[논문]CAX 1 형질전환체 벼의 In Vivo에서 주요특성 분석

김경민

CAX 1 형질전환체 벼의 In Vivo에서 주요특성 분석
Major character analysis of CAX 1 (cation exchanger 1) transgenic rice plants in In Vivo 원문보기

Korean journal of crop science = 韓國作物學會誌, v.54 no.4, 2009년, pp.375 - 383

초록
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CAX1 유전자가 도입된 형질전환 벼는 T3 세대까지 34계통을 모식물인 일품벼와 공시하였고, 그 외 종자 내 칼슘함량 조사를 비롯한 5가지 실험에서 이전에 실시한 Southern 분석 결과 CAX1 prove의 band 양상이 뚜렷이 나타난 7계 통(T-14, T-15, T-17, T-18, T-19, T-20, T-24)을 $T_4{\sim}T_6$ 계통에서 공시하였다. 앞으로 $T_7$ 세대에 대한 특성조사를 거쳐 $Ca^{2+}$함량이 안정적으로 높게 유지되는 계통을 선발하여 세대육성하면 칼슘과 관련된 유전자의 내재해성 작물의 기초자료 이용뿐만 아니라 농산물의 품질 고급화 및 안정성 향상 그리고 병충해에 의한 농작물 피해를 줄일 수 있는 효과를 가져 오고자 수행한 결과는 다음과 같다. $T_4$ 세대에서 형질이 안정적으로 발현되면서 모품종과 유사하고 농업적 형질이 우수한 5 계통을 선발하여 $T_6$세대까지 농업적인 생육 안정성(수장, 수수, 간장)은 15, 17, 18, 24 계통들은 출수기가 모품종인 일품벼와 비슷한 경향이었고 14, 19, 20계통들은 일품벼보다 6~11일까지 늦어지는 경향이었다. 형질전환체 7 계통의 간장을 조사한 결과 14 계통을 제외하고는 대부분 모품종인 일품벼와 유사하게 나타났다. CAX1 형질전환체인 $T_5{\sim}T_6$세대에서 병저항성은 일품 모품종보다 벼도열병(blast)과 벼잎집무늬마름병(sheath blight)의 방제가가 낮게 나왔으며, 벼도열병은 2 년간 모두 모품종에 대비해 T-14, 17, 18, 19, 20은 방제가가 높게 나타나 병저항성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 벼잎집무늬마름병은 T-14, 19, 20, 24 계통이 방제가가 높게 나타났으며, 벼도열병과 벼잎집무늬마름병 모두 방제가가 높은 계통은 T-14, 19, 20 으로 조사되었다. 저온처리 된 벼의 초장 조사에서 각각 온실과 $17^{\circ}C$의 두 조건에 있어서 온실에서의 초장 조사와 생존 개체수를 대비해 볼 때 일품벼와 형질전환체 모두 정상적인 발육상태를 보였으나, 저온조건에서 초장 조사는 일품벼에 비해 $T_6$-19을 제외한 형질전환 계통들이 양호하였으며 $T_6$-18, 24 계통은 내한성 품종인 상주벼와 유사하거나 조금 차이가 났다. 종자내의 캄슘함량을 분석하기 위하여 $T_3{\sim}T_7$ 종자를 이용하여 얻어진 결과는 $T_3$ 종자에서 452.2~1,376.2%로 칼슘함량이 증가되었고 분자 marker에 의해 선발하여 된 T7종자까지 분석한바 13.4~68.0%로 나타남을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to develop transgenic rice cultivars with the CAX1 (accession no. U57411) gene. We successfully selected the transgenic rice plants over-expressing the Arabidopsis H+/$Ca^{2+}$ antiporter CAX1 (accession no. U57411) gene in T6 generation. The brown rice of the CAX1 expressing rice contained 13.4~68.0 % more calcium $(Ca^{2+})$ than that of the wild type and 5 lines were selected based on the phenotypes compared to the control cultivar at the GMO field. The CAX1 expressing transgenic rice plants were similar in phenotype to the wild type during the whole growth period. Also these selected 4 lines appeared to be resistant to blast, cold and water solution compared with the wild type. Difference in 1,000 grain weight of brown rice was observed among each line but grain shape did not show any morphological alternations. These results suggest the enhanced Ca-substrate specificity of CAX1 exchanger in donor plant. Therefore, intact CAX1 exchanger can be functionally useful for $Ca^{2+}$ nutrient enrichment of rice with reduced accumulation of undesirable cation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2000). 본 시험은 CAX1 유전자가 도입된 형질전환체 벼를 포장에서 칼슘함량 및 농업적 형질, 형질전환체의 후대안전성 평가모델 시스템을 파악하고자 수행하였다.
