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CLP, Dhn5 유전자의 도입에 의한 고비사막 자생식물 Artemisia adamsii의 내건성 및 내동성 증진
Transformation of Artemisia adamsii, Endemic to a Gobi Desert, with CLP, Dhn5 to Enhance Environmental Stress Tolerance 원문보기

식물생명공학회지 = Korean journal of plant biotechnology, v.30 no.4, 2003년, pp.315 - 321  

한규현 (단국대학교 생명자원과학부) ,  황철호 (단국대학교 생명자원과학부)

초록

고비사막 접경지역의 식물인 Artermisia adamsii의 내건성 및 내동성 증진을 위해 조직배양과 CLP및 Dhn5유전자의 형질전환을 수행하였다. 다양한 호르몬 농도 조건에서의 성장을 확인한 결과, 0.05mg/L의 NAA와 0.5mg/L의 BAP조건과 0.1mg/L의 NAA와 0.5mg/L의 BAP가 포함된 배지의 암조건 하에서 최적의 캘러스 생장을 확인하였으며 유전자 도입 및 유전자의 발현이 확인된 캘러스가 세포 수준에서도 내건성 및 내동성이 증진되었음을 확인하였다. 그러나 Atremisia속 다른 식물과 다르게 조직절편에서 직접 기관분화를 유도하거나 캘러스를 통한 식물체 재생에 어려움이 있어 식물체 수준에서 형질전환에 따른 환경스트레스 내성의 증진을 확인하지 못하고 있다. 앞으로 진행될 A. adamsii의 식물체 재생에 대한 연구를 통해 내동성 및 내건성이 증진된 식물체를 육성하여 고비사막 지역적응력을 조사할 예정이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Freezing and drought tolerances in plants are very important for survival in the desert. In an effort to reduce desertifcation in Gobi, a molecular breeding of Artemisia adamsii using the CLP (chitinase like protein, antifreeze protein) and Dhn5 (dehydrin5) genes from barley is performed by introduc...

