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KR100742192B1 - Chromosome transformation method of plant - Google Patents

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KR100742192B1
KR100742192B1 KR1020040072687A KR20040072687A KR100742192B1 KR 100742192 B1 KR100742192 B1 KR 100742192B1 KR 1020040072687 A KR1020040072687 A KR 1020040072687A KR 20040072687 A KR20040072687 A KR 20040072687A KR 100742192 B1 KR100742192 B1 KR 100742192B1
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재단법인서울대학교산학협력재단
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Abstract

본 발명은 식물의 색소체 형질전환 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 식물로부터 유도된 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환 하는 것을 특징으로 하는 식물의 색소체 형질전환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for transforming a pigment in a plant. More specifically, the present invention relates to a method for transforming a pigment of a plant, characterized in that the callus derived from the plant is transformed with a vector for transforming a pigment.

본 발명에 따른 방법은 형질전환체가 성체로 발달하여도 형질전환 된 색소체가 소멸되지 않으며 색소체에 이식된 유전자가 다음 세대로 전달되는 효과가 있다.The method according to the present invention does not disappear even when the transformant is developed into an adult, and there is an effect that the gene transplanted into the pigment is transferred to the next generation.

색소체, 형질전환, 식물, 캘러스Callus, Transgenic, Plant, Callus

Description

식물의 색소체 형질전환 방법{Method for plastid transformation in plants} Method for plastid transformation in plants             

도 1a는 sgfp 유전자 포함되지 않은 본 발명에 따른 색소체 형질전환용 벡터 pLD-RCtV의 제조과정을 나타낸 모식도이다. Figure 1a is a schematic diagram showing the manufacturing process of the vector pLD-RCtV for transforming the pigment according to the present invention does not contain the sgfp gene.

도 1b는 본 발명에 따른 색소체 형질전환용 벡터 pLD-RCtV-sGFP의 모식도이다.Figure 1b is a schematic diagram of the vector pLD-RCtV-sGFP for chromosomal transformation according to the present invention.

도 1c는 본 발명에 따른 색소체 형질전환용 벡터와 천연의 색소체 게놈간의 상동 재조합 과정을 나타낸 모식도이다.Figure 1c is a schematic diagram showing the homologous recombination process between the chromatin transformation vector according to the present invention and the natural chromatin genome.

도 2a는 벼의 캘러스를 스트렙토마이신이 각각 다른 농도로 첨가된 MS(Murachige and Skoog) 배지에 치상하고 광조건 하에서 배양한 것이다.Figure 2a is a callus of rice and the streptomycin was added to each MS (Murachige and Skoog) medium with different concentrations and cultured under light conditions.

a: 스트렙토마이신 0mg/L 첨가a: Add 0 mg / L streptomycin

b: 스트렙토마이신 100mg/L 첨가b: Add 100 mg / L streptomycin

c: 스트렙토마이신 200mg/L 첨가c: 200 mg / L of streptomycin added

도 2b는 벼의 캘러스를 스트렙토마이신이 각각 다른 농도로 첨가된 MS 배지에 치상하고 암조건 하에서 배양한 것이다.Figure 2b is a callus of rice was incubated in dark and MS conditions in which streptomycin was added at different concentrations, respectively.

a: 스트렙토마이신 0mg/L 첨가a: Add 0 mg / L streptomycin

b: 스트렙토마이신 500mg/L 첨가b: Add 500 mg / L streptomycin

c: 스트렙토마이신 1000mg/L 첨가c: 1000 mg / L addition of streptomycin

도 3a는 본 발명의 방법에 따라 벼의 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환하고 스트렙토마이신이 첨가된 선별배지에서 배양한 경우 스트렙토마이신에 저항성을 나타내는 캘러스에서 신초(shoot)가 유도된 사진이다.Figure 3a is a photograph of the shoots induced in the callus showing resistance to streptomycin when the callus of rice transformed with a vector for transforming the chromosomes according to the method of the present invention and cultured in a selective medium added with streptomycin .

도 3b는 본 발명의 방법에 따라 벼의 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환하고 스트렙토마이신이 첨가된 선별배지에서 선별하고 재분화함으로써 수득한 형질전환체를 나타낸 사진이다.Figure 3b is a photograph showing a transformant obtained by transforming the callus of rice with a vector for transforming the pigment in accordance with the method of the present invention, selected and re-differentiated in a selection medium added with streptomycin.

도 4는 본 발명의 방법에 따라 선별된 형질전환체를 토양에 순화시키는 경우 스트렙토마이신의 처리 농도에 따른 영향을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the effect of the treatment concentration of streptomycin when the transformants selected according to the method of the present invention to be purified in the soil.

도 5a는 본 발명의 상동 재조합에 사용된 trnItrnA 유전자, 선별 유전자인 aadA 유전자, 목적 유전자로 사용된 sgfp 유전자의 크기를 나타낸 모식도이다.Figure 5a is a schematic diagram showing the size of the trnI and trnA gene used in homologous recombination of the present invention, the aadA gene as a selection gene, the sgfp gene used as the target gene.

도 5b는 본 발명의 방법에 따라 형질전환 된 벼에서 sgfp 유전자가 존재하는 지를 확인하기 위하여 형질전환된 벼의 게놈 DNA를 PCR 증폭하여 아가로스 겔에서 확인한 결과이다.Figure 5b is a result of PCR amplification of genomic DNA of the transformed rice in order to confirm the presence of the sgfp gene in the transformed rice in accordance with the method of the agarose gel.