계통에서 공시하였다. 앞으로 T₇ 세대에 대한 특성조사를 거쳐 Ca²⁺함량이 안정적으로 높게 유지되는 계통을 선발하여 세대육성하면 칼슘과 관련된 유전자의 내재해성 작물의 기초자료 이용뿐만 아니라 농산물의 품질 고급화 및 안정성 향상 그리고 병충해에 의한 농작물 피해를 줄일 수 있는 효과를 가져 오고자 수행한 결과는 다음과 같다. T₄ 세대에서 형질이 안정적으로 발현되면서 모품종과 유사하고 농업적 형질이 우수한 5 계통을 선발하여 T₆세대까지 농업적인 생육 안정성(수장, 수수, 간장)은 15, 17, 18, 24 계통들은 출수기가 모품종인 일품벼와 비슷한 경향이었고 14, 19, 20 계통들은 일품벼보다 6~11일까지 늦어지는 경향이었다.

제안 방법

2,4-D(2 mg/L), casein hydrolysate(2 g/L), sucrose(30 g/L) 및 gelrite(5 g/L) 등이 첨가된 N₆배지에서 형성된 백진주벼의 캘러스와 2 mg/L NAA, 0.2 mg/L kinetin, 30 g/L sucrose 및 5g/L gelite등이 첨가된 N₆-Y₁배지에서 형성된 형질전환체 캘러스를 이용하여 Agrobacterium vector와의 co-cultivation에 이용하였고, pCAX1이 형질전환된 Agrobacterium LBA 4404의 배양에는 50 mg/L의 kanamycin과 250 mg/L의 streptomycin이 첨가된 LB배지(10 g/L Trypton, 5 g/L Yeastextract, 10 g/L NaCl, 15 g/L Agar, pH 7.0)를 이용하였다. 벼 완숙현미 유래 및 약배양 유래의 캘러스를 형질전환시키기 위하여 적정밀도(10⁷ cells/mL)로 자란 Agrobacterium 배양액에 캘러스를 10초 정도 감염시킨 다음, 1 mg/L의 NAA, 5 mg/L의 kinetin, 30 g/L의 sucrose와 5 g/L의 gelrite가 첨가된 N₆배지에서 3일간 공동배양하였다.
CAX1 유전자가 도입된 형질전환 벼는 T₃ 세대까지 34계통을 모식물인 일품벼와 공시하였고, 그 외 종자 내 칼슘함량 조사를 비롯한 5가지 실험에서 이전에 실시한 Southern 분석 결과 CAX1 prove의 band 양상이 뚜렷이 나타난 7계통(T-14, T-15, T-17, T-18, T-19, T-20, T-24)을 T₄~T₆ 계통에서 공시하였다. 앞으로 T₇ 세대에 대한 특성조사를 거쳐 Ca²⁺함량이 안정적으로 높게 유지되는 계통을 선발하여 세대육성하면 칼슘과 관련된 유전자의 내재해성 작물의 기초자료 이용뿐만 아니라 농산물의 품질 고급화 및 안정성 향상 그리고 병충해에 의한 농작물 피해를 줄일 수 있는 효과를 가져 오고자 수행한 결과는 다음과 같다.
CAX1 형질전환체의 생리적 특성을 조사하기 위하여 식물체 내의 엽록소 함량 변화를 SPAD(soil plant analysis development)를 사용하여 조사하였다. 엽록소 함량 측정은 형질전환체를 각각 값이 높을수록 광합성과 연관성이 있다고 한 바(Plieth et al.
T₃에서 T₆ 세대별 형질전환체임을 확인하기 위하여, 각 공시계통별 120개 식물체의 잎을 채취하여 DNA 추출은 다음과 같은 방법에 따라 추출하였다. 신선한 잎 20mg을 e-tube에 넣고 질소를 넣고 시료를 간다.