주제어

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제안 방법

  • 05. 0.1, 0.5, 1, 2 mg/L NAA와 0.1, 0.5, 1 mg/L BAP의 조합으로 구성된 18처리의 MSA 고체배지 (2% sucrose)에서 3반복으로 배양하여 캘러스 발생 및 생장의 최적조건을 규명하였다.
  • 2g을 유리시험관에 넣고 저온수조를 이용하여 상온에서 2℃ 까지 2시간 동안 하강하고, 2℃에서 -2℃까지 30분에 걸쳐 온도를 하강한 후, 조직의 결빙을 유도하기 위해 400mg의 얼음 조각을 넣었다. 2℃/30분의 속도로 -2℃에서 -8℃까지 수조의 온도를 내리면서 -2, -4, -6, -8℃에서 각각 sample을 채취하였다. 시험관에 3mL의 증류수를 넣고 90rpm에서 2시간 진탕하였다.
  • 0025 gBrilliant Blue R)를 넣고 다시 분쇄하였다. 30초 간격으로 vortexing과 얼음에 두는 과정을 5회 반복한 후, Sonic dismem- brator (Fisher scientific사)로 초음파 분쇄하였다. 이후 30초 간격으로 vortexing과 얼음에 두는 과정을 5회 반복한 후 4℃, 13000 rpm에서 15분간 원심분리하여 상층액을 회수하고 -20℃에 보관하였다.
  • 잎, 줄기, 뿌리에서 유도된 CLP 또는 Dhn5 형 질전환 세포주를 각각 선택하여 NPTII 유전자의 도입을 확인하기 위해 PCR을 수행한 결과 형질전환 캘러스에서 700 bp의 예상된 크기의 PCR 산물을 확인하였다 (Figure 3A). CLP 와 £>加5의 PCR에서도 마찬가지로 형질 전환 캘러스에서 예상된 크기인 430 bp와 1760 bp의 증폭된 PCR 산물들을 확인하였다 (Figure 3B, C).
  • Dhn5 형질전환 캘러스에서 내건성의 변화를 확인하기 위해 배지에 PEG를 0%에서 40%의 농도로 첨가하여 28일간 생장을 관찰하였다 (Figure5). 형질전환 캘러스는 모든 처리구에서 비형질전환 캘러스에 비해 생육이 증가하였다.
  • 5 mg/L BAP) 액체배지에서 2일간 25℃ 암 조건에서 진탕배양하였다.Mg 배지에서 2일간 37℃ 암 조건으로 배양한 Agrobacterium 30 mL를 침전 후 20 mL MSA 액체 배지에 희석한 다음 A. adam两의 잎, 줄기, 뿌리 절편과 10분 간 암 조건에서 공동배양하였다. 이후 MSA 배지에서 3일간 25℃의 암 조건에서 80rpm으로 진탕배양한 후 20 m皿의 kanamycin이 포함된 MSA 고체배지 (0.
  • 1985)으로 DNA를 추출하여 spec­ trophotometer (UV/Vis spectrophotometer, ATI Unicam사)로 정 량하였다. PCR primers는 OligoLite ver 6.35 (Molecular Biology Insights, Inc.)를 이용하여 3종의 유전자를 대상으로 primer [NPT Ⅱ (정방향 5 '-GAG GCT ATT CGG CTA TGA CTG-3', 역 방향 5'-ATC GGG AGC GGC GAT ACC GTA-3'), CZF(정 방 향 5'-CCG CCT ACC AGT TCC ATT-3', 역방향 5'-GCC AAG CAT GCC GCA GTA-3'), D/m5(정방향 5'-CCC GAG TGA GAG GAT CCG CGC AAG-3', 역 방향 5 '-CGG TGT GTG CAT GCTGCCCA-3')]를 설계하였다.
  • PCR 반응은 NPTU 는 95℃ 에서 5분간 반응 후 95℃ 1분, 68℃ 1분, 72℃ 1분간 30회, CLP는 95℃ 5분간 반응 후, 95℃ 1분 55℃ 1분, 72℃ 1 분간 30회, Dhn5는 95℃ 1분, 63℃ 倦, 72℃ 1분간 30회 반복 실시하였다. 얻어진 PCR 산물은 1%TAE agarose gel을 이용하여 전기영동하였다.
  • 고비사막 접경지역의 식물인 Artemisia adamsii의 내건성 및 내동성 증진을 위해 조직배양과 CLP 및。饥5 유전자의 형질 전환을 수행하였다. 다양한 호르몬 농도 조건에서의 성장을 확인한 결과, 0.
  • 내건성을 측정하기 위해 동량의 캘러스 조직을 0, 10, 20, 30, 40%의 PEG가 포함된 MSA agar 배지에서 3반복으로 28일간 암 상태에서 배양하였다. 이후 캘러스의 생체중 및 건물중을 측정하여 스트레스 하에서 생장률로 상대적인 내건성을 비교 하였다.
  • 도입된 유전자의 발현을 확인하기 위해 CLP 형질전환 캘러스의 전체 단백질을 대상으로 western 분석을 실시하였다. 동 보리 1호로부터 분리한 각 유전자를 E.
  • 무균상태에서 발아하여 3주간 자란 유식물체를 MS 고체배지 (MS, hormone free, 3% sucrose)에서 12주간 생육시킨 후,잎, 줄기, 뿌리를 긱기 0.3 cm로 절단하여 MSA (MS, 2% sucrose, 0.05 mg/L NAA, 0.5 mg/L BAP) 액체배지에서 2일간 25℃ 암 조건에서 진탕배양하였다.Mg 배지에서 2일간 37℃ 암 조건으로 배양한 Agrobacterium 30 mL를 침전 후 20 mL MSA 액체 배지에 희석한 다음 A.
  • 일차항체는 본 실험실에서 토끼로부터 제작한 CLP, Dhn5 항혈청을 1 : 10, 000의 비율로 이차항체는 anti-rabbitIgG-AP conjugate (PromegaA})> 1 : 7, 500의 비율로 TBST용액에 희석하여 사용하였다. 반응 후 AP system (NBT, BCIP; Promega사)을 사용하여 상온의 암 조건에서 발색반응을 진행하였다
  • 3% Gelrite 고체배지에 치상하여 25℃ 암 조건에서 발아시켰다. 배축을0.5 cm로 절단하고 MS 고체배지 (5 mg/L 2.4-D, 3% sucrose)에 서 배양하여 캘러스를 유도하였고, 유도된 캘러스를 0.01, 0.05. 0.
  • 시험관에 3mL의 증류수를 넣고 90rpm에서 2시간 진탕하였다. 세포 유출물은 Spectrophotometer (ATI Unicam사)를 이용하여 흡광도 (265 nm)를 측정하였다. 이후 시험관을 auto- clave(1.
  • adamsii의 종자를 현지에서 직접 채집하였다. 실험실 내에서 전처리 없이 토양에서 발아시켜 식물을 유도하였고 실온, 8/16시간의 광/암 조건에서 재배하였다 (Figure 1). 종자를 70% EtOH에 30초간 4 회 표면살균 후, 멸균 증류수로 5회 수세한 다음 0.
  • adam两의 잎, 줄기, 뿌리 절편과 10분 간 암 조건에서 공동배양하였다. 이후 MSA 배지에서 3일간 25℃의 암 조건에서 80rpm으로 진탕배양한 후 20 m皿의 kanamycin이 포함된 MSA 고체배지 (0.3% Gelrite)로 옮겨 형질전환 캘러스를 선발하였다.
  • 세포 유출물은 Spectrophotometer (ATI Unicam사)를 이용하여 흡광도 (265 nm)를 측정하였다. 이후 시험관을 auto- clave(1.5기압, 20분)한 후 동일한 방법으로 흡광도 (265 nm) 를 측정하여 이를 100% 이온 유출로 보고, 저온처리 시 유출된 이온의 양을 상대적인 양으로 계산하여 캘러스 간의 가능한 차이를 보정하여 비교하였다.
  • 내건성을 측정하기 위해 동량의 캘러스 조직을 0, 10, 20, 30, 40%의 PEG가 포함된 MSA agar 배지에서 3반복으로 28일간 암 상태에서 배양하였다. 이후 캘러스의 생체중 및 건물중을 측정하여 스트레스 하에서 생장률로 상대적인 내건성을 비교 하였다.
  • 13% 의 형질전환율을 보여, 비형질전환 조직의 캘러스 유도와는 다르게 두 배지에서 모든 절편체로부터 일정 수준 이상의 캘러스 유도율을 확인하였다 (Table 3). 잎, 줄기, 뿌리에서 유도된 CLP 또는 Dhn5 형 질전환 세포주를 각각 선택하여 NPTII 유전자의 도입을 확인하기 위해 PCR을 수행한 결과 형질전환 캘러스에서 700 bp의 예상된 크기의 PCR 산물을 확인하였다 (Figure 3A). CLP 와 £>加5의 PCR에서도 마찬가지로 형질 전환 캘러스에서 예상된 크기인 430 bp와 1760 bp의 증폭된 PCR 산물들을 확인하였다 (Figure 3B, C).

