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환경 스트레스 내성 잔디의 개발

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Abstract
잔디는 축구장, 골프장, 공원 등의 레저 시설뿐만 아니라 도로 주변, 묘지, 하천 제방 등의 피복용으로, 그리고 주택 등의 조경용으로, 그 이용 범위는 광범위하여 매우 높은 경제성을 띠므로 점차 재배면적이 증가하고 있는 추세이다. 몽고 잔디와 같은 한지형 잔디는 영양번식 식물로 다른 식물에 비해 단시간에 대량번식이 가능하며, 답압이 지속적으로 가해지는 골프장, 축구 경기장 등 스포츠 그라운드에서도 생육이 우수하다. 또한 우리나라 중부 지방에서 녹화 기간이 약 10개월 이상 지속되기 때문에 외부 공간을 연중 푸르게 조성할 수 있는 장점이 있는 잔디 초종이다.
Agrostis mongolica Roshev.는 한지형 잔디인 크리핑 벤트그래스(Agrostis stolonifera)와 유전적으로 매우 유연하며 생육적온이 15~25℃로 고밀도로 성장하며, 질감이 곱고 빠른 생육을 한다는 장점이 있다. 그러나 건조에 견디는 능력이 낮고, 빠른 생육으로 인해 잦은 물주기와 잔디 깎기가 필요하며 잡초에 대한 경쟁력이 낮아 제초제 또한 많이 요구되는 등 관리를 위한 비용과 인력 요구도가 매우 높은 작물이다. 교배를 통한 전통적인 육종 방법으로 건조와 같은 환경스트레스에 대한 저항성을 획득하거나 잡초 방제에 효과적인 형질을 얻는 데는 시간과 노력이 많이 소요되므로 유전자 형질전환을 통한 식물의 분자육종법은 몽고잔디의 취약 형질을 효과적으로 개선할 수 있는 좋은 수단이 될 것으로 기대되고 있다.
전형적인 CCCH형 zinc finger protein을 암호화하는 유전자 AtSZF1과 AtSZF2 (salt-inducible zinc finger)는 애기장대에서 염 스트레스에 의해 mRNA 전사체 수준이 크게 증가하며, 과발현 시 고염에 대한 내성이 크게 증가된 것으로 보고된 바 있다. 본 연구에서는 모델식물에서 유용성이 확인된 애기장대 AtSZF 유전자와 선발마커로 bar 유전자를 Agrostis mongolica Roshev.에 도입하여 환경스트레스에 대한 내성 및 비선택성 제초제 저항성 잔디를 개발하고자 하였다.
형질전환 잔디를 제조하기 위하여 AtSIZ(Arabidopsis thaliana Stress-Induced Zinc finger) 유전자를 포함하는 Agrobacterium tumefaciens AGL1 strain을 Agrostis mongolica Roshev. 의 성숙종자에서 유래한 배발생 캘러스에 감염시켰다. 공동배양 후 감염시킨 캘러스는 재분화 및 선발을 위해 1 mg/L, 3 mg/L, 5 mg/L의 phosphinothricin이 포함된 배지에서 단계별로 선발하였으며, 선발된 식물체는 PAT protein detection kit를 사용하여 2차 선발하였다. 선발된 식물체는 genomic-PCR을 수행하여 유전자의 도입을 확인하였으며, RT-PCR을 통해 AtSIZ 유전자의 발현을 확인하였다.
유전자 도입과 발현이 확인된 형질전환식물과 야생형 식물은 건조 및 고염에 대한 반응을 분석하기 위해 화분으로 옮긴 후 3주 간 순화시켰다. 건조에 대한 내성을 분석하기 위해 야생형과 형질전환식물 모두 물을 주지 않고 7일 간격으로 한 달간 관찰한 결과, 야생형은 건조 조건 처리 후 21일 째 되는 날에 완전히 고사한 반면 형질전환식물체 (4, 9, 10 lines)들은 건조 처리 후 28일 째에도 생존을 확인할 수 있었다. 건조 조건에서 식물들의 증식 여부를 조사하기 위해 분얼 수를 측정한 결과, 야생형과 형질전환 식물 line 5는 건조처리 후 14일 째까지 증식하다 21일 째에서 고사한테 반해 형질전환식물 line 4, 9, 10은 21일 째까지 정상적으로 증식하다 이후부터 증식이 더뎌짐을 확인하였다. 건조에 대한 각 식물들의 반응을 정량적으로 분석하기 위해 각 식물체 잎의 수분 함량과 엽록소 함량을 측정하였다. 그 결과, 야생형은 건조처리 14일 이후부터 수분함량 및 엽록소 함량이 급감한데 반해 형질전환식물에서는 수분함량 및 엽록소 함량의 감소가 야생형에 비해 현저하게 적은 것을 확인할 수 있었다.
형질전환식물체들의 염 저항성을 조사하기 위해 야생형과 각 형질전환 식물 line을 증식한 후 여러 NaCl 농도 (0, 100, 200, 300, 500 mM)에서 처리하여 각 처리구의 식물체의 변화를 7일 간격으로 한 달간 관찰하였다. 그 결과, 처리 후 7일 째 되는 날에 고농도 (500 mM)의 처리구에서는 야생형과 일부 형질전환식물 line들의 잎의 고사가 관찰되었고, 처리 후 14일 째에는 100 mM NaCl 처리구에서도 야생형의 잎에서 고사가 진행되고 있음이 확인되었다. 처리 후 21일째에는 300 및 500 mM NaCl 처리구에서 전체 식물체의 잎 고사가 확인되었다. 건조처리 하여 한 달이 지난 후에는 100 mM 처리구에서도 야생형은 완전히 고사되었지만 형질전환식물 line에 있어서는 200 mM NaCl 처리구에서도 생존함을 확인하였다. 이들 결과에서, 애기장대 유래의 AtSIZ/AtSZF2 유전자를 도입/발현 시킨 형질전환 몽골리안 벤트그래스는 야생형의 식물에 비해 건조와 염에 대한 저항성이 증진되었음이 확인 되었다.
Author(s)
전영주
Issued Date
2010
Awarded Date
2010. 2
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000004907
Affiliation
제주대학교 대학원
Department
대학원 농화학과
Advisor
이효연
Table Of Contents
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 재료 및 방법 5
식물 재료 5
형질전환에 사용한 Agrobacterium 균주 및 binary vector 5
Agrobacterium 감염 5
Agrobacterium 제거 5
Shoot 유도 및 형질전환 식물체의 선발 6
형질전환 식물의 PCR 분석 6
RT-PCR 분석 7
형질전환 식물체의 건조 저항성 테스트 7
형질전환 식물체의 염 저항성 테스트 8
Ⅲ. 결과 및 고찰 9
몽고잔디의 Agrobacterium-매개 형질전환 9
형질전환 식물체의 AtSIZ gene의 삽입 및 발현 분석 10
형질전환 식물체의 건조 및 NaCl 스트레스 저항성 11
참고문헌 29
감사의 글 37
Degree
Master
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
전영주. (2010). 환경 스트레스 내성 잔디의 개발
Appears in Collections:
Graduate School of Industry > Environmental Biotechnology
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