각 PCR 반응액은 1 μl template DNA, 2 μl 10X buffer, 0.5 μl 5 mM dNTP, 0.5 μl forward primer, 0.5 μl reverse primer, 0.2 μl Tag DNA polymerase(2 unit) 등의 조성으로 총 반응액을 20 μl로, PCR증폭시간은 94℃에 5분간 예열(pre-denaturation) 하였고, 94℃에 30초간(denaturation), 55℃에 30초(annealing), 72℃에서 30초(polymerization)간을 1 cycle로 하여 총 30cycle을 하였으며 최종 DNA 합성은 72℃ 7분간하여, Biometra PCR(German) 기기를 이용하여 수행하였다.
계통을 시험재료로 사용하였다. 각 세대별 포장특성조사는 하계에 T₃세대까지 34계통을 모식물인 일품벼와 공시하였고, 그 외 종자 내 칼슘함량 조사를 비롯한 5가지 실험에는 이전에 실시한 Southern 분석 결과 CAX1 prove의 band 양상이 뚜렷이 나타난 7계통(T-14, T-15, T-17, T-18, T-19, T-20, T-24)을 T₄~T₆ 계통에서 공시하였다. 생육특성은 2008년하계에 T₄~T₆의 7계통과 모품종인 일품벼를 대상으로 간장, 수장, 수수를 농촌진흥청의 농사시험 조사기준에 따라 조사하였다.
Growth chamber 내광 조건은 14 hr(100 lux)/10 hr(암상태)로 하였다. 각각의 조건에서 3주간 생장 시키면서 1주마다 초장을 조사하였다. 저온 처리된 계통에 대해서 잎의 chlorophyll값은 SPAD-502(soil plant analysis development)으로 조사하였다(Minolta Camera Co.
생육특성은 2008년하계에 T₄~T₆의 7계통과 모품종인 일품벼를 대상으로 간장, 수장, 수수를 농촌진흥청의 농사시험 조사기준에 따라 조사하였다. 계통 당 10개체씩 5반복으로 측정하여 평균을 구하였다. 병해저항성은 2007년에서 2008년까지 포장실험에서 가장 많이 발현되는 8월 30일에 도열병과 잎집무늬마름병의 병징을 관찰하였으며 모식물인 일품벼를 대조구로 7계통 형질전환체와 비교해 병해가를 조사하였다.
, 1976)에 Ca²⁺를 제거한 용액을 이용하여 파종부터 종자 수확기 때까지 재배하였다. 모품종인 일품벼와 T₆ 세대 4계통(T₆-17, T₆-18, T₆-19, T₆-24)과 모품종인 일품벼를 대상으로 4주 간격으로 3반복으로 초장의 증가율을 보았다(Fig. 1). CAX1 형질전환체를 모품종인 일품벼와 비교해 볼 때 본엽이 5~8엽, 분얼속도, 개화시기는 모품종과 일치하는 경향으로 생육상의 차이가 없었으며, 엽색의 진하기, 활력 등 생육상은 CAX1 형질전환체가 모품종 보다는 건전한 증가세를 보였다.
목적으로 하는 유전자의 판별을 위하여, 5'-TgCCgCCATTATTTgCACCT(forward)와 5'-TgTCATCCCAACCAACCATg(reverse)를 primer로 하였다.
배양조건은 1일 14시간, 2,500 Lux로 조절된 명상태에서 식물체를 재분화 시키고, 식물체 순화는 26℃가 유지되고 Yoshida 수경액(Yoshida et al., 1976)에 2주 도안 차광 재배하면서 새로운 뿌리가 발견될 때 플라스틱 포트(20×17 cm)에 1본씩 이식하여 온실에서 재배하였다.
0)를 이용하였다. 벼 완숙현미 유래 및 약배양 유래의 캘러스를 형질전환시키기 위하여 적정밀도(10⁷ cells/mL)로 자란 Agrobacterium 배양액에 캘러스를 10초 정도 감염시킨 다음, 1 mg/L의 NAA, 5 mg/L의 kinetin, 30 g/L의 sucrose와 5 g/L의 gelrite가 첨가된 N₆배지에서 3일간 공동배양하였다. 형질전환된 식물체를 얻기 위하여 Agrobacterium vector와 공동배양된 캘러스를 1 mg/L의 NAA, 5 mg/L의 kinetin, 50 mg/L 의 kanamycin, 30 g/L의 sucrose와 5 g/L의 gelrite가 첨가된 N₆ 배지에서 1주 동안 명상태(2,500Lux)로 배양한 다음, 1 mg/L NAA, 5 mg/L kinetin, 50 mg/L kanamycin, 500 mg/L carbenicillin, 30 g/L sucrose와 5 g/L gelrite가 첨가된 N₆배지에 이식하였다.
