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AtCYP78A7 과발현 환경스트레스 내성 형질전환 벼의 단백질 진단 키트 개발
Development of a Kit for Diagnosing AtCYP78A7 Protein in Abiotic-tolerant Transgenic Rice Overexpressing AtCYP78A7 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.28 no.7 = no.219, 2018년, pp.835 - 840  

남경희 (국립생태원 생태보전연구실) ,  박정호 (한국생명공학연구원 바이오평가센터) ,  백인순 (한국생명공학연구원 바이오평가센터) ,  김호방 ((주)바이오메딕 생명과학연구소) ,  김창기 (한국생명공학연구원 바이오평가센터)

초록
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본 연구는 시토크롬 P450 단백질을 암호화하는 애기장대 유래의 AtCYP78A7을 과발현하는 형질전환 식물체로부터 AtCYP78A7 단백질을 특이적으로 인식하는 단일큰론 항체의 제조와 그 항체를 AtCYP78A7 단백질과 접촉시켜 항원-항체 복합체 형성을 검출함으로써 AtCYP78A7 단백질을 효소면역학적(ELISA) 방법으로 검출하는 진단 키트를 개발하기 위하여 수행하였다. 재조합한 GST-AtCYP78A7 단백질을 항원으로 사용하여 단일클론 항체를 분비하는 융합세포주를 제조한 후 비오틴화 및 페어링 테스트를 통해 포획항체와 검출항체를 선정하였으며, GST-AtCYP78A7 정제 단백질을 기준으로 일품벼, 화영벼, AtCYP78A7 과발현 벼(10B-5, 18A-4)의 용해물을 검출항원으로 사용하여 product test를 진행하였다. 그 결과 AtCYP78A7 단백질에 특이적으로 결합하는 4개의 단클론 항체(mAb 6A7, mAb 4C2, mAb 11H6, mAb 7E8)를 생산하였고, 포획항체 mAb 4C2와 검출항체 mAb 7E8-biotin의 조합으로 ELISA 키트를 개발하였다. 개발된 ELISA 키트를 이용한 벼 시료의 분석 결과 AtCYP78A7 과발현 벼는 전체 단백질 대비 AtCYP78A7 단백질의 비율이 0.1% 이상인 양성으로, 일품벼와 화영벼는 0.1% 미만인 음성으로 나타나 키트를 이용한 AtCYP78A7 단백질의 검출이 가능하였으며, 따라서 본 키트는 향후 AtCYP78A7를 과발현하는 형질전환 작물을 대상으로 하는 환경 모니터링 또는 인체 위해성 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Quantitative determination of the protein expression levels is one of the most important parts in assessment of the safety of foods derived from genetically modified (GM) crops. Overexpression of AtCYP78A7, a gene encoding cytochrome P450 protein, has been reported to improve tolerance to abiotic st...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 시토크롬 P450 CYP78A 유전자의 서브패밀리의 일종인 애기장대 유래의 AtCYP78A7을 과발현하는 형질전환 식물체로부터 AtCYP78A7 단백질을 특이적으로 인식하는 단일큰론 항체의 제조와 그 항체를 AtCYP78A7 단백질과 접촉시켜 항원-항체 복합체 형성을 검출함으로써 AtCYP78A7 단백질을 면역학적으로 검출하는 방법을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 새롭게 개발된 GM 작물이 식품으로 승인받기 위해서는 안전성 평가를 거쳐야 하며, 그 중 도입유전자 산물인 재조합 단백질은 잠재적인 알레르기성 및 독성 평가와 함께 발현정도에 대한 분석이 요구되고 있다.
  • 본 연구는 시토크롬 P450을 암호화하는 AtCYP78A7 유전자를 과발현하는 환경스트레스 내성 GM 작물의 검출 및 위해성 평가에 유용하게 사용하고자 AtCYP78A7 특이적 단클론 항체(monoclonal antibody, mAb)를 포함하는 AtCYP78A7 단백질 진단 키트를 개발하기 위하여 수행하였으며, 키트의 검출 성능은 AtCYP78A7 과발현 벼 2 계통(10B-5, 18A-4)과 그 모본인 화영벼, 그리고 일반 재배품종인 일품벼를 이용하여 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GM 농산물 검사 방법은? 현재 주로 사용하고 있는 GM 농산물의 검사는 GM 작물에 도입된 유전자에 의해 생산되는 단백질을 특이적으로 인지하는 항체를 이용하여 진단하는 효소면역학적(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA) 방법과 삽입된 유전자를 판별 하는 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR) 방법을 이용하고 있다[1, 2]. 특히 ELISA 분석은 GM 작물에 도입된 새로운 단백질의 발현정도를 가장 신속하고 간편하게 파악 하는 방법으로 인체 노출도 검정 및 환경 모니터링 연구에 유용하게 활용되고 있다[4, 15].
환경조건에 따라 도입 단백질의 발현량이 달라질 수 있기 때문에 어떤 단백질 시료로 준비해야하는가? 도입 단백질의 발현 분석은 일반적으로 ELISA 분석법을 통해 정량분석이 수행되며, Western blot과 Immuno-strip 등을 통해 정성분석이 수행 되고 있다[3, 14, 19]. 특히 단백질의 발현량은 환경조건에 따라 다를 수 있기 때문에 단백질의 정량분석을 위한 시료는 복수 년차 및 복수지역에서 재배된 GM 작물을 대상으로 하며, 발현 부위 및 발현시기와 관련하여 식물체의 다양한 부위에서 생장 시기별로 준비한다[7, 18]. 따라서 단시간에 많은 양의 시료를 동시에 분석할 수 있는 ELISA 방법은 단백질의 발현량 분석에서 가장 흔히 사용되고 있는 방법이다.
새롭게 개발된 GM 작물이 식품으로 승인받기 위해 요구되는 것은? 본 연구는 시토크롬 P450 CYP78A 유전자의 서브패밀리의 일종인 애기장대 유래의 AtCYP78A7을 과발현하는 형질전환 식물체로부터 AtCYP78A7 단백질을 특이적으로 인식하는 단일큰론 항체의 제조와 그 항체를 AtCYP78A7 단백질과 접촉 시켜 항원-항체 복합체 형성을 검출함으로써 AtCYP78A7 단백질을 면역학적으로 검출하는 방법을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 새롭게 개발된 GM 작물이 식품으로 승인받기 위해서는 안전성 평가를 거쳐야 하며, 그 중 도입유전자 산물인 재조합 단백질은 잠재적인 알레르기성 및 독성 평가와 함께 발현정도에 대한 분석이 요구되고 있다. 도입 단백질의 발현 분석은 일반적으로 ELISA 분석법을 통해 정량분석이 수행되며, Western blot과 Immuno-strip 등을 통해 정성분석이 수행 되고 있다[3, 14, 19].
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참고문헌 (20)

