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헛개나무의 현탁배양세포로부터 체세포배발생과 식물체 재생
Somatic Embryogenesis and Plant Regeneration in Embryogenic Cell Suspension Cultures of Hovenia dulcis Thunb 원문보기

韓國藥用作物學會誌 = Korean journal of medicinal crop science, v.14 no.4, 2006년, pp.255 - 260  

이성호 (중국 동북임업대학 임목유전육종학과) ,  (중국 동북임업대학 임목유전육종학과) ,  김나영 (경희대학교 식품영양학과) ,  김명조 (강원대학교 한방바이오연구소) ,  조동하 (강원대학교 한방바이오연구소) ,  이동욱 (강원대학교 한방바이오연구소) ,  이재근 (강원대학교 한방바이오연구소) ,  임정대 (강원대학교 생약자원개발학과) ,  유창연 (강원대학교 한방바이오연구소)

초록
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본 연구를 통해 헛개나무의 기내유묘의 조직절편으로부터 배발생캘러스의 유기 및 2차 배형성, 그리고 배발생캘러스의 현탁배양계로부터 체세포배를 대량생산하여 식물체로 재분화시키는 시스템을 확립하였다. 현탁배양을 통해 배발생세포의 유도 및 증식에는 모두 $30^{\circ}C$의 고온이 효과적이었는데 이와 같은 온도조건에서 배발생캘러스 유도율과 배발생캘러스의 생장량은 각각 100%와 894.6 mg로 $25^{\circ}C$에 비해 1.53배와 9.19배로 높게 나타났다. 배발생세포를 $18^{\circ}C$에서 배양할 경우 체세포배로 전환되었고 배양 5주후 체세포배로 발달하였으며 $25^{\circ}C$ 이상의 배양온도에서는 배발생세포는 증식만 할뿐 체세포배는 형성되지 않았다. 체세포배로부터 식물체의 형성은 $18^{\circ}C$ 저온에서만 가능하였다. 배지에 0.1과 0.5 mg/l BA를 첨가할 경우 식물체 재분화율은 37%와 28%로 생장조절물질을 처리하지 않은 배지에 비해 2.2배와 1.7배로 높게 나타났다 재분화된 식물체의 성장에 주는 무기염의 영향을 조사하기 위하여 유식물체를 MS와 1/3MS 고체배지에 옮겨 배양한 결과 1/3MS배지가 줄기신장과 뿌리의 유도에 적합하였다.

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Culture conditions for high frequency plant regeneration via somatic embryogenesis from embryogenic cell suspension cultures of Hovenia dulcis are described. Germinated somatic embryos were selected for induction of secondary embryogenesis. Friable embryogenic cells were induced directly from somati...