계통 당 10개체씩 5반복으로 측정하여 평균을 구하였다. 병해저항성은 2007년에서 2008년까지 포장실험에서 가장 많이 발현되는 8월 30일에 도열병과 잎집무늬마름병의 병징을 관찰하였으며 모식물인 일품벼를 대조구로 7계통 형질전환체와 비교해 병해가를 조사하였다. 방제가는 아래와 같은 공식으로 조사하였다.
CAX1 형질전환체의 생리적 특성을 조사하기 위하여 식물체 내의 엽록소 함량 변화를 SPAD(soil plant analysis development)를 사용하여 조사하였다. 엽록소 함량 측정은 형질전환체를 각각 값이 높을수록 광합성과 연관성이 있다고 한 바(Plieth et al., 1999), 엽육의 클로로필 양을 비파괴적인 상태로 측정하는 SPAD-502를 이용하여 모품종인 일품벼를 포함한 형질전환계통의 chlorophyll 함량을 측정하였다. 엽색도에서 저온처리시 일품벼는 잎 끝이 마르고 연한 녹색을 띠는 부분이 많았다.
각각의 조건에서 3주간 생장 시키면서 1주마다 초장을 조사하였다. 저온 처리된 계통에 대해서 잎의 chlorophyll값은 SPAD-502(soil plant analysis development)으로 조사하였다(Minolta Camera Co., Osaka, Japan). 측정은 1주마다 벼 잎의 변이를 고려하여 각각 잎의 상, 중, 하를 3반복으로 측정하였다.
5 cm 간격으로 계통 당 10립씩 3반복으로 파종하여 15일(4~5엽기)간 2007년 동계 온실에서 재배하였다. 저온저항성 실험을 수행하기 위해 정상적인 생육조건의 집단과 저온처리 집단으로 구분하여 각 계통을 2집단으로 분할하였다. 정상적인 생육조건의 집단은 동계온실에서 재배하고, 저온처리를 하는 집단을 17℃로 유지되는 growth chamber에서 재배하였다.
저온저항성 실험을 수행하기 위해 정상적인 생육조건의 집단과 저온처리 집단으로 구분하여 각 계통을 2집단으로 분할하였다. 정상적인 생육조건의 집단은 동계온실에서 재배하고, 저온처리를 하는 집단을 17℃로 유지되는 growth chamber에서 재배하였다. Growth chamber 내광 조건은 14 hr(100 lux)/10 hr(암상태)로 하였다.
, Osaka, Japan). 측정은 1주마다 벼 잎의 변이를 고려하여 각각 잎의 상, 중, 하를 3반복으로 측정하였다.
2 μl Tag DNA polymerase(2 unit) 등의 조성으로 총 반응액을 20 μl로, PCR증폭시간은 94℃에 5분간 예열(pre-denaturation) 하였고, 94℃에 30초간(denaturation), 55℃에 30초(annealing), 72℃에서 30초(polymerization)간을 1 cycle로 하여 총 30cycle을 하였으며 최종 DNA 합성은 72℃ 7분간하여, Biometra PCR(German) 기기를 이용하여 수행하였다. 합성된 DNA는 1.2% agarose gel에서 전기 영동(100 volts, 1시간)하고 EtBr(Ethidium Bromide)로 염색하여 UV illuminator로 확인하였다.
벼 완숙현미 유래 및 약배양 유래의 캘러스를 형질전환시키기 위하여 적정밀도(10⁷ cells/mL)로 자란 Agrobacterium 배양액에 캘러스를 10초 정도 감염시킨 다음, 1 mg/L의 NAA, 5 mg/L의 kinetin, 30 g/L의 sucrose와 5 g/L의 gelrite가 첨가된 N₆배지에서 3일간 공동배양하였다. 형질전환된 식물체를 얻기 위하여 Agrobacterium vector와 공동배양된 캘러스를 1 mg/L의 NAA, 5 mg/L의 kinetin, 50 mg/L 의 kanamycin, 30 g/L의 sucrose와 5 g/L의 gelrite가 첨가된 N₆ 배지에서 1주 동안 명상태(2,500Lux)로 배양한 다음, 1 mg/L NAA, 5 mg/L kinetin, 50 mg/L kanamycin, 500 mg/L carbenicillin, 30 g/L sucrose와 5 g/L gelrite가 첨가된 N₆배지에 이식하였다. 배양조건은 1일 14시간, 2,500 Lux로 조절된 명상태에서 식물체를 재분화 시키고, 식물체 순화는 26℃가 유지되고 Yoshida 수경액(Yoshida et al.