도 6은 본 발명의 방법에 따라 형질전환 된 벼에서 aadA 유전자가 존재하는 지를 확인하기 위하여 형질전환된 벼의 게놈 DNA를 서던 블롯법으로 분석한 결과이다.6 is a result of analyzing the genomic DNA of the transformed rice by Southern blot to confirm the presence of aadA gene in the transformed rice according to the method of the present invention.

도 7a는 본 발명의 방법에 따라 형질전환 된 벼에서 상동 재조합 부위의 왼쪽 경계면 단편이 존재하는지를 확인하기 위하여 벼의 게놈 DNA를 PCR 증폭하여 아가로스 겔에서 확인한 결과이다.Figure 7a is a result of PCR amplification of genomic DNA of rice in order to confirm the presence of the left interface fragment of the homologous recombination site in the transformed rice in accordance with the method of the present invention.

도 7b는 본 발명의 방법에 따라 형질전환 된 벼에서 상동 재조합 부위의 오른쪽 경계면 단편이 존재하는지를 확인하기 위하여 벼의 게놈 DNA를 PCR 증폭하여 아가로스 겔에서 확인한 결과이다.Figure 7b is a result of PCR amplification of genomic DNA of rice in agarose gel to determine whether the right interface fragment of the homologous recombination site in the transformed rice according to the method of the present invention.

도 8은 본 발명의 방법에 따라 형질전환 된 벼에서 sGFP가 발현되는지를 웨스턴 블롯 분석법으로 확인한 결과이다.Figure 8 is the result confirmed by Western blot analysis whether sGFP is expressed in the transformed rice according to the method of the present invention.

도 9는 본 발명의 방법에 따라 형질전환된 벼를 자가수정하여 수확한 종자를 배양함으로써 획득한 T1 세대의 벼에서 sGFP가 발현됨을 공초점형광현미경으로 확인한 사진이다(연녹색: sGFP, 붉은색: 엽록체, 노란색: sGFP가 엽록체에서 발현된 부분).9 is a photograph confirming the expression of sGFP in T1 generation rice obtained by culturing seeds harvested by self-modifying the transformed rice according to the method of the present invention (light green: sGFP, red: Chloroplast, yellow: sGFP expressed in chloroplast).

본 발명은 식물의 색소체 형질전환 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 식물로부터 유도된 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환 하는 것을 특징으로 하는 식물의 색소체 형질전환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for transforming a pigment in a plant. More specifically, the present invention relates to a method for transforming a pigment of a plant, characterized in that the callus derived from the plant is transformed with a vector for transforming a pigment.

일반적으로 식물의 형질전환에 사용되는 핵 형질전환(nuclear transformation) 기술은 이식 유전자의 낮은 발현수준, 유전자의 삽입 위치에 따른 발현양의 차이(position effect) 및 발현의 불안정성(gene silencing) 등의 문제점 이 있다. 또한, 핵 형질전환 기술에 의해 생산된 유전자 재조합 식물체들은 형질전환에 사용된 외래이입 유전자가 꽃가루를 통하여 다른 유사 야생 식물종으로 전이될 수 있기 때문에 심각한 생태계 문제를 야기할 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근에는 색소체 형질전환 기술이 핵 형질전환 기술의 대안으로서 주목받고 있다.In general, nuclear transformation technology used for plant transformation involves problems such as low expression level of transplanted gene, position effect of gene insertion position, and gene silencing. There is this. In addition, recombinant plants produced by nuclear transformation techniques can cause serious ecosystem problems because the exogenous genes used for transformation can be transferred through pollen to other similar wild plant species. Recently, in order to solve the above problems, the chromatin transformation technology has attracted attention as an alternative to the nuclear transformation technology.

색소체는 광합성을 담당하는 엽록체(chloroplast), 꽃 및 열매의 색에 관여하는 유색체(chromoplast), 전분저장 기능을 수행하는 전분체(amyloplast), 색소를 포함하지 않는 백색체(leucoplast) 및 미분화된 상태로서 상술한 색소체들의 모체가 되는 전색소체(proplastid)로 구분된다. 색소체는 자체 게놈(genome)을 가지고 있으며 모계유전에 의하여 그 유전정보가 후대에 전달된다. 따라서, 색소체 형질전환을 이용하면 식물에 이입된 외래 유전자가 다른 식물종으로 전이되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 멘델의 유전분리에 의한 형질전환 계통을 선발하고 유지할 필요성이 없으며 균일한 종자를 대량으로 생산할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 식물세포에는 대략적으로 100여개의 색소체가 존재하며 각 색소체는 10-100개의 게놈을 가지고 있기 때문에 각 세포 당 1,000-10,000개의 카피 유전자가 존재한다. 따라서, 각 세포당 1-2개의 게놈을 가지고 있는 핵을 형질전환하는 기술에 비해 색소체를 형질전환하는 경우 이식된 유전자의 발현 수준이 월등히 높고 유전자의 안정적인 발현을 기대할 수 있다. 또한, 색소체는 원핵생물의 유전자 발현 시스템을 가지고 있어 다중 유전자의 발현이 가능한 장점이 있다.The chromosomes are chloroplasts responsible for photosynthesis, chromoplasts involved in the color of flowers and fruits, amyloplasts that perform starch storage, leucoplasts and pigments that do not contain pigments. The above-mentioned pigments are divided into prochromosomes (proplastids) which are the mothers. A chromosome has its own genome, and its genetic information is transmitted later by its maternal genetics. Therefore, the use of chromatin transformation can prevent the transfer of foreign genes introduced into plants to other plant species. In addition, there is no need to select and maintain a transformed strain by genetic separation of Mendel, there is an advantage that can produce a large number of uniform seeds. Furthermore, there are approximately 100 plastids in plant cells, and since each plastid has 10-100 genomes, there are 1,000-10,000 copy genes per cell. Therefore, compared to the technology for transforming a nucleus having 1-2 genomes per cell, when transforming a chromosome, the expression level of the transplanted gene is expected to be much higher and stable expression of the gene can be expected. In addition, the plastid has a prokaryotic gene expression system has the advantage that can be expressed in multiple genes.