  1. Ahmed, F. E. 2002. Detection of genetically modified organisms in foods. Trends Biotech. 20, 215-223. 

  2. Anklam, E., Gadani, F., Heinze, P., Pijnenburg, H. and Eede, G. V. D. 2002. Analytical methods for detection and determination of genetically modified organisms in agricultural crops and plant-derived food products. Eur. Food Res. Technol. 214, 3-26. 

  3. Chhapekar, S., Raghavendrarao, S., Pavan, G., Ramakrishna, C., Singh, V. K., Phanindra, M. L. V., Dhandapani, G., Sreevathsa, R. and Kumar, P. A. 2015. Transgenic rice expressing a codon-modified synthetic CP4-EPSPS confers tolerance to broad-spectrum herbicide, glyphosate. Plant Cell Rep. 34, 721-731. 

  4. Head, G., Brown, C. R., Groth, M. E. and Duan, J. J. 2001. Cry1Ab protein levels in phytophagous insects feeding on transgenic corn: implications for secondary exposure risk assessment. Entomol. Exp. Appl. 99, 37-45. 

  5. Ito, T. and Meyerowitz, E. M. 2000. Overexpression of a gene encoding a cytochrome P450, CYP78A9, induced large and seedless fruit in Arabidopsis. Plant Cell 12, 1541-1550. 