형질전환체 T_4～T₆세대를 3년간 농업적 특성비교를 하여 주요 농업형질이 우량한 7계통을 선발하여 주요 농업적 특성을 조사하였다(Table 2). CAX1 형질전환체 15, 17, 18, 24 계통들은 출수기가 모품종인 일품벼와 비슷한 경향이었고 14, 19, 20 계통들은 일품벼보다 6~11일까지 늦어지는 경향이었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 시험재료는 2006년부터 2008년 하계에 경북대학교 농업생명과학대학 실습포장에서 표준재배법으로 재배한 공시계통인 일품벼와 함께 Agrobacterium vector를 이용한 Arabidopsis thaliana Ca²⁺/H⁺ 수송체 유전자인 CAX1(cation exchanger 1)이 도입된 T₄~T₆ 계통을 시험재료로 사용하였다. 각 세대별 포장특성조사는 하계에 T₃세대까지 34계통을 모식물인 일품벼와 공시하였고, 그 외 종자 내 칼슘함량 조사를 비롯한 5가지 실험에는 이전에 실시한 Southern 분석 결과 CAX1 prove의 band 양상이 뚜렷이 나타난 7계통(T-14, T-15, T-17, T-18, T-19, T-20, T-24)을 T₄~T₆ 계통에서 공시하였다.
저온저항성은 T6세대 7계통과 모품종인 일품벼를 5 cm 깊이로 상토를 채운 플라스틱 상자(32×25×10 cm)에 2.0×0.5 cm 간격으로 계통 당 10립씩 3반복으로 파종하여 15일(4~5엽기)간 2007년 동계 온실에서 재배하였다.
형질전환체의 abiotic stress 구명을 위하여 형질전환체와 일품벼를 Yoshida 수경액(Yoshida et al., 1976)에 Ca²⁺를 제거한 용액을 이용하여 파종부터 종자 수확기 때까지 재배하였다. 모품종인 일품벼와 T₆ 세대 4계통(T₆-17, T₆-18, T₆-19, T₆-24)과 모품종인 일품벼를 대상으로 4주 간격으로 3반복으로 초장의 증가율을 보았다(Fig.

이론/모형

각 세대별 포장특성조사는 하계에 T₃세대까지 34계통을 모식물인 일품벼와 공시하였고, 그 외 종자 내 칼슘함량 조사를 비롯한 5가지 실험에는 이전에 실시한 Southern 분석 결과 CAX1 prove의 band 양상이 뚜렷이 나타난 7계통(T-14, T-15, T-17, T-18, T-19, T-20, T-24)을 T₄~T₆ 계통에서 공시하였다. 생육특성은 2008년하계에 T₄~T₆의 7계통과 모품종인 일품벼를 대상으로 간장, 수장, 수수를 농촌진흥청의 농사시험 조사기준에 따라 조사하였다. 계통 당 10개체씩 5반복으로 측정하여 평균을 구하였다.

성능/효과

1). CAX1 형질전환체를 모품종인 일품벼와 비교해 볼 때 본엽이 5~8엽, 분얼속도, 개화시기는 모품종과 일치하는 경향으로 생육상의 차이가 없었으며, 엽색의 진하기, 활력 등 생육상은 CAX1 형질전환체가 모품종 보다는 건전한 증가세를 보였다. 수확기 때 간장, 수수, 뿌리길이, 뿌리 건체중의 측정한 결과는 다음과 같다(Table 4).
CAX1 형질전환체인 T₅~T₆세대에서 일품 모품종보다 벼도열병(blast)과 벼잎집무늬마름병(sheath blight)의 방제가가 낮게 나왔으며, 벼도열병은 2년간 모두 모품종에 대비해 14, 17, 18, 19, 20은 방제가가 높게 나타나 병저항성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 벼잎집무늬마름병은 14, 19, 20, 24 계통이 방제가가 높게 나타났으며, 벼도열병과 벼잎집무늬마름병 모두 방제가가 높은 계통은 14, 19, 20 으로 조사되었다.