식물의 색소체 형질전환은 담배에서 최초로 보고 된 바 있으며, 애기장대(Sikdar, S. et al., Plant Cell Rep. 18, 20-25, 1998), 감자(Sidorov. V. et al., Plant J. 19, 209-216, 1999), 토마토(Ruf, S. et al., Nat. Biotechnol. 19, 870-875, 2001) 및 레스쿠에렐라(Lesquerella)(Skarjinskaia M. et al., Transgenic Res., 12, 115-122, 2003)를 포함하는 식물종에서의 색소체 형질전환이 보고 된 바 있다. Plant chromosomal transformation has been reported for the first time in tobacco, cephalopods (Sikdar, S. et al., Plant Cell Rep . 18, 20-25, 1998), potato (Sidorov. V. et al., Plant J 19, 209-216, 1999), tomatoes (Ruf, S. et al., Nat. Biotechnol . 19, 870-875, 2001) and Lesquerella (Skarjinskaia M. et al., Transgenic Res. , 12, 115-122, 2003) have been reported for the transformation of pigments in plant species.

한편, 지금까지 보고 된 색소체 형질전환에 성공한 식물들은 모두 쌍자엽 식물에 속하는 것이며 현재까지 단자엽 식물의 색소체 형질전환으로는 벼의 세포현탁 을 이용한 사례가 유일하게 보고 되어 있을 뿐이다(Khan M. et al., Nat. Biotechnol, 17, 910-915, 1999). 그러나 벼의 세포현탁을 형질전환 대상으로 설정하여 색소체 형질전환 된 벼는 색소체의 지극히 일부만이 형질전환되어 형질전환체가 성체로 발달하는 과정에서 형질전환 된 색소체가 점차 소멸될 수 있는 가능성이 있었으며, 특히 색소체에 이식된 유전자가 다음세대로 전달되지 못한 단점이 있다.On the other hand, all of the plants that have been reported to be successful in the transformation of pigments belong to the dicotyledonous plants. So far, only the case of monochromatic transformation of monocotyledonous plants using cell suspension of rice has been reported (Khan M. et al. , Nat. Biotechnol , 17, 910-915, 1999). However, rice cells transformed with a chromosome by setting the cell suspension of rice to be transformed have a possibility that only a part of the chromosome is transformed and the transformed chromosome may gradually disappear in the process of development of the transformant as an adult. There is a disadvantage that the gene transplanted into the chromosome cannot be transferred to the next generation.

이에 본 발명자들은 효과적인 식물의 색소체 형질전환 방법을 연구하던 중, 식물로부터 유도된 캘러스를 형질전환 대상으로 선정하여 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환한 결과 형질전환체가 성체로 발달하더라도 형질전환된 색소체가 소멸되지 않으며 색소체에 이식된 유전자가 다음 세대로 전달됨을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors, while studying an effective method for transforming a plant in the plant, selects a plant-derived callus as a target for transformation and transforms the plant with a vector for transforming the plant, even if the transformant develops as an adult. The present invention was completed by confirming that genes transplanted into the chromosomes are not destroyed and are transferred to the next generation.

따라서, 본 발명의 목적은 식물로부터 유도된 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환하는 것을 특징으로 하는 식물의 색소체 형질전환 방법을 제공하는 것이다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for transforming a pigment of a plant, characterized in that the callus derived from the plant is transformed with a vector for transforming a pigment.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 식물로부터 유도된 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환하는 것을 특징으로 하는 식물의 색소체 형질전환 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for transforming a pigment of a plant, characterized in that the callus derived from the plant is transformed with a vector for transforming the pigment.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 식물의 색소체 형질전환 방법은 식물로부터 유도된 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환하는 것을 특징으로 한다. 지금까지 성공한 식물의 색소체 형질전환은 식물의 잎 조직이나 세포현탁을 그 대상으로 하였으나, 본 발명은 식물로부터 유도된 캘러스를 형질전환 대상으로 선정하였다는 데에 특징이 있다. Chromosome transformation method of the plant of the present invention is characterized in that the callus derived from the plant is transformed with a vector for transforming the pigment. Until now, the successful transformation of the pigment of a plant has been based on the plant leaf tissue or cell suspension, but the present invention is characterized in that the callus derived from the plant is selected as the target of transformation.

