보고서 정보
주관연구기관 |
강원대학교 Kangwon National University |
연구책임자 |
임학태
|
참여연구자 |
방일란
,
윤정하
,
강창원
,
황원남
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2006-02 |
과제시작연도 |
2003 |
주관부처 |
농촌진흥청 |
사업 관리 기관 |
농촌진흥청 Rural Development Administration |
등록번호 |
TRKO201100015790 |
과제고유번호 |
1390004184 |
사업명 |
농업생명공학기술개발 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
|
초록
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생명공학기법을 이용한 수분 스트레스 저항성 감자품종 개발을 위하여 본 연구는 제 1 세부과제(감자 형질전환), 제2세부과제(감자에서의 수분 스트레스 저항성 유전자 분리 및 벡터 제작)로 구성하여 연구를 수행하였다.
제 1 세부과제에서는 크게 기존에 많이 이용되고 있는 대서 및 수미 품종과 더불어 국내에서 개발된 신품종인 태동밸리 및 얼리밸리를 이용한 재분화 체계의 확립과 애기장대에서 유래된 수분 스트레스 관련 유전자를 이용한 형질전환을 수행하였다. 이를 위해서 다음과 같은 과정을 통하여 연구를 수행하였다.
미국이나
생명공학기법을 이용한 수분 스트레스 저항성 감자품종 개발을 위하여 본 연구는 제 1 세부과제(감자 형질전환), 제2세부과제(감자에서의 수분 스트레스 저항성 유전자 분리 및 벡터 제작)로 구성하여 연구를 수행하였다.
제 1 세부과제에서는 크게 기존에 많이 이용되고 있는 대서 및 수미 품종과 더불어 국내에서 개발된 신품종인 태동밸리 및 얼리밸리를 이용한 재분화 체계의 확립과 애기장대에서 유래된 수분 스트레스 관련 유전자를 이용한 형질전환을 수행하였다. 이를 위해서 다음과 같은 과정을 통하여 연구를 수행하였다.
미국이나 네덜란드 등 여러 나라틀은 자국의 품종을 개발하기 위해 노력해 왔으며 또한 개발된 품종들을 수출함으로써 자국의 이익 도모에 열성을 다하였다. 이러한 이유로 현재 세계에 나가 있는 품종에 로얄티를 부과하여 이차적인 경제적 이익을 내고 있다. 따라서 우리나라도 여러 가지 새로운 품종 육성함에 있어서 우리나라에서 개발된 품종을 사용할 수 있도록 노력해야 될 것이다. 본 연구에서는 형질전환체 생산에 앞서 이러한 국내 신품종들에 대한 재분화 체계를 확립하였다.
일반적으로 품종에 따라 식물체 재분화능은 현저한 차이를 나타내므로 현재 기내 재분화 체계가 확립되어 있는 대서 및 수미 품종을 대조로 하여 식물체 부위별(Internode, Leaf) 및 cytokinin과 auxin류의 식물생장조절제의 조합을 통한 재분화 체계를 확립하였다. 또한 식물 절편체와 재분화 된 식물체의 생장에 적합한 항생제 농도를 찾기 위하여 다양항 농도의 항생제 (Kanamycin)를 배지에 처리한 후 재분화율을 조사하고 가장 알맞는 농도를 규명하는 실험을 전개하였다. 또한 배지의 고형물 종류에 따른 callus 형성 및 shooting율이 매우 크게 작용하는 것으로 사료되어 고형물 종류 (Plant agar, Phytagel, Gelrite)에 따른 재분화율의 차이를 비교 조사를 하였다.
식물체 재분화 체계를 바탕으로 기존에 클로닝 되어 있는 수분 스트레스 관련 유전자들을 이용하여 형질전환 하였으며, 또한 외래 유전자의 도입에 따른 형질전환식물체의 염 스트레스에 대한 생리적 반응을 조사하였다.
제2세부과제에서는 기존에 애기장대에서 유래된 수분 스트레스 관련 유전자들 (AtSlZ 및 AtSIκ) 을 이용, 감자로부터 유사한 수분 스트레스 관련 유전자를 클로닝 하도록 연구진행되었다.