주제어

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제안 방법

  • 고체배지에서 배양한 발아단계의 체세포배를 선별하여 액체배지에 옮겨 배양하여 현탁배양 배발생세포의 유도실험을 수행하였다. 배양온도가 배발생세포 유도에 주는 영향을 조사하기 위하여 배양온도를 18℃, 25℃와 30℃로 달리하였으며 매 삼각플라스크에 40개의 발아단계의 체세포배를 접종하였다.
  • 배양온도는 각각 10℃, 18℃, 25℃와 30℃로 조절하여 각 배양온도에서의 식물체 재분화율을 조사하였다. 동시에 생장조절물질의 식물체 재분화에 주는 영향을 조사하기 위하여 체세포배를 0.1, 0.5, 1, 2mg/l BA를 첨가한 배지에 옮겨 배양하였다. 배양 4주 후 경엽의 분화가 시작된 유식물체를 선별하여 1/3M와 MS배지에 옮겨 배양 8주 후 식물체 재분화율과 재분화 식물체의 줄기와 뿌리 생장에 미치는 무기염의 영향을 조사하였다.
  • 종자에서 배를 분리하여 무기염의 농도를 1/3 로 줄인 MS (Murashige and Skoog, 1962)배지에 치상하여 발아시켰다. 발아 2주후의 유식물체를 3-5 mm 길이로 잘라 MS 무기염에 0.5mg/l 2,4-D, 3g/l sucrose, 2.5 g/l Gelrite (DUCHeFA)를 첨가한 배지에 치상하여 배발생 캘러스를 유도하였다. 배발생캘러스의 증식과 체세포배의 배양은 엄 등 (2002)의 방법을 따랐다.
  • 배양 6주 후 배발생세포 형성율과 매 삼각플라스크에서 증식된 배발생세포의 생체중을 측정하였다. 배발생세포괴의 형성율은 전체 삼각플라스크 중 배발생캘러스가 유도된 삼각플라스크 수의 비율로 계산하였다.
  • 배발생세포의 접종밀도 50 mg, 200 mg, 800 mg 으로 달리하여 18℃에서 4주간 액체배지한 결과 모든 처리에서 체세포배가 유도되었으며 순차적으로 구형, 심장형, 어뢰형의 발육단계를 거쳐 정상적으로 발아하였다 (Fig. ID, E). 형성된 체세포배수와 체세포배의 전체 생체중은 접종밀도가 클수록 큰 경향을 보였다 (Table 2).
  • 5, 1, 2mg/l BA를 첨가한 배지에 옮겨 배양하였다. 배양 4주 후 경엽의 분화가 시작된 유식물체를 선별하여 1/3M와 MS배지에 옮겨 배양 8주 후 식물체 재분화율과 재분화 식물체의 줄기와 뿌리 생장에 미치는 무기염의 영향을 조사하였다. 식물체 재분화배지는 10 g/l 설탕과 2.
  • 체세포배 유도시 배발생세포의 적정 접종밀도를 조사하기 위하여 매 삼각플라스크에 50 mg, 200 mg, 800 mg의 배발생세포를 접종하여 배양온도를 18℃로 조절한 진탕배양기 (HK-S125, Korea)에서 배양하였다. 배양 4주 후 형성된 체세포배수와 체세포배의 생체중을 조사하였다. 배양 배지는 고체배양에서의 2차배 유기배지와 같은 조성으로 하고 10일에 한번 계대하였다.
  • 배양온도가 배발생세포 유도에 주는 영향을 조사하기 위하여 배양온도를 18℃, 25℃와 30℃로 달리하였으며 매 삼각플라스크에 40개의 발아단계의 체세포배를 접종하였다. 배양 6주 후 배발생세포 형성율과 매 삼각플라스크에서 증식된 배발생세포의 생체중을 측정하였다. 배발생세포괴의 형성율은 전체 삼각플라스크 중 배발생캘러스가 유도된 삼각플라스크 수의 비율로 계산하였다.
  • 암배양하였다. 배양배지는 생장조절물질을 첨가하지 않은 1/3MS배지에 10 g/l 설탕, 2.5 g/l Gelrite를 첨가한 고체배지를 사용하였으며 1개월 후 2차체세포배 유도율을 조사하였다.
  • 배양온도가 2차체세포배발생에 주는 영향을 조사하기 위하여 체세포배를 구형과심장형 및 발아단계로 구분하여 배양온도를 18℃, 25℃와 30℃로 조절한 생장상에서 배양온도를 달리하여 암배양하였다. 배양배지는 생장조절물질을 첨가하지 않은 1/3MS배지에 10 g/l 설탕, 2.
  • 배양온도가 배발생세포 유도에 주는 영향을 조사하기 위하여 배양온도를 18℃, 25℃와 30℃로 달리하였으며 매 삼각플라스크에 40개의 발아단계의 체세포배를 접종하였다. 배양 6주 후 배발생세포 형성율과 매 삼각플라스크에서 증식된 배발생세포의 생체중을 측정하였다.