식물의 색소체를 형질전환하는 경우 일차적으로 색소체의 엽육 세포에 존재 하는 약 10,000개의 색소체 DNA 카피 중 소수의 색소체 게놈 카피만이 형질전환이 되게 된다. 따라서, 일차적으로 형질전환 세포에는 야생형과 형질전환 된 색소체가 혼합된 상태로 존재하게 된다. 이러한 세포, 조직 및 식물체를 이형 세포질 상태(heteroplasmy)라 한다. 상기 이형 세포질 상태는 일반적으로 불안정해서 야생형 또는 형질전환형의 둘 중 하나의 상태로 게놈이 전환되게 되는 동형 세포질 상태(homoplasmy)를 요구하게 된다. 따라서, 형질전환된 식물의 유전적 안전성을 높이고 색소체의 모든 세포가 완전히 형질전환 된 동형 세포질 상태를 유도할 필요성이 있다. 상기와 같은 동형 세포질 상태는 높은 선별 압력 하에서 충분한 세포 분열의 수에 의하여 획득될 수 있다.When transforming a plant's plastid, only a small number of plastid genomic copies of approximately 10,000 plastid DNA copies present in the plastid cells of the plastid are to be transformed. Thus, primarily transformed cells are present in a mixture of wild-type and transformed pigments. Such cells, tissues and plants are called heteroplasmy states. The heterocytoplasmic state is generally unstable and requires homoplasmy that results in the genome being transformed into either a wild type or a transformed state. Therefore, there is a need to increase the genetic safety of transformed plants and to induce an isoplasmic state in which all cells of the chromosomes are completely transformed. Such homocytic cytoplasmic state can be obtained by sufficient number of cell divisions under high selection pressure.

이에 본 발명자들은 식물로부터 유도된 캘러스를 형질전환을 위한 대상으로 선정하여 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환 다음 선별 배지에 치상하여 높은 선별 압력 하에서 재분화시켜 충분한 세포 분열이 일어나도록 하여 동형 세포질 상태를 유도함으로써 캘러스가 성체로 분화되었을 때에도 형질전환 색소체가 소멸되지 않도록 하였다.In this regard, the present inventors selected plant-derived callus as a target for transformation, transformed with a vector for transforming into a pigment, and then implanted in a selection medium to re-differentiate under high selection pressure to induce homogenous cytoplasm. As a result, even when the callus was differentiated into adults, the transgenic plastids were not destroyed.

구체적으로 본 발명에 따른 식물의 색소체 형질전환 방법은 (a) 식물의 종자, 조직 및 세포 현탁액으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어는 하나를 캘러스 유도용 배지에서 배양하여 캘러스를 유도하는 단계;Specifically, the method for transforming a pigment in a plant according to the present invention comprises: (a) inducing callus by culturing a fish selected from the group consisting of seed, tissue and cell suspension of a plant in a callus induction medium;

(b) 상기 (a) 단계의 식물의 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환하 는 단계;(b) transforming the callus of the plant of step (a) with a vector for transforming the pigment;

(c) 상기 (b) 단계에서 형질전환된 캘러스를 선별 배지에서 배양하여 형질전환된 캘러스를 선별하는 단계; 및(c) selecting the transformed callus by culturing the callus transformed in step (b) in a selection medium; And

(d) 상기 (c) 단계에서 선별된 캘러스를 발근용 배지에서 배양하여 뿌리를 유도하고 토양에 옮겨 순화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.(d) culturing the callus selected in step (c) in a rooting medium to induce the roots and transfer to the soil, characterized in that it comprises a step of purifying.

상기 (a) 단계에서 식물은 특별히 한정되지 않으며 모든 종류의 식물일 수 있다. 바람직하게는, 단자엽 식물일 수 있다. 상기 단자엽 식물의 예로는 이에 한정되지는 않으나, 벼, 밀, 보리, 죽순, 옥수수, 토란, 아스파라거스, 양파, 마늘, 파, 부추, 달래, 마 및 생강이 있다. 바람직하게는, 상기 단자엽 식물로는 벼를 사용한다.The plant in step (a) is not particularly limited and may be any kind of plant. Preferably, it may be a monocotyledonous plant. Examples of the monocotyledonous plant include, but are not limited to, rice, wheat, barley, bamboo shoots, corn, taro, asparagus, onions, garlic, leeks, leeks, soothing, hemp and ginger. Preferably, rice is used as the monocotyledonous plant.

