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형질전환 고구마에 대한 Glufosinate-ammonium 저항성 간이진단법
국용인(Yong In Kuk) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.4
본 연구는 유전자총기법에 의해 생산된 형질전환 고구마를 사용하여 glufosinate-ammonium에 대한 저항성 유무를 빠르고, 경제적이며, 신뢰할 수 있는 간이분석법을 찾고자 수행되었다. 저항성 진단법은 whole-plant 진단법, one leaf 진단법 및 leaf disk 진단법을 사용하였고, 이들 진단법에 의해 glufosinateammonium을 처리하고 잎의 피해율과 암모늄 축적량을 조사하였다. Leaf disk 진단법에서 glufosinateammonium 처리 후 형질전환 라인 7171의 잎에 대한 약해는 wild type에 비해 1.9배 낮았다. One leaf 진단법과 whole plant 진단법의 경우 glufosinateammonium 처리 후 7171의 잎에 대한 약해는 wild type에 비해 각각 59배와 92배 적었다. Leaf disk, one leaf와 whole plant 진단법에서 0.5-5mM glufosinateammonium 처리 후 암모늄 축적은 wild type이 7171에 비해 각각 2-20, 4-43 및 6-115배 더 많이 축적되었다. 이들 3가지 방법 모두 형질전환 고구마에 대한 glufosinate-ammonium 저항성 유무를 판단하는데 가능한 방법이나 one leaf 진단법이 가장 간편하면서 빠른 진단방법이었다. 그러나 이 방법은 엽령별 내성차이가 존재할 수 있어 고구마 엽이 10개 전개되었을 때 1, 3, 5, 7, 9엽을 각각 채취하여 3mM glufosinateammonium을 처리시 잎의 피해율과 암모늄 축적을 엽령별로 조사한 결과 유의적인 차이를 보이지 않았다. 따라서 분석에 소요되는 기간, 시료량, 정확성 등을 고려할 때 형질전환 고구마의 저항성을 판별하는데 one leaf 진단법이 가장 적합한 것으로 판명 되었다. Transgenic herbicide-resistant sweet potato plants [Ipomoea batatas (L.) Lam.] produced through a biolistic transformation were used in this study. The objective of this research was to find out a rapid and reliable assay method for confirming glufosinate-ammonium resistance. The techniques tested include whole-plant bioassay, one leaf bioassay, and leaf disk bioassay. Parameters investigated in this study were leaf injury and ammonium accumulation at 1 and 5 days after treatment of glufosinate-ammonium. In the leaf disk bioassay, leaf injury of the transgenic line 7171 was 1.9-fold less affected by glufosinate-ammonium than the wild type. The leaf injury of 7171 in one leaf and whole-plant bioassays was 59- and 92-fold less affected by glufosinate-ammonium, respectively, compared with that of the wild type. Leaf disk, one leaf, and whole-plant bioassays showed that ammonium accumulation of the 7171 was 2 to 20-, 4 to 43-, and 6 to 115-fold less affected by 0.5-5 mM glufosinate-ammonium than that of the wild type. All three bioassays successfully distinguished the resistance from the transgenic lines, but one leaf bioassay is the simplest and quickest. Leaf injury and ammonium accumulation were the same in leaves 1, 3, 5, 7, and 10 of 3 mM glufosinate-ammonium treated plants or nontreated plants. The one leaf bioassay was chosen as the standard procedure for future confirmation of resistance in transgenic sweet potato because it is a rapid and reliable assay.