대상 데이터

  • 2(X)1 년 10월 몽골국립농과대학 B. Buyanchimeg 교수의 자문을 받아 몽골 고비사막에서 자생하는 A. adamsii의 종자를 현지에서 직접 채집하였다. 실험실 내에서 전처리 없이 토양에서 발아시켜 식물을 유도하였고 실온, 8/16시간의 광/암 조건에서 재배하였다 (Figure 1).
  • 05% Tween 20)에 10분간 washing한 후, TBST에 5% nonfat dry milkz]- 포함된 용액으로 45분간 blocking하였다. 일차항체는 본 실험실에서 토끼로부터 제작한 CLP, Dhn5 항혈청을 1 : 10, 000의 비율로 이차항체는 anti-rabbitIgG-AP conjugate (PromegaA})> 1 : 7, 500의 비율로 TBST용액에 희석하여 사용하였다. 반응 후 AP system (NBT, BCIP; Promega사)을 사용하여 상온의 암 조건에서 발색반응을 진행하였다

이론/모형

  • 0.2 g의 캘러스를 액체질소로 급속냉각한 후 마쇄하여 CTAB 방법 (Rogers et al. 1985)으로 DNA를 추출하여 spec­ trophotometer (UV/Vis spectrophotometer, ATI Unicam사)로 정 량하였다. PCR primers는 OligoLite ver 6.
  • 내동성의 경우는 Park 등(2000)의 방법을 이용하여 캘러스 0.2g을 유리시험관에 넣고 저온수조를 이용하여 상온에서 2℃ 까지 2시간 동안 하강하고, 2℃에서 -2℃까지 30분에 걸쳐 온도를 하강한 후, 조직의 결빙을 유도하기 위해 400mg의 얼음 조각을 넣었다. 2℃/30분의 속도로 -2℃에서 -8℃까지 수조의 온도를 내리면서 -2, -4, -6, -8℃에서 각각 sample을 채취하였다.
  • 황 등(2000)이 내동성이 강한 동보리 1호로부터 분리한 CLP 유전자와 Dhn5 유전자를 HindUl 와 Cla I, Sea I 과 Xho I 을 이용하여 절단 후 pGA748에 삽입하여 35S promoter와 NOS 3' terminator 사이에서 이들의 조절에 의해 발현하도록 하였고 (Figure 2), NPTn 유전자를 통해 형질전환체를 선발하였다. 재조합된 DNA/는 freeze-thaw 방법을 이용하여 Agrobac­ terium 効zc如s LBA4404에 도입하였다.
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참고문헌 (23)

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