  • 식물체 재분화를 유도하였다. 배양온도는 각각 10℃, 18℃, 25℃와 30℃로 조절하여 각 배양온도에서의 식물체 재분화율을 조사하였다. 동시에 생장조절물질의 식물체 재분화에 주는 영향을 조사하기 위하여 체세포배를 0.
  • 본 실험에서는 헛개나무의 체세포를 이용한 배발생세포의 유도, 및 현탁배양을 통해 균일한 체세포배를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 단순하고 효율적인 체세포배 생산체계를 확립하였다. 한편 체세포배의 식물체재분화에 관여하는 온도, 생장조절물질, 배지조성 등 배양조건을 검토하였다.
  • 액채배양에서의 체세포배 발달의 동조화를 이루기 위하여 배발생세포가 유도된 후 계대할 때에 200μm의 강철체로 배발생세포괴를 걸러 체를 통과하는 배발생세포괴만 새로운 배지로 옮겨 배양하는 방법으로 균일한 크기의 배발생세포괴를 증식하였다. 배발생세포의 접종밀도 50 mg, 200 mg, 800 mg 으로 달리하여 18℃에서 4주간 액체배지한 결과 모든 처리에서 체세포배가 유도되었으며 순차적으로 구형, 심장형, 어뢰형의 발육단계를 거쳐 정상적으로 발아하였다 (Fig.
  • 재분화된 식물체의 성장에 주는 무기염의 영향을 조사하기 위하여 유식물체를 MS와 1/3MS 고체배지에 옮겨 배양하였다 (Table 4). 그 결과 MS배지에서는 multiple shoot가 유도되고 shoot 성장은 억제되나 1/3MS배지에서는 줄기신장속도가 MS배지에 비하여 빨랐으며 새로운 shoot가 유기되기도 하였으나 MS배지에 비하여 수도 적고 성장이 저조하였다.
  • 종자의 종피를 벗긴 후 70% 에탄올에 30분, 2% 차아염소산나트륨용액에 20분 소독하고 멸균수로 5 회 세척하였다. 종자에서 배를 분리하여 무기염의 농도를 1/3 로 줄인 MS (Murashige and Skoog, 1962)배지에 치상하여 발아시켰다. 발아 2주후의 유식물체를 3-5 mm 길이로 잘라 MS 무기염에 0.
  • 증식시킨 배발생세포를 식물생장조절물질이 첨가되지 않은 1/3MS 액체배지에 옮겨 배양하여 체세포배를 유도하였다. 체세포배 유도시 배발생세포의 적정 접종밀도를 조사하기 위하여 매 삼각플라스크에 50 mg, 200 mg, 800 mg의 배발생세포를 접종하여 배양온도를 18℃로 조절한 진탕배양기 (HK-S125, Korea)에서 배양하였다. 배양 4주 후 형성된 체세포배수와 체세포배의 생체중을 조사하였다.
  • 체세포배로부터 식물체 재분화에 미치는 싸이토키닌의 영향을 조사하기 위하여 발아단계의 체세포배를 여러농도의 BA를 첨가한 MS배지에서 4주간 배양하였다 (Table 3). 그 결과 1 mg/l 과 2mg/l의 BA를 처리한 경우 거의 모든 배양체가 갈변하면서 캘러스화되었다.
  • 한편 체세포배의 식물체재분화에 관여하는 온도, 생장조절물질, 배지조성 등 배양조건을 검토하였다. 본 연구에서 제시된 헛개나무의 식물체재분화방법은 우량종묘의 대량생산 및 돌연변이와 형질전환을 통한 신품종육성연구에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

대상 데이터

  • 배양은 50㎖의 액체배지가 들어 있는 250 ㎖ 삼각플라스크에서 진행하였고 교반속도는 100 rpm 으로 조절하여 암배양하였다. 매 처리구당 20개의 삼각플라스크를 사용하였으며 2번 반복실험을 하였다.
  • 헛개나무의 종자는 강원도 양양군 자생지에서 채취하여 실험재료로 사용하였다. 종자의 종피를 벗긴 후 70% 에탄올에 30분, 2% 차아염소산나트륨용액에 20분 소독하고 멸균수로 5 회 세척하였다.

이론/모형

  • 5 g/l Gelrite (DUCHeFA)를 첨가한 배지에 치상하여 배발생 캘러스를 유도하였다. 배발생캘러스의 증식과 체세포배의 배양은 엄 등 (2002)의 방법을 따랐다.
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