상기 (a) 단계에서 캘러스를 유도하는 방법은 당업계에 공지된 통상의 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 식물의 종자, 조직 및 세포 현탁액으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 캘러스 유도용 배지에서 배양한다. 상기 식물의 조직은 잎, 줄기 및 뿌리의 일부분일 수 있다. 바람직하게는, 식물이 단자엽 식물인 경우에는 식물의 종자 또는 세포 현탁액으로부터 캘러스를 유도하며 식물이 쌍자엽인 경우에는 조직의 일부분으로부터 캘러스를 유도할 수 있다. 상기 캘러스 유도용 배지로는 N6 배지, MS(Murashige & Skoog) 배지, WHITE 배지, B5 배지, R2 배지 등을 사용할 수 있다. 이때, 식물의 종(species), 식물의 나이, 배양 종자의 숙도 등을 고려하여 배양하고자 하는 식물에 적합한 배지를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 배지에 생장조절제를 추가로 첨가할 수 있다. 상기 생장조절제로는 이에 한정되지는 않으나, IAA(3-indoleacetic acid), IAld(3-indoleacet aldehyde), IPA(3-indolepyruvic acid), IAN(3-indoleacetonitrile), IAE(ethyl ester of indoleacetic acid)와 같은 옥신(auxin) 및 2,4-D(2,4-dichlorphenoxy acidic acid), NAA(naphthaleneacetic acid)와 같은 상기 옥신의 유도체; 및 키네틴(kinetin), BA(benzoic acid), CPPU((N-2-chloro-4-pyridyl)-N'-phenylurea)와 같은 사이토키닌(cytokinin) 및 그 유도체를 포함한다. 바람직한 캘러스 유도 방법은 다음과 같다. 식물의 종자를 수득하여 탄수화물이나 아미노산과 같은 유기 성분, 질소, 인산, 칼륨과 같은 무기 양분 및 옥신과 같은 식물 호르몬을 함유한 고체배지에서 배양한 다음 식물 종자로부터 세포분열이 일어나 세포의 덩어리인 캘러스가 생성되면 배지로부터 캘러스를 분리하여 신선한 고체배지 위에 파종한다. 이후, 일정 간격으로 계대배양한다. The method of inducing callus in the step (a) may be carried out using conventional methods known in the art. Preferably, any one selected from the group consisting of seed, tissue and cell suspension of plants is cultured in a callus induction medium. The tissue of the plant may be part of the leaves, stems and roots. Preferably, the callus can be derived from the seed or cell suspension of the plant if the plant is a monocotyledonous plant and from the part of the tissue if the plant is a dicotyledon. The callus induction medium may be N6 medium, MS (Murashige & Skoog) medium, WHITE medium, B5 medium, R2 medium and the like. In this case, it is preferable to select a medium suitable for the plant to be cultured in consideration of the species of the plant, the age of the plant, the maturity of the cultured seed and the like. In addition, growth regulators may be further added to the medium. The growth regulators include, but are not limited to, IAA (3-indoleacetic acid), IAl (3-indoleacet aldehyde), IPA (3-indolepyruvic acid), IAN (3-indoleacetonitrile), IAE (ethyl ester of indoleacetic acid) Auxin and 2,4-D (2,4-dichlorphenoxy acidic acid), derivatives of the auxin such as NAA (naphthaleneacetic acid); And cytokinins such as kinetin, benzoic acid (BA), CPPU ((N-2-chloro-4-pyridyl) -N'-phenylurea), and derivatives thereof. Preferred callus induction method is as follows. Plant seeds are obtained and cultured in solid medium containing organic constituents such as carbohydrates and amino acids, inorganic nutrients such as nitrogen, phosphoric acid and potassium, and plant hormones such as auxin, and then cell division from plant seeds results in cell lumps. Once generated, callus is separated from the medium and sown on fresh solid medium. Subsequently, it is subcultured at regular intervals.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 화청벼 종자를 N6 배지에 파종한 후 28℃에서 암조건으로 2-3주간 배양하여 벼의 캘러스를 수득하였다(실시예 2 참조).In a preferred embodiment of the present invention, the seedlings of hwacheongpum seed in N6 medium and incubated for 2-3 weeks under dark conditions at 28 ℃ to obtain a callus of rice (see Example 2).

한편, 본 발명에서는 총 캘러스(total callus) 또는 배발생 캘러스(embryogenic callus)를 사용할 수 있으나 바람직하게는 배발생 캘러스와 함께 재분화 되지 않은 캘러스를 모두 포함하는 총 캘러스를 사용한다. 이는 본 발명의 예비 실험에서 배발생 캘러스를 사용하는 경우에 비해 총 캘러스를 사용한 경우 보 다 높은 재분화 효율을 나타냈기 때문이다(결과 미도시).Meanwhile, in the present invention, a total callus or an embryogenic callus may be used, but a total callus including all callus which is not re-differentiated with the embryogenic callus is used. This is because, in the preliminary experiment of the present invention, the regeneration efficiency was higher than that of the total callus compared to the case of using the embryogenic callus (result not shown).

상기 (b) 단계에서 색소체 형질전환용 벡터는 구입하여 사용하거나 당 업계에 공지된 방법에 따라 제조할 수 있다. 바람직하게는, 상기 색소체 형질전환용 벡터는 식물의 색소체에 존재하는 상동 재조합 부위의 왼쪽 경계면 영역, 선별 마커, 목적 유전자 및 상동 재조합 부위의 오른쪽 경계면 영역을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.In the step (b), the vector for transforming the chromosomes may be purchased and used or prepared according to methods known in the art. Preferably, the chromosomal transformation vector comprises a left interface region, a selection marker, a target gene and a right interface region of the homologous recombination site in the plant chromosome.