형질전환체 7 계통의 간장을 조사한 결과 14 계통을 제외하고는 대부분 모품종인 일품벼와 유사하게 나타났다. CAX1형질전환체인 T₅~T₆세대에서 병저항성은 일품 모품종보다 벼도열병(blast)과 벼잎집무늬마름병(sheath blight)의 방제가가 낮게 나왔으며, 벼도열병은 2 년간 모두 모품종에 대비해 T-14, 17, 18, 19, 20은 방제가가 높게 나타나 병저항성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 벼잎집무늬마름병은 T-14, 19, 20, 24 계통이 방제가가 높게 나타났으며, 벼도열병과 벼잎집무늬마름병 모두 방제가가 높은 계통은 T-14, 19, 20 으로 조사되었다.
3333px;">~T₇ 종자를 이용하여 얻어진 결과는 다음과 같다(Table 6). T₃ 종자에서 일품 모식물에 비해서 452.2~1,376.2%로 칼슘함량이 증가되어 분자 marker에 의해 선발하여 T₇종자까지 분석한 바 13.4~68.0%가 증가된 것으로 조사되었다. 이는 앞으로 유용유전자와 재배환경과의 관계를 더욱 더 분석할 필요가 있을 것으로 사료된다.
T6 세대의 종자를 육묘상자에 파종하여 정상적인 조건에서 4∼5엽기까지 생장시킨 후 온실과 저온상태(17℃)의 growth chamber에서 3주간 생육시킨 결과, 저온처리 된 벼의 초장 조사에서 각각 온실과 17℃의 두 조건에 있어서 온실에서의 초장 조사와 생존 개체수를 대비해 볼 때 일품벼와 형질전환체 모두 정상적인 발육상태를 보였으나, 저온조건에서 초장 조사는 일품벼에 비해 T6-19를 제외한 형질전환 계통들이 양호하였으며 T6-18, 24 계통은 내한성 품종인 상주벼와 유사하거나 조금 차이가 났다.
수확기 때 간장, 수수, 뿌리길이, 뿌리 건체중의 측정한 결과는 다음과 같다(Table 4). T₆-17, T₆-19, T₆-20은 모품종인 일품벼보다 간장, 수수, 뿌리의 건체중이 높게 나타났으며 T₆-24은 모품종인 일품벼에 비해 뿌리길이는 비슷하지만 뿌리건체중은 2배로 나타났다. 생육상의 양상은 Fig.
세대에서 일품 모품종보다 벼도열병(blast)과 벼잎집무늬마름병(sheath blight)의 방제가가 낮게 나왔으며, 벼도열병은 2년간 모두 모품종에 대비해 14, 17, 18, 19, 20은 방제가가 높게 나타나 병저항성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 벼잎집무늬마름병은 14, 19, 20, 24 계통이 방제가가 높게 나타났으며, 벼도열병과 벼잎집무늬마름병 모두 방제가가 높은 계통은 14, 19, 20 으로 조사되었다. T₆-18 계통은 유수형성기전 벼잎벌레에 의한 식흔이 모든 포기에서 발견되었고, T₆-20 계통은 벼키다리병 등에 의해 생육초기 7~8월부터 고사한 것이 다소 있었다.
CAX1형질전환체인 T₅~T₆세대에서 병저항성은 일품 모품종보다 벼도열병(blast)과 벼잎집무늬마름병(sheath blight)의 방제가가 낮게 나왔으며, 벼도열병은 2 년간 모두 모품종에 대비해 T-14, 17, 18, 19, 20은 방제가가 높게 나타나 병저항성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 벼잎집무늬마름병은 T-14, 19, 20, 24 계통이 방제가가 높게 나타났으며, 벼도열병과 벼잎집무늬마름병 모두 방제가가 높은 계통은 T-14, 19, 20 으로 조사되었다. 저온처리 된 벼의 초장 조사에서 각각 온실과 17℃의 두 조건에 있어서 온실에서의 초장 조사와 생존 개체수를 대비해 볼 때 일품벼와 형질전환체 모두 정상적인 발육상태를 보였으나, 저온조건에서 초장 조사는 일품벼에 비해 T6-19을 제외한 형질전환 계통들이 양호하였으며 T₆-18, 24 계통은 내한성 품종인 상주벼와 유사하거나 조금 차이가 났다.
