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문제 정의
- 본 연구에서는 분자육종 기술을 적용한 신품종 테프그라스를 개발하기 위하여 분자육종의 기술적용을 위한 원천기술을 개발하기 위하여 테프그라스의 효율적인 캘러스유도와 식물체 재분화 체계를 확립하고자 실시하였다.
- 게다가 우리나라의 경우 최근 기후 온난화로 인해 난지형 목초 재배지역이 북상하고 있으며 더운 여름철 한지형 목초의 생산성을 보완해 줄 대안으로서 난지형 목초의 중요성이 점차 증대되고 있다. 본 연구에서는 태프그라스의 성숙종자로부터 생장조절물질의 종류와 농도에 따른 캘러스 유도 및 식물체 재분화 효율을 조사하였다. 테프그라스의 성숙 종자배양에 있어서 캘러스 유도배지에 2 mg/L 2,4-D가 첨가된 처리구에서 91.
제안 방법
- Auxin 단용처리와 Cytokinin 혼용 처리에 따른 캘러스의 증식을 속도를 확인하기 위해 2,4-D와 NAA를 각각 0, 1, 2, 3, 4 및 5 mg/L 의 농도로 첨가된 Auxin 단용 처리 배지에서 4주간 배양한 캘러스를 2,4-D와 BA 혼용 처리된 캘러스 유도배지에 옮겨 3주간 배양하였다. 총 7주 동안 배양된 테프그라스 성숙 종자의 캘러스 유도율 및 캘러스의 생체중을 조사한 결과, 2 mg/L의 2,4-D 단용 처리구와 2 mg/L의 2,4-D에 0.
- 기내 뿌리유도 후 효과적인 식물체 생장 및 순화를 위해 초장이 5 cm 이상 자란 신초를 분리 1/2 MS 배지에 이식하여 뿌리발생을 유도하였다. 발근이 정상적으로 된 재분화 식물체는 토양에 이식하여 일주일 동안 순화시킨 후 온실에서 재배하였다.
- 따라서 본 연구결과에서 테프그라스 성숙 종자를 이용하여 옥신종류 및 농도에 따른 최적의 캘러스 유도조건을 조사하였고, 유도된 캘러스를 이용하여 분화에 최적인 사이토 키닌 농도를 확인하였다.
- 이식한 테프그라스 캘러스는 24±2℃, 16시간 명배양/8시간 암배양 조건으로 3주간 배양한 다음 동일한 새 배지에 1회 계대 배양하여, 총 7주 동안 배양하였다. 사이토키닌 단용 처리 및 옥신과 사이토키닌을혼용 처리하여 제조한 배지 각각의 처리구에서 1 cm 이상으로 자란 신초를 재분화 개체로 조사하였다.
- 이식한 테프그라스 캘러스는 24±2℃, 16시간 명배양/8시간 암배양 조건으로 3주간 배양한 다음 동일한 새 배지에 1회 계대 배양하여, 총 7주 동안 배양하였다.
- 캘러스 유도배지에서 6주 동안 배양한 캘러스만을 취하여 MS, N6 및 SH 기본 배지에 0.1~1.0 mg/L BA 및 0.1~1.0 mg/L Kinetin을 단용 처리하거나 0.1 mg/L 2,4-D 또는 0.1 mg/L NAA와 0.1~1 mg/L BA 또는 0.1~1 mg/L Kinetin을 혼용 처리하고, 30 g/L sucrose, 0.5 g/L L-proline, 1 mg/L thiamin-HCl 및 3 g/L gelrite를 첨가하여 제조한 배지에 캘러를 이식하였다. 이식한 테프그라스 캘러스는 24±2℃, 16시간 명배양/8시간 암배양 조건으로 3주간 배양한 다음 동일한 새 배지에 1회 계대 배양하여, 총 7주 동안 배양하였다.
- 테프그라스 성숙 종자로부터 캘러스를 유도하기 위하여 캘러스 유도 배지는 MS(Murashige and Skoog, 1962), N6 (Chu et al., 1975) 또는 SH (Schenk and Hildebrandt, 1972) 배지를 기본 배지로 사용하여 1~5 mg/L 2,4-D (2.4-dichloro phenoxy acetic acid) 또는 1~5 mg/L NAA (α-naphthalene acetic acid)를 단용 처리하거나, 1~5 mg/L 2,4-D 또는 1~5 mg/L NAA와 0.1~1.0 mg/L BA를 혼용 처리하고, 30 g/L Soucrose, 0.5 g/L L-proline, 0.5 g/L casamino acid 및 3 g/L Gelrite를 첨가하여 제조하였다.