일반적으로 색소체의 형질전환은 목적 유전자를 상동 재조합(homologous recombination) 방법에 의해 색소체 게놈의 목적 부위에 삽입함으로써 수행된다. 따라서, 색소체 형질전환용 벡터는 색소체 게놈으로 도입되는 부위와 동일한 색소체 게놈 서열이 목적 유전자의 양쪽 측면에 인접하여 있다. 상기 상동 재조합 부위의 왼쪽 경계면 영역과 오른쪽 경계면 영역은 대상 식물에 따라 달라질 수 있으며, 공지된 식물의 색소체 게놈 서열로부터 제조될 수 있다. 예를 들면, 벼, 담배, 옥수수와 같은 식물의 색소체 게놈의 염기서열은 모두 공지되어 있다. 한편, 상기 식물의 유전자 배열 구조는 식물 간에 매우 유사한 것으로 알려져 있기 때문에 상기 상동 재조합 부위는 다른 식물종간에 교차되어 사용될 수 있다. 바람직하게는 상동 재조합 부위로는 고등 식물체간에 높게 보존되어 있는 서열인 벼의 trnI-trnA 영역 서열을 사용할 수 있다.In general, transformation of a pigment is performed by inserting a gene of interest into a target region of the pigment genome by homologous recombination. Therefore, in the chromatin transformation vector, the same chromatin genomic sequence as the site to be introduced into the chromatin genome is adjacent to both sides of the target gene. The left interface region and the right interface region of the homologous recombination site may vary depending on the plant of interest, and may be prepared from the chromatin genomic sequence of a known plant. For example, the base sequences of the chromatin genome of plants such as rice, tobacco and corn are all known. On the other hand, since the gene array structure of the plant is known to be very similar between plants, the homologous recombination site can be used to cross between different plant species. Preferably, as the homologous recombination site, a trnI-trnA region sequence of rice which is a sequence highly conserved among higher plants can be used.

상기 선별 마커는 대상 식물의 색소체에 외래의 유전자가 도입되었음을 확인하는 지표가 되는 유전자를 말한다. 상기 선별 마커로는 이에 한정되는 지는 않으 나 항생제 저항성 유전자, 제초제 저항성 유전자, 대사관련 유전자, 발광 유전자, GFP(green fluorescence protein), GUS(β-glucuronidase) 유전자, GAL(β-galactosidase) 유전자 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 항생제 저항성 유전자를 사용한다. 상기 항생제 저항성 유전자로는 이에 한정되지는 않으나, 스트렙토마이신과 스펙티노마이신 저항성 유전자인 aadA(Svab Z. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 913-917, 1993), 가나마이신 저항성 유전자인 neo(Kuroda H. et al., Plant Physiol. 125, 430-436, 2001; Kuroda H. et al., Nucleic Acids Res. 29, 970-975, 2001))및 aphA-6(Huang FC et al., Mol. Genet. Genom. 268, 19-27, 2002)이 있다. The selection marker refers to a gene serving as an indicator for confirming that a foreign gene has been introduced into a chromosome of a target plant. The selection markers include, but are not limited to, antibiotic resistance genes, herbicide resistance genes, metabolic genes, luminescent genes, GFP (green fluorescence protein), GUS (β-glucuronidase) gene, GAL (β-galactosidase) gene, etc. Can be used. Preferably, antibiotic resistance genes are used. The antibiotic resistance genes include, but are not limited to, aadA (Svab Z. et al., Proc. Natl. Acad. Sci . USA 90, 913-917, 1993), kanamycin, which is a streptomycin and spectinomycin resistance gene . Resistance genes neo (Kuroda H. et al., Plant Physiol . 125, 430-436, 2001; Kuroda H. et al., Nucleic Acids Res . 29, 970-975, 2001)) and aphA-6 (Huang FC et al., Mol. Genet. Genom . 268, 19-27, 2002).

상기 목적 유전자로는 특별히 한정되지 않으며 식물의 색소체에 도입하여 식물이 유용한 형질을 수득할 수 있도록 하는 것이라면 모두 사용할 수 있다. 상기 목적 유전자는 공지된 서열로부터 당 분야에 공지된 방법에 의해 재조합함으로써 수득하거나 상기 유전자를 포함하는 플라스미드를 상업적으로 구입함으로써 수득할 수 있다.The target gene is not particularly limited and may be used as long as it can be introduced into a plant's plastid so that the plant can obtain useful traits. The gene of interest may be obtained by recombination from a known sequence by a method known in the art or by commercially purchasing a plasmid containing the gene.

상기 식물의 색소체 형질전환용 벡터는 상술한 유전자 외에 유전자의 발현을 조절할 수 있는 조절서열을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전자의 전사를 개시하는 프로모터 및 전사를 종결하는 터미네이터 서열을 추가로 포함할 수 있다.In addition to the above-described genes, the plant transformed vector for the chromosomal transformation of the plant may further include a control sequence for controlling gene expression. For example, it may further comprise a promoter that initiates transcription of the gene and a terminator sequence that terminates transcription.

본 발명의 일 실시예에서는 상동 재조합 벼의 게놈 DNA로부터 상동 재조합 부위의 왼쪽 경계면 영역으로 벼의 trnI 유전자, 색소체 rRNA 프로모터인 Prrn, 항생제 저항성 유전자인 aadA 유전자, 목적 유전자로 사용한 sgfp 유전자, psbA 터미네이터 및 상동 재조합 부위의 오른쪽 경계면 영역으로 벼의 trnA 유전자가 순차적으로 연결되도록 벼 색소체 형질전환용 벡터를 제조하였다(실시예 1 및 도 1 참조). 상기 목적 유전자로 sgfp(green fluorescent protein)를 사용한 것은 벼의 색소체 형질전환 여부를 시각적으로 확인하기 위한 것이다.In one embodiment of the present invention, from the genomic DNA of homologous recombinant rice to the left interface region of the homologous recombination site, the trnI gene of rice, Prrn of the chromatin rRNA promoter, aadA gene of antibiotic resistance gene, sgfp gene used as the target gene, psbA terminator and A rice chromatin transformation vector was prepared such that the trnA gene of rice was sequentially connected to the right interface region of the homologous recombination site (see Example 1 and FIG. 1). The use of sgfp (green fluorescent protein) as the target gene is for visually confirming whether the rice is transformed into a pigment.