-18, 24 계통은 내한성 품종인 상주벼와 유사하거나 조금 차이가 났다. 그리고 저온처리 후의 생존개체 수 조사에서 일품벼의 생존개체 수는 처리 전의 40%정도 유지되었으나, 형질전환계통들의 경우 생육상태는 온실조건에서 자란 것에 비해 다소 불량하였지만 100%의 생존율을 보였다. 17℃의 저온조건에서 IR36은 생존개체 수가 없었다(Table 5).
더욱이 액포로부터 cytosol로의 Ca²⁺의 이동은 다양한 생체신호전달과 밀접한 연관을 가진다고 하였다. 본 실험의 결과로 CAX1 형질전환체는 저비료, 바이오메스가 증대된 벼 품종을 개발 가능성을 보여준다고 생각되어진다.
그에 비해 형질전환계통은 대부분 진한 녹색을 나타내면서 정상에 가까운 생육양상을 보였다. 저온 처리구에서 chlorophyll 함량은 엽색도와 같이 모품종인 일품벼에 비해 모두 일품벼보다 높게 측정되었으며 T₅-18, T₅-20 계통은 높게 나타났다(Fig. 4). Park et al.
그러나 벼잎집무늬마름병은 T-14, 19, 20, 24 계통이 방제가가 높게 나타났으며, 벼도열병과 벼잎집무늬마름병 모두 방제가가 높은 계통은 T-14, 19, 20 으로 조사되었다. 저온처리 된 벼의 초장 조사에서 각각 온실과 17℃의 두 조건에 있어서 온실에서의 초장 조사와 생존 개체수를 대비해 볼 때 일품벼와 형질전환체 모두 정상적인 발육상태를 보였으나, 저온조건에서 초장 조사는 일품벼에 비해 T6-19을 제외한 형질전환 계통들이 양호하였으며 T₆-18, 24 계통은 내한성 품종인 상주벼와 유사하거나 조금 차이가 났다. 종자내의 캄슘함량을 분석하기 위하여 T_3~T₇ 종자를 이용하여 얻어진 결과는 T₃ 종자에서 452.
저온처리 된 벼의 초장 조사에서 각각 온실과 17℃의 두 조건에 있어서 온실에서의 초장 조사와 생존 개체수를 대비해 볼 때 일품벼와 형질전환체 모두 정상적인 발육상태를 보였으나, 저온조건에서 초장 조사는 일품벼에 비해 T6-19을 제외한 형질전환 계통들이 양호하였으며 T₆-18, 24 계통은 내한성 품종인 상주벼와 유사하거나 조금 차이가 났다. 종자내의 캄슘함량을 분석하기 위하여 T_3~T₇ 종자를 이용하여 얻어진 결과는 T₃ 종자에서 452.2~1,376.2%로 칼슘함량이 증가되었고 분자 marker에 의해 선발하여 된 T₇종자까지 분석한바 13.4~68.0%로 나타남을 확인할 수 있었다.

후속연구

CAX1 형질전환체 식물에서 종자 내의 증가된 칼슘함량이 쌀에 부족한 무기질 공급으로 영양적인 가치를 증대시킬 수 있는 미래식량으로 도움을 줄 것이다. 뿐만 아니라 H⁺/Ca²⁺ 수송체의 유전자 발현은 세포막의 integrity의 유지로 병저항성 작물인 친환경작물로 인식될 수 있으며 저온저항성, 토양의 불균형과 같은 불량환경에 대한 내재해성인 작물로 대체될 수 있다.
형질전환체 계통의 수장과 수수도 3년간 자료에서 차이가 있어 보이나 일품벼와 유사하였다. 따라서 형질전환 세대별 간장, 수장, 수수를 조사하여 모품종과 유사한 17, 18, 19, 20, 24를 선발하였으며, 14 계통은 잎이 좁고, 15 계통은 영양생장기 동안 엽록체 부족현상을 보이다가 생식생장기에는 정상적으로 생육하는 특성이 있어 앞으로 분자생물학적인 연구 또는 생리학적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
0%가 증가된 것으로 조사되었다. 이는 앞으로 유용유전자와 재배환경과의 관계를 더욱 더 분석할 필요가 있을 것으로 사료된다.