Protoporphyrinogen Oxidase (Protox) 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼의 생육저해 기작
국용인(Yong In Kuk),신지산(Ji San Shin),윤영범(Young Beom Yun),권오도(Oh-Do Kwon) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.2
본 연구의 목적은 다양한 생물종의 Protox 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼의 저항성 수준과 생육저해 원인이 생육시기별 tetrapyrrole 중간물질 축적과 대사 경로 물질, 활성산소 발생, 지질과산화 작용 및 항산화 효소 능력과 관련성이 있는지를 조사하는데 있다. Myxococcus xanthus(MX, MX1, PX), Arabidopsis thaliana(AP31, AP36, AP37) 및 인간(H45, H48, H49) Protox 과다발현 형질전환벼는 비형질전환벼에 비해 oxyfluorfen에 각각 43~65, 41~72 및 17~70배 저항성을 보였다. 다양한 생물종의 Protox 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼 중에 일부 라인은 다른 광조건하에서 정상적인 생육을 보인 반면에 일부 라인은 초장 및 생체중 감소가 야기되었다. 그러나 일관성 있게 파종 후 7일과 14일에 초장의 감소가 야기 되었던 형질전환 라인은 AP37뿐이었다. 또한 이들 형질전환 벼 라인들은 저광 및 암조건보다 고광조건하에서 초장 및 생체중 감소가 뚜렷하였다. 파종 후 7일째 Proto IX 축적은 AP31, AP37 및 H48에서 비형질전환벼에 비해 유의적으로 많았고, 파종 후 14일째에는 PX, AP37 및 H48에서 유의적으로 많았다. 파종 후 7일째 Mg-Proto IX은 일부 라인(H41과 H48)을 제외하고 그리고 Mg-Proto IX monomethyl ester는 MX, MX1, PX를 제외한 형질전환 라인 간에 차이가 없었다. 비록 terapyrrole 중간물질이 축적 되었더라도 이들 축적량은 Protox 과다발현 형질전환벼의 생육을 저해 하는데 충분하지 않았을 것으로 생각된다. 또한 활성산소종 (H₂O₂와 O₂+-), MDA, ALA 합성 및 엽록소 함량에서도 형질전환 라인간에 유의적인 차이가 인정되지 않아 tetrapyrrole 축적량이 형질전환 벼의 생육저해에 충분하지 못했음을 확인할 수 있었다. 따라서 일부 형질전환벼에서 초기 생육저해는 어떤 단일 요인에 기인되는 것보다 복합적인 요인에 의해 기인되는 것으로 생각된다. We investigated the levels of resistance and accumulation of terapyrroles, reactive oxygen species, lipid peroxidation, and antioxidative enzymes for reasons of growth reduction in herbicide-transgenic rice overexpressing Myxococcus xanthus, Arabidopsis thaliana, and human protoporphyrinogen oxidase (Protox) genes. The transgenic rice overexpressing M. xanthus (MX, MX1, PX), A. thaliana (AP31, AP36, AP37), and human (H45, H48, H49) Protox genes showed 43~65, 41~72 and 17~70-fold more resistance to oxyfluorfen, respectively, than the wild type. Among transgenic rice lines overexpressing Protox genes, several lines showed normal growth compared with the wild type, but several lines showed in reduction of plant height and shoot fresh weight under different light conditions. However, reduction of plant height of AP37 was much higher than other lines for the experimental period. On the other hand, the reduction of plant height and shoot fresh weight in the transgenic rice was higher in high light condition than in low light condition. Enhanced levels of Proto IX were observed in transgenic lines AP31, AP37, and H48 at 7 days after seeding (DAS) and transgenic lines PX, AP37, and H48 at 14 DAS relative to wild type. There were no differences in Mg-Proto IX of transgenic lines except for H41 and H48 and Mg-Proto IX monomethyl ester of transgenic lines except for MX, MX1, and PX. Although accumulation of tetrapyrrole intermediates was observed in transgenic lines, their tetrapyrrole accumulation levels were not enough to inhibit growth of transgenic rice. There were no differences in reactive oxygen species, MDA, ALA synthesizing capacity, and chlorophyll between transgenic lines and wild type indicating that accumulated tetrapyrrole intermediate were apparently not high enough to inhibit growth of transgenic rice. Therefore, the growth reduction in certain transgenic lines may not be caused by a single factor such as Proto IX, but by interaction of many other factors.