상기 (b) 단계에서 색소체 형질전환용 벡터를 이용한 캘러스의 형질전환은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 이에 한정되지는 않으나 입자 충격법(particle bombardment), PEG(polyethylene glycerol) 처리법, 전기천공법 및 미세주사법(microinjection)을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 입자 충격법을 사용할 수 있다.In the step (b), the transformation of callus using the vector for transforming the chromosomes may be performed using a method known in the art. For example, but not limited to, particle bombardment, polyethylene glycerol (PEG) treatment, electroporation, and microinjection may be used. Preferably, a particle bombardment method can be used.

한편, 본 발명은 상기 (b) 단계에서 캘러스를 형질전환한 다음 형질전환체의 선별단계를 거치기 전에 항생제가 포함되지 않은 배지에서 암조건으로 일정기간 배양하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 단계는 형질전환 과정시 손상된 세포들이 회복되도록 하는 단계이다. 바람직하게는, 본 발명은 상기 (b) 단계에서 형질전환 된 캘러스를 항생제가 포함되지 않고 생장조절제가 첨가된 MS 또는 N6배지에서 암조건으로 25∼30℃하에서 1∼3일간 배양하는 단계를 추가로 포함할 수 있 다. On the other hand, the present invention may further comprise the step of culturing the cancer condition in a medium containing no antibiotics before transforming the callus in the step (b) and before the screening step of the transformant. This step is to allow damaged cells to recover during the transformation process. Preferably, the present invention further comprises the step of incubating the transformed callus in step (b) under conditions of 25 to 30 ° C. under dark conditions in MS or N6 medium to which growth regulator is not added without antibiotics. It can be included.

상기 (c) 단계에서 형질전환된 캘러스의 선별은 상기 캘러스를 선별 배지에 배양하여 성장하는 캘러스만을 선택적으로 선별함으로써 수행될 수 있다. 상기 선별 배지는 캘러스의 선별 마커에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 선별 마커를 항생제 저항성 유전자를 사용한 경우에는 항생제가 포함된 배지를 선별 배지로서 사용할 수 있다. 한편, 상기 캘러스의 선별 단계를 다단계로 수행하여 형질전환체의 동형 세포질(homoplasmy) 형태를 유도할 수 있다. 바람직하게는 형질전환된 캘러스의 선별은 상기 (b) 단계에서 형질전환된 캘러스를 100∼500mg/L의 항생제가 포함된 배지에서 광조건으로 배양하여 항생제 저항성을 나타내는 캘러스를 일차적으로 선별한 다음 이를 다시 300∼500mg/L의 항생제가 포함된 배지에 옮겨서 배양하여 항생제 저항성을 나타내는 캘러스를 이차적으로 선별함으로써 수행될 수 있다.The selection of the callus transformed in step (c) may be performed by selectively selecting only the callus growing by culturing the callus in a selection medium. The selection medium may vary depending on the selection marker of the callus. For example, when an antibiotic resistance gene is used as the selection marker, a medium containing antibiotics can be used as the selection medium. Meanwhile, the callus selection step may be performed in multiple steps to induce homozygous forms of transformants. Preferably, the screening of the transformed callus is to first select the callus showing antibiotic resistance by culturing the transformed callus in a medium containing 100 ~ 500mg / L antibiotics in the light condition in step (b) and then again It can be carried out by transferring to a medium containing 300 to 500 mg / L of antibiotics and culturing to secondary selection of callus showing antibiotic resistance.

상기에서 항생제로는 당 업계 공지되어 있는 모든 종류를 사용할 수 있으며 바람직하게는, 스트렙토마이신을 사용한다.In the above antibiotics, all kinds known in the art can be used, and preferably, streptomycin is used.

