGS and SAM synthetase silencing are due in part to a reduced ability to produce SAM, and that SAM may be a regulator of CGS expression.
Sweet potato has low regeneration capacity, which is a serious obstacle for the fruitful production of transgenic plants. Simple and rapid regeneration method from storage root explants of purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) was investigated. The embryogenic callus was observed from 4 cultivars and its highest rate was induced at 1 μM 2,4-D after 5 weeks of culture. Result revealed that a low concentration of 2,4-D and low light intensity was important factors for embryogenic callus formation. After subculture on medium with 5 μM ABA for 4 days, subsequently, occurred the regeneration of shoots within 4 weeks when these embryogenic callus was transferred onto the MS hormone free medium. Regenerated shoots were developed into platelets, and grown normal plants in the greenhouse. We developed a simple and quickly protocol to regenerate plantlets in storage root explants of purple sweet potato. This regeneration system will facilitate tissue culture and gene transfer research of purple sweet potato.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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