저온처리 시 공변 세포에서 Ca2+의 증가로 세포막을 견고하게 함으로서 재배기간 중 저온내성을 증가시킨다고 했으며(Schiott & Palmgren, 2005), 절대적인 온도보다는 냉각속도(cooling rate)에 영향을 받는다는 연구결과도 있지만(Vega et al., 2000), 본 연구의 결과만으로는 알 수 없으므로 이에 대한 깊이 있는 연구가 필요할 것으로 사료되어진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CAX1 유전자가 도입된 형질전환 벼의 T7 세대에 대한 특성조사를 거쳐 Ca2+함량이 안정적으로 높게 유지되는 계통을 선발하여 세대육성하면 칼슘과 관련된 유전자의 내재해성 작물의 기초자료 이용뿐만 아니라 농산물의 품질 고급화 및 안정성 향상 그리고 병충해에 의한 농작물 피해를 줄일 수 있는 효과를 가져 오고자 수행한 결과는 무엇인가?	앞으로 T7 세대에 대한 특성조사를 거쳐 Ca2+함량이 안정적으로 높게 유지되는 계통을 선발하여 세대육성하면 칼슘과 관련된 유전자의 내재해성 작물의 기초자료 이용뿐만 아니라 농산물의 품질 고급화 및 안정성 향상 그리고 병충해에 의한 농작물 피해를 줄일 수 있는 효과를 가져 오고자 수행한 결과는 다음과 같다. T4 세대에서 형질이 안정적으로 발현되면서 모품종과 유사하고 농업적 형질이 우수한 5 계통을 선발하여 T6세대까지 농업적인 생육 안정성(수장, 수수, 간장)은 15, 17, 18, 24 계통들은 출수기가 모품종인 일품벼와 비슷한 경향이었고 14, 19, 20 계통들은 일품벼보다 6~11일까지 늦어지는 경향이었다. 형질전환체 7 계통의 간장을 조사한 결과 14 계통을 제외하고는 대부분 모품종인 일품벼와 유사하게 나타났다. CAX1형질전환체인 T5~T6세대에서 병저항성은 일품 모품종보다 벼도열병(blast)과 벼잎집무늬마름병(sheath blight)의 방제가가 낮게 나왔으며, 벼도열병은 2 년간 모두 모품종에 대비해 T-14, 17, 18, 19, 20은 방제가가 높게 나타나 병저항성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 벼잎집무늬마름병은 T-14, 19, 20, 24 계통이 방제가가 높게 나타났으며, 벼도열병과 벼잎집무늬마름병 모두 방제가가 높은 계통은 T-14, 19, 20 으로 조사되었다. 저온처리 된 벼의 초장 조사에서 각각 온실과 17℃의 두 조건에 있어서 온실에서의 초장 조사와 생존 개체수를 대비해 볼 때 일품벼와 형질전환체 모두 정상적인 발육상태를 보였으나, 저온조건에서 초장 조사는 일품벼에 비해 T6-19을 제외한 형질전환 계통들이 양호하였으며 T6-18, 24 계통은 내한성 품종인 상주벼와 유사하거나 조금 차이가 났다. 종자내의 캄슘함량을 분석하기 위하여 T3~T7 종자를 이용하여 얻어진 결과는 T3 종자에서 452.2~1,376.2%로 칼슘함량이 증가되었고 분자 marker에 의해 선발하여 된 T7종자까지 분석한바 13.4~68.0%로 나타남을 확인할 수 있었다.
	CAX1은 식물 체내의 다양한 pattern의 Ca2+ 농도의 증가 혹은 축적은 하부 신호전달계를 통하여 어떤 것을 가능하게 하는가?	Arabidopsis에서 동정된 H+/Ca2+ 수송체의 CAX1(cation exchanger 1, accession no. U57411)은 식물 체내의 다양한 pattern의 Ca2+ 농도의 증가 혹은 축적은 하부 신호전달계를 통하여 수십여종의 생체방어 관련 유전자들의 발현을 증폭시켜 자체 방어를 가능하게 한다(Hirschi et al., 1996).
	세포질 내의 칼슘 농도는 어느 정도로 조절되는가?	칼슘은 식물 또는 동물의 생육에 중요한 역할을 하며, 다중성 신호전달 경로에 관련되어 있다. 세포질 내의 칼슘 농도는 100~200 nM로 엄격히 조절되나 일부기관에서는 μM~mM 수준의 고농도 칼슘이 존재한다고 한다(Bush, 1995; Sanders et al., 1999).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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