  6. Kim, H. B. and Choi, S. B. 2012. Cytochrome P450 gene for increasing seed size or water stress resistance of plant. US Patent 8153862 B2. 

  7. Kim, H. J., Lee, S. M., Kim, J. K., Ryu, T. H., Suh, S. C., and Cho, H. S. 2010. Expresseion of PAT and NPTII proteins during the developmental stages of a genetically modified pepper developed in Korea. J. Agric. Food Chem. 58, 10906-10910. 

  8. Korea Biosafety Clearing House. 2017. Biosafety White Paper 2017. Korea Biosafety Clearing House, Daejeon. 

  9. Marx, U., Embleton, M. J., Fischer, R., Gruber, F. P., Hansson, U., Heuer, J., de Leeuw, W. A., Logtenberg, T., Merz, W., Portetelle, D., Romette, J. and Straughan, D. W. 1997. Monoclonal antibody production. The report and recommendations of ECVAM workshop 23. ATLA 25, 121-137. 

  10. Nam, K. H., Kim, D. Y., Shin, H. J., Nam, K. J., An, J. H., Pack, I. S., Park, J. H., Jeong, S. C., Kim, H. B. and Kim, C. G. 2014. Drought stress-induced compositional changes in tolerant transgenic rice and its wild type. Food Chem. 153, 145-150. 

  11. Nam, K. H., Kim, D. Y., Shin, H. J., Pack, I. S., Park, J. H., Yoon, W. K., Kim, H. B. and Kim, C. G. 2018. Safety assessment of AtCYP78A7 protein expressed in genetically modified rice tolerant to abiotic stress. Kor. J. Agric. Sci. 45, 248-257. 

  12. Nam, K. H., Shin, H. J., Pack, I. S., Park, J. H., Kim, H. B. and Kim, C. G. 2015. Growth stage-based metabolite profiling of drought-tolerant transgenic rice under well-watered and deficit conditions. Plant Omics J. 8, 587-594. 

  13. Nam, K. H., Shin, H. J., Pack, I. S., Park, J. H., Kim, H. B. and Kim, C. G. 2016. Metabolomic changes in grains of well-watered and drought-stressed transgenic rice. J. Sci. Food Agri. 96, 807-814. 

  14. Rahnama, H., Nikmard, M., Abolhasani, M., Osfoori, R., Sanjarian, F. and Habashi, A. A. 2017. Immune analysis of cry1Ab-genetically modified potato by in-silico analysis and animal model. Food Sci. Biotechnol. 26, 1437-1445. 

  15. Rui, Y. K., Yi, G. X., Zhao, J., Wang, B. M., Li, Z. H., Zhai, Z. X., He, Z. P. and Li, Q. X. 2005. Changes of Bt toxin in the rhizosphere of transgenic Bt cotton and its influence on soil functional bacteria. World J. Microb. Biot. 21, 1279-1284. 

  16. Schuler, M. A. 1996. Plant cytochrome P450 monooxygenases. Crit. Rev. Plant Sci. 15, 235-284. 

  17. Su, V. and Hsu, B. D. 2010. Transient expression of the Cytochrome p450 CYP78A2 enhances anthocyanin production in flowers. Plant Mol. Biol. Rep. 28, 302-308. 

  18. Wan, P., Zhang, Y., Wu, K. and Huang, M. 2005. Seasonal expression profiles of insecticidal protein and control efficacy against Helicoverpa armigera for Bt cotton in the Yangtze River Valley of China. J. Econ. Entomol. 98, 195-201. 

  19. Wang, Y., Ke, K., Li, Y., Han, L., Liu, Y., Hua, H. and Peng, Y. 2016. Comparison of three transgenic Bt rice lines for insecticidal protein expression and resistance against a target pest, Chilo suppressalis (Lepidoptera: Crambidae). Insect Sci. 23, 78-87. 

  20. Xu, J., Wang, X. Y. and Guo, W. Z. 2015. The cytochrome P450 superfamily: Key players in plant development and defense. J. Integr. Agr. 14, 1673-1686. 

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