애기장대 유래 수분 스트레스관련 유전자중 하나인 AtSlZ는 zinc finger motif를 가지고 있는 transcription factor이고, AtSlK는 protein kinase 이다. 따라서 비록 이 유전자들이 애기장대에서 유래되었으나 다른 식물체에서도 존재한다고 여겨졌으며 실제로 단자엽 식물인 벼에서 homology search에 의해 유사한 유전자를 찾아낼 수 있었다. 따라서 감자로부터 유사 유전자를 확보하기 위해 RT-PCR 방법을 이용하여 관련 유전자를 분리하는 연구가 진행되었다.
앞으로의 형질전환 작물의 실용화에 있어서 항생제 저항성 선발 marker 사용이 금지될 것으로 사료됨에 따라 제초제 저항성 선발 유전자(bar) 를 형질전환용 expression cassette에 포함하였다.
Abstract
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Various environmental stresses, including cold, drought and soils with changing salt and nutrient concentrations (i. e. abiotic stress), are the major limiting factors in the geographical distribution of plants, often adversely affecting crop development, growth, and productivity. These stresses tog
Various environmental stresses, including cold, drought and soils with changing salt and nutrient concentrations (i. e. abiotic stress), are the major limiting factors in the geographical distribution of plants, often adversely affecting crop development, growth, and productivity. These stresses together represent the primary cause of crop loss around the world, reducing average yields for most major crop plants by more than 50% (Bray et al., 2000). In contrast, the estimated yield loss caused by pathogens is typically around 10% to 20%.
Although salt, dehydration and cold stresses are clearly di fferent from each other in their physical nature and each elicits specific plant responses, they also activate some common reactions in plants. The most widely studied common response is the induction of some plant genes by all three stresses (Shinozaki and Yamaguchi-Shinozaki, 1997). Because of this and other commonalities, these stresses are often considered together in molecular studies. It has often been commented that drought and cold stresses are also cause osmotic stress, and this is why salt, drought and cold stresses induce some common sets of plant genes. At the molecular level, the perception of extracellular stimuli and the subsequent activation of defense responses require a complex interplay of signal ing cascades, in which reversible protein phosphorylation plays a central role (Yang et al., 1997). Concerning the kinase-mediated signal transduction, the SOS (salt overly sensitive) pathway is probably the most documented and represents a major calcium-mediated pathway for the regulation of plant salt tolerance and ion homeostasis (Chinnusamy et al., 2004). As a SOS-independent osmotic stress signaling pathway in plants, several MAPKs (Mitogen-activated protein kinase) have shown to be activated by hyperosmotic stress. In tobacco cells, a MAPK named SIPK (salicylic-acid-induced protein kinase) is activated by hypoosmotic stress, salicylic acid, or fungal elicitors (Droillard et al., 2000). In addition, an Arabidopsisprotein that cross-reacts with antibodies against the tobacco MAPK was also activated by hyperosmotic stress (Hoyos and Zhang, 2000). On the contrary, other kinase-mediated pathways are still poorly understood, although some components have been identified at the molecular level.
목차 Contents
- 표지 ...1
- 제출문 ...2
- 요약문 ...3
- SUMMARY ...9
- CONTENTS ...13
- 목차 ...14
- 제 1 장 서론 ...15
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...17
- 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ...25
- 제 1 절 여러 가지 감자 품종의 재분화 체계 확립 ...25
- 제 2 절 감자로부터의 수분 stress 저항성 유전자 분리 ...29
- 1. RT-PCR을 이용한 AtSIZ homologous 감자 수분 스트레스 유전자확인 ...29
- 2. 감자에서 클로닝된 수분 스트레스 유전자들의 AtSIZ 유전자와의 상동성 확인 ...30
- 3. 감자에서 클로닝된 수분 스트레스 유전자들의 Nucleotide squence Blast search ...33
- 4. 감자 AtSIZ homologue vector의 작성 ...35
- 제 3 절 수분 스트레스 유전자를 이용한 감자의 형질전환 ...36
- 1. 형질전환용 벡터의 작성 ...36
- 2. 감자 형질전환 ...38
- 3. 형질전환 식물체의 분자생물학적 검정 ...40
- 4. 형질전환 식물체의 제초제 저항성 검정 ...45
- 5. 형질전환 식물체의 염 스트레스에 대한 반응 ...47
- 제 4 장 연구개발 달성도 및 활용계획 ...50
- 제 5 장 참고문헌 ...53
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