- 식물재료로는 국외에서 수집한 테프그라스(Eragrostis)의 Titany 품종을 사용하였다. 테프그라스의 성숙종자를 고무패드를 이용하여 가볍게 종피를 제거한 후 70% (v/v) ethanol에 1분간 살균하고, 멸균수로 3회 세정한 다음 다시 5% (v/v) sodium hypochlorite 용액에서 30분간 침지시켜 표면살균 하였다. 살균된 종자는 clean banch내에서 멸균수로 3회 이상 세정한 다음 멸균된 filter paper로 옮겨 종자의 물기를 완전히 제거한 후, 캘러스 유도배지에 치상하였다 (Lee et al.
- 기내 조직배양 시스템을 이용한 재분화 체계의 확립은 초기 배양재료의 선택이 중요하다. 테프그라스의 성숙종자를 이용하여 효과적인 재분화 시스템을 확립하기 위해 식물생장조절물질인 옥신류의 종류 및 농도에 따른 캘러스 유도율을 조사하였다.
대상 데이터
- 식물재료로는 국외에서 수집한 테프그라스(Eragrostis)의 Titany 품종을 사용하였다. 테프그라스의 성숙종자를 고무패드를 이용하여 가볍게 종피를 제거한 후 70% (v/v) ethanol에 1분간 살균하고, 멸균수로 3회 세정한 다음 다시 5% (v/v) sodium hypochlorite 용액에서 30분간 침지시켜 표면살균 하였다.
성능/효과
- Table 2에서 확인한 2 mg/L의 2,4-D, 0.1 mg/L의 BA가 첨가된 캘러스 유도 배지에서 7주간 배양한 캘러스를 이용하여 BA 또는 Kinetin이 각각 0.1, 0.5, 1 mg/L의 농도로 첨가된 Cytokinin 단용 재분화 배지에서 배양한 결과, 0.5 mg/L의 BA가 첨가된 배지에서 배양한 경우 37.5%로 가장 높은 재분화 효율을 나타내었다. 따라서 테프그라스 식물체 재분화에 대한 Cytokinin 단용 처리는 BA가 Kinetin 보다 더 효율적인 것으로 확인되었다.
- 따라서 테프그라스 성숙종자의 캘러스 유도에는 1~2 mg/L 농도의 2,4-D 또는 NAA 첨가가 적정한 것으로 판단되었다. 동일한 농도의 식물생장 호르몬 처리시 2,4-D가 NAA에 비해 더 높은 캘러스 유도율을 보였으며, 캘러스 생체중도 더 높게 나타나 2,4-D 처리가 테프그라스 캘러스 유도에 더 효율적임을 확인할 수 있었다 (Table 1). 따라서 테프그라스를 조직배양함에 있어 캘러스 유도와 생장에는 세포의 생장과 분열을 촉진하는 식물생장조절 물질의 첨가가 필수적이며, 옥신류의 종류와 적정 농도를 구명하는 것이 초기배양의 효율성을 좌우하는 중요한 인자로 작용하는 것으로 사료된다.
- 4%로 캘러스 유도 효율이 가장 높 았다. 따라서 테프그라스 성숙종자의 캘러스 유도에는 1~2 mg/L 농도의 2,4-D 또는 NAA 첨가가 적정한 것으로 판단되었다. 동일한 농도의 식물생장 호르몬 처리시 2,4-D가 NAA에 비해 더 높은 캘러스 유도율을 보였으며, 캘러스 생체중도 더 높게 나타나 2,4-D 처리가 테프그라스 캘러스 유도에 더 효율적임을 확인할 수 있었다 (Table 1).
- 5%로 가장 높은 재분화 효율을 나타내었다. 따라서 테프그라스 식물체 재분화에 대한 Cytokinin 단용 처리는 BA가 Kinetin 보다 더 효율적인 것으로 확인되었다. 한편, 식물체 재분화에 대한 Auxin (2,4-D, NAA)과 Cytoknin (BA, kinetin)을 혼용 처리하였을 경우는 0.
- 0% 이상의 높은 재분화율을 얻을 수 있었다. 또한 캘러스유도와 식물체 재분화 배지에 필요한 배양배지는 MS와 N6 배지에서 효과적인 것으로 확인되었다. 본 연구를 통하여 확립된 성숙종자로부터 캘러스 유도 및 식물체를 재분화 시스템은 향후 우리나라 기후 환경에서 재배하기에 적합한 테프그라스 신품종 개발에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.
- 0%로 가장 높은 캘러스 형성율을 나타내었다. 또한, 2 mg/L의 2,4-D에 0.1 mg/L의 BA를 혼용 처리하였을 경우, 캘러스 생체중이 41.7 mg으로 가장 높게 나타나 캘러스 증식에 가장 효율적임을 확인할 수 있었다 (Table 2).