본 발명의 일 실시예에서는 색소체가 형질전환된 벼의 선별에 사용되는 스트렙토마이신의 최적 농도를 결정하기 위하여 발아 후 2-3주된 캘러스를 다양한 농도의 스트렙토마이신이 포함된 배지에 치상하고 광조건 또는 암조건 하에서 재분화시켰다. 실험 결과, 광조건 하에서는 스트렙토마이신의 첨가 농도가 증가할수록 캘 러스의 성장이 저해되었으나 암조건 하에서는 스트렙토마이신의 첨가 농도가 캘러스의 성장에 큰 영향을 주지 않았다. 따라서, 본 발명의 색소체 형질전환에 있어서 본 발명자들은 형질전환체를 광조건 하에서 선별하였으며 스트렙토마이신의 최적 농도는 선별 초기 단계의 경우 100∼500mg/L로 하였으며 그 후의 선별 단계에서는 300-500mg/L로 하였다.In one embodiment of the present invention, in order to determine the optimal concentration of streptomycin used for the selection of rice transformed plastid, 2-3 weeks after germination, the callus is dentured in a medium containing various concentrations of streptomycin and subjected to light conditions or cancer. Re-differentiated under conditions. As a result, the growth of callus was inhibited as the concentration of streptomycin was increased under light condition, but the concentration of streptomycin did not significantly affect the growth of callus under dark condition. Therefore, in the transformant of the present invention, the present inventors selected the transformants under light conditions, and the optimal concentration of streptomycin was 100-500 mg / L at the initial stage of selection, and 300-500 mg / L at the subsequent stage of selection. It was.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서 상기에서 결정한 농도로 항생제가 포함된 선별배지를 이용하여 형질전환된 캘러스를 선별하였다. 즉, 형질전환된 캘러스를 스트렙토마이신 200mg/L가 포함된 배지에서 배양하여 재분화를 유도하고 항생제 저항성을 나타내는 캘러스를 일차적으로 선별하였다. 그 다음 상기 선별된 캘러스를 300mg/L의 스트렙토마이신이 포함된 신선한 선별 배지로 옮기고 한달간 배양하고 스트렙토마이신 저항성을 나타내는 신초를 이차적으로 선별하고 500mg/L 스트렙토마이신이 포함된 배지에서 발근시켰다(실시예 3 참조). 실험 결과, 2개의 독립적인 스트렙토마이신 저항성 계통을 수득하고 각각 sGFP-1 및 sGFP-2로 명명하였다(도 3b 참조).In another embodiment of the present invention, the transformed callus was selected using a selection medium containing antibiotics at the concentration determined above. In other words, the transformed callus was cultured in a medium containing 200 mg / L of streptomycin to induce re-differentiation and select callus showing antibiotic resistance. The selected callus was then transferred to a fresh selection medium containing 300 mg / L streptomycin, cultured for one month, and secondary shoots showing streptomycin resistance were selected and rooted in a medium containing 500 mg / L streptomycin (Example 3). As a result, two independent streptomycin resistant strains were obtained and named sGFP-1 and sGFP-2, respectively (see FIG. 3B).

상기 (d) 단계에서는 상기 (c) 단계에서 선별된 색소체 형질전환 캘러스를 발근용 배지에 배양하여 뿌리를 유도하고 토양에 옮겨 순화시켰다. 상기에서 발근용 배지는 항생제가 300∼1000mg/L로 포함되어 있고 호르몬이 첨가되지 않은 MS 배지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 배지에 포함되는 항생제는 선별 마커의 종류에 따라 적합한 항생제를 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 예시된 것은 스트렙토마이신이다.In step (d), the chromosomal transformed callus selected in step (c) was cultured in a rooting medium to induce roots and transfer to the soil to purify. In the above rooting medium, it is preferable to use MS medium containing 300-1000 mg / L of antibiotics and no hormone added thereto. The antibiotics included in the medium may be selected and used according to the type of selection marker. Illustrated in the present invention is streptomycin.

상기에서 뿌리가 유도된 식물체를 토양에 옮겨 순화시킬 때 일주일 간격으로 토양 1L 당 500∼1500mg의 항생제를 상기 식물체가 종자를 맺어 수확할 때 까지 처리함으로써 색소체 내의 모든 세포가 형질전환된 상태로 전환되도록 유도하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 항생제를 토양 1L 당 500∼1000mg의 농도로 처리할 수 있다.When the root-derived plant is purified and transferred to soil, 500-1500 mg of antibiotic per liter of soil is treated every week until the plant harvests seeds so that all the cells in the chromosome are transformed into a transformed state. It is desirable to induce. More preferably, the antibiotic can be treated at a concentration of 500 to 1000 mg per liter of soil.

본 발명의 일 실시예에서는 형질전환된 캘러스를 발근용 배지에서 배양하여 뿌리를 유도한 다음 이를 토양에 치상하여 유식물이 충분한 수로 자랐을 때, 상기 유식물을 각각 별개의 토양에 치상하고 스트렙토마이신을 농도별로 처리한 다음 유식물의 성장 정도를 조사하여 적합한 처리 농도를 결정하였다(실시예 4 참조). 그 결과, 스트렙토마이신을 토양 1L 당 500∼1000mg의 범위로 처리할 수 있음을 확인하였다(도 4 참조).In an embodiment of the present invention, when the transformed callus is cultured in the rooting medium to induce the roots, and then the seedlings are grown to a sufficient number, the seedlings are grown in separate soils and streptomycin is obtained. After treatment by concentration, the growth of the seedlings was examined to determine the appropriate treatment concentration (see Example 4). As a result, it was confirmed that streptomycin can be treated in the range of 500 to 1000 mg per 1 L of soil (see FIG. 4).

이에 본 발명자들은 상기 본 발명의 방법에 따라 제조되고 선별된 형질전환체의 색소체가 색소체 형질전환용 벡터에 의해 안정적으로 형질전환 되었는지 여부를 조사하였다. 본 발명의 일 실시예에서는 본 발명의 방법에 따라 선별된 형질전환 벼의 게놈 DNA를 분석하여 형질전환 벼에 목적 유전자인 sgfp 유전자가 존재하는지를 조사하였다(실시예 6 참조). 그 결과, 선별된 모든 형질전환 벼에서 sgfp 유전자가 존재함을 확인할 수 있었으며(도 5a 및 도 5b 참조) Therefore, the present inventors investigated whether the chromosomes of the transformants prepared and selected according to the method of the present invention were stably transformed by the vector for transforming the chromosomes. In one embodiment of the present invention, the genomic DNA of the transformed rice selected according to the method of the present invention was analyzed to determine whether the sgfp gene, which is a target gene, exists in the transformed rice (see Example 6). As a result, it was confirmed that the presence