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<sup>1</sup>H NMR 스펙트럼 데이터의 다변량 통계분석에 의한 벼 품종의 구분 및 주요 당 화합물의 정량분석
김석원,구본초,김종현,유장렬,Kim, Suk-Weon,Koo, Bon-Cho,Kim, Jong-Hyun,Liu, Jang-Ryol 한국식물생명공학회 2006 식물생명공학회지 Vol.33 No.4
건조된 벼 5 품종의 whole cell extracts로부터 $^1H$ NMR 스펙트럼 조사를 통해 다변량 통계분석법을 활용하여 벼 종자의 품종 구분이 가능함을 조사하였다. $^1H$ NMR스펙트럼 데이터에 기초한 PCA분석 결과 크게 3개의 그룹으로 구분이 이루어졌다. 즉, 상주벼가 나머지 4 품종의 벼와 크게 다르게 구분이 이루어졌으며 동진벼와 심백벼, 그리고 화만벼와 심백hetero 품종이 각각 하나의 소그룹으로 구분이 이루어졌다. 스펙트럼 영역에 있어서는 carbohydrate region이 품종에 따라 크게 달라지는 것으로 보아 탄수화물의 정량정성적 차이가 metabolic profiting에 의한 품종 구분에 중요한 역할을 하는 것으로 추론된다. 또한 $^1H$ NMR 스펙트럼 데이터에 기초하여 주요 당 화합물 (sucrose, glucose, maltose 등)의 상대적인 정량분석을 조사한 결과 상주벼의 경우 다른 벼 품종에 비해 sucrose 및 glucose 함량은 큰 차이가 없었으나 maltose 함량이 타 품종에 비해 약 2-4배 높음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 확립한 벼 종자의 whole cell extracts로부터 $^1H$ NMR 스펙트럼을 이용한 metabolic profiling 방법은 다양한 벼 종자의 신속한 품종구분은 물론 주요 carbohydrates의 간편한 정량분석 체계로 활용이 가능할 것으로 예상된다. Discrimination of 5 rice cultivars (Sangjubyeo <SJ>, Dongjinbyeo <DJ> Simbaekbyeo <SB>, Hwamanbyeo <HM>, and Simbaek-hetero <SH>) using metabolic profiling was carried out. Whole cell extracts from each cultivar were subjected to $^1H$ NMR spectroscopy. When spectral data were analyzed by principal component analysis, 5 cultivars were clustered into 3 groups: SJ, DJ + SB, and HM + SH. Thecultivars showed great difference in carbohydrate region of $^1H$ NMR spectra, suggesting that qualitative and quantitative differences in carbohydrate compounds play a major role in discrimination of the cultivars. In addition, it was readily possible to determine relative quantification of major carbohydrates including sucrose, glucose, maltose from spectral data of the cultivars. SJ showed 2 to 4 times higher content of maltose than the other rice cultivars. Overall results indicate that metabolic discrimination of rice cultivars using $^1H$ NMR spectroscopy combined by multivariate statistical analysis can be used for rapid discrimination of numerous rice cultivars and simple quantitative analysis system of major carbohydrate compounds in rice grains.
김석원,유장렬,Kim, Suk-Weon,Liu, Jang-R. 한국식물생명공학회 2007 식물생명공학회지 Vol.34 No.3
식물현탁배양세포의 whole cell extract의 $^1H$ NMR 스펙트럼 데이터로부터 통계분석기법을 활용하여 GABA의 간단하고 신속한 정량분석방법을 확립하였다. 이 기술을 활용하여 고등식물 8종의 9개 세포주를 MS 배지에 1 mg/L의 2,4-D를 첨가한 배지에 유지하였을 때 고수 (Coriandrum sativum L.)가 가장 많은 양의 GABA를 생산하였다. 고수 현탁배양세포로부터 2,4-D농도 및 배양기간에 따른 GABA의 생산성 변화를 조사한 결과 현탁배양세포를 0.5 mg/L 2,4-D가 첨가된 배지에서 3주간 배양된 현탁배양세포를 이용할 경우 GABA 함량이 건중량 1 g 당 16.9 mg으로 가장 높게 생산되었다. 본 연구에서 확립된 간단하고 신속한 분석법으로 다양한 식물자원으로부터 GABA의 생산성을 초고속탐색(high-throughput screenig)할 수 있을 것이며 고수 현탁세포배양법으로 GABA의 상업적 대량생산이 가능할 것으로 전망된다. This study describes a simple and rapid method for quantitative determination of $\gamma$-aminobutyric acid (GABA) using $^1H$ NMR spectroscopy from whole cell extracts of plant suspension cultures. When 9 cell lines derived from 8 species of higher plants maintained in liquid Marashige and Skoog (MS) medium supplemented with 1 mg/L 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) were subjected to $^1H$ NMR, a cell line of Coriandrum sativum L. exhibited the highest level of GABA. The level reached up to 16.9 mg/dry wt when cells were cultured in MS medium supplemented with 0.5 mg/L 2,4-D after 3 weeks of incubation. The method for quantitative determination of GABA using $^1H$ NMR established in this study could be applied to high-throughput screening of various plant resources for GABA production and the cell suspension culture system of C. sativum could be further developed for commercial production of GABA.
박종숙,김석원,인동수,은종선,Park, Jong-Suk,Kim, Suk-Weon,In, Dong-Su,Eun, Jong-Seon 한국식물생명공학회 2003 식물생명공학회지 Vol.30 No.1
고구마 품종 '율미'를 이용해 2,4-D 1.0 mg/L가 첨가된 MS 배지에 정단분열조직배양을 통하여 발생된 배발생 캘러스를 실험재료로 여러 가지 동결보호제를 처리하여 2-step method 에 의해 동결보존을 실시하였다. ABA 10m/L가 포함된 배지에서 전처리된 배발생 캘러스는 ABA 1.0mg/L 처리구보다 액체질소에 저장 후 생존율이 더 높게 나타났다. TTC방법과 FDA 염색법을 통해 초저온 보존 후에 생존을 확인한 결과 10mg/L의 ABA를 전처리 한 0.4M sucrose가 포함된 1.28M DMSO 처리구에서 46.8%의 가장 높은 생존율을 나타냈다. 캘러스를 1.0mg/L 2,4-D가 포함된 MS 고체배지에서 암배양한 결과 배양 4주일 후부터 1.28 M DMSO 단독처리구에서 캘러스가 생장하는 것을 육안 관찰할 수 있었으며 배양 8주일 후에는 배가 발생하였고, 0.1 mg/L 2,4-D+0.1 mg/L kinetin 혼용구에 2주일간 계대배양한 다음 MS기본배지에서 완전한 식물체로 재생되었다. Cryopreservation of embryogenic callus derived from apical meristem culture was attempted by slow prefreezing method (two-step method) with various cryoprotectants in sweetpotato cv. 'Yulmi' Precultured embryogenic calli on medium containing 10 mg/L ABA prior to slow prefreezing in liquid nitrogen indicated higher survival rate than 1.0 mg/L ABA preteatment. The cryoprotectant comprising 1.28 M DMSO in 0.4 M sucrose solution gave the best survival (over 46%) of sweetpotato cells exposed to liquid nitrogen as determined by TTC reduction and FDA staining method. Cryopreserved calli cultured on MS medium with 1.0 mg/L 2,4-D were grown for 4 weeks in the dark and induced embryos after another 4 weeks. They were subcultured on MS medium supplemented with 0.1 mg/L 2,4-D+0.1 mg/L kinetin for 2 weeks and regenerated into normal plantlets in MS basal medium.
민성란,정원중,김석원,이정희,정화지,유장렬,Min, Sung-Ran,Jeong, Won-Joong,Kim, Suk-Weon,Lee, Jeong-Hee,Chung, Hwa-Jee,Liu, Jang-R. 한국식물생명공학회 2010 식물생명공학회지 Vol.37 No.3
고등식물의 엽록체 형질전환은 핵 형질전환에서 기대 할 수 없는 여러 가지 이점을 가진다. 외래 단백질의 발현율을 획기적으로 높일 수 있고, 여러 유전자를 동시에 발현시킬 수 있으며, 상동재조합에 의한 부위-특이적 유전자 삽입으로 인해 유전자 침묵 및 위치효과가 없다. 더욱이, 대부분 작물은 화분을 통한 도입된 유전자의 전이가 불가능한 모계 유전을 하기 때문에 엽록체 형질전환은 환경 친화적이다. 엽록체 형질전환 시스템은 핵 형질 전환과 달리 작물에서의 성공에 제한적이었으나 지난 10년 동안 이런 한계가 극복되어 콩, 당근, 상추 및 유채 등의 작물에서도 성공하게 되었다. 그러므로 이제 작물의 엽록체 형질전환은 농업적 형질의 개선뿐 만 아니라, 고부가가치 백신과 의료용 단백질 생산을 통한 의약품 산업의 성장에 활용될 수 있을 것이다. Chloroplast transformation in higher plants offers many attractive advantages over nuclear transformation, including a high-level accumulation of foreign proteins, multi-gene expression in single transformation event via transgene stacking in operons and no position effect due to site-specific integration of transgenes by homologous recombination. Most importantly, chloroplast transgenic plants are eco-friendly because their transgenes are maternally inheritance in most crop plants. However, chloroplast transformation system has limited success in crops alike nuclear transformation. In the past two decades, great progress has been made to overcome the limitations of chloroplast transformation, thus expending chloroplast bioreactor to several important crops including soybean, carrot, lettuce, and oilseed. Therefore, it has become possible that chloroplast transformation of crops can be used not only for the improvement of agronomic traits, but also for the production of vaccines and high valuable therapeutic proteins in pharmaceutical industry.