- 테프그라스 성숙종자 유래의 캘러스 유도와 식물체 재분화에 대한 배양 배지의 종류에 따른 배양효과를 규명하기 위하여 MS, N6및 SH 배지에 확립된 최적 배지 조성물을 첨가하여 조사한 결과, SH 배지에서 배양한 경우에 비해서 MS 배지 및 N6 배지에서 배양한 경우에 캘러스 형성율 및 식물체 재분화 효율이 더 높게 나타났다. 또한, MS 배지와 N6 배지 간의 캘러스 형성율 및 식물체 재분화 효율에는 큰 차이가 없는 것으로 관찰되었다 (Table 4).
- 1 mg/L의 NAA에 1 mg/L의 BA를 첨가한 배지에서 배양하였을 때 47%로 가장 높은 재분화 효율을 나타내었다. 즉, 테프그라스 캘러스로부터 식물체의 재분화에는 Cytokinin 단용 처리보다 Auxin 및 Cytokinin 혼용 처리가 더 높은 재분화 효율을 나타내 었다 (Table 3).
- Auxin 단용처리와 Cytokinin 혼용 처리에 따른 캘러스의 증식을 속도를 확인하기 위해 2,4-D와 NAA를 각각 0, 1, 2, 3, 4 및 5 mg/L 의 농도로 첨가된 Auxin 단용 처리 배지에서 4주간 배양한 캘러스를 2,4-D와 BA 혼용 처리된 캘러스 유도배지에 옮겨 3주간 배양하였다. 총 7주 동안 배양된 테프그라스 성숙 종자의 캘러스 유도율 및 캘러스의 생체중을 조사한 결과, 2 mg/L의 2,4-D 단용 처리구와 2 mg/L의 2,4-D에 0.1 mg/L의 BA를 첨가하여 배양한 처리구에서 각각 90.7%와 90.0%로 가장 높은 캘러스 형성율을 나타내었다. 또한, 2 mg/L의 2,4-D에 0.
- 테프그라스 성숙종자 유래의 캘러스 유도와 식물체 재분화에 대한 배양 배지의 종류에 따른 배양효과를 규명하기 위하여 MS, N6및 SH 배지에 확립된 최적 배지 조성물을 첨가하여 조사한 결과, SH 배지에서 배양한 경우에 비해서 MS 배지 및 N6 배지에서 배양한 경우에 캘러스 형성율 및 식물체 재분화 효율이 더 높게 나타났다. 또한, MS 배지와 N6 배지 간의 캘러스 형성율 및 식물체 재분화 효율에는 큰 차이가 없는 것으로 관찰되었다 (Table 4).
- 테프그라스 성숙종자를 2,4-D 및 NAA가 각각 0, 1, 2, 3, 4 및 5 mg/L의 농도로 첨가된 캘러스 유도배지에서 4주간 배양한 결과, 종자로부터의 캘러스 유도율은 2 mg/L의 2,4-D가 91.9%로 가장 높게 나타났고 1 mg/L의 2,4-D가 86.7%로 두 번째로 효율이 높았다. 또한, NAA 단용 처리시에는 2 mg/L의 NAA 처리가 81.
- 본 연구에서는 태프그라스의 성숙종자로부터 생장조절물질의 종류와 농도에 따른 캘러스 유도 및 식물체 재분화 효율을 조사하였다. 테프그라스의 성숙 종자배양에 있어서 캘러스 유도배지에 2 mg/L 2,4-D가 첨가된 처리구에서 91.9%로 가장 높게 나타났으며 식물체 재분화에는 0.1 mg/L NAA와 1 mg/L BA가 첨가된 배지에서 배양함으로써 47.0% 이상의 높은 재분화율을 얻을 수 있었다. 또한 캘러스유도와 식물체 재분화 배지에 필요한 배양배지는 MS와 N6 배지에서 효과적인 것으로 확인되었다.
- 따라서 테프그라스 식물체 재분화에 대한 Cytokinin 단용 처리는 BA가 Kinetin 보다 더 효율적인 것으로 확인되었다. 한편, 식물체 재분화에 대한 Auxin (2,4-D, NAA)과 Cytoknin (BA, kinetin)을 혼용 처리하였을 경우는 0.1 mg/L의 NAA에 1 mg/L의 BA를 첨가한 배지에서 배양하였을 때 47%로 가장 높은 재분화 효율을 나타내었다. 즉, 테프그라스 캘러스로부터 식물체의 재분화에는 Cytokinin 단용 처리보다 Auxin 및 Cytokinin 혼용 처리가 더 높은 재분화 효율을 나타내 었다 (Table 3).
후속연구
- 또한 캘러스유도와 식물체 재분화 배지에 필요한 배양배지는 MS와 N6 배지에서 효과적인 것으로 확인되었다. 본 연구를 통하여 확립된 성숙종자로부터 캘러스 유도 및 식물체를 재분화 시스템은 향후 우리나라 기후 환경에서 재배하기에 적합한 테프그라스 신품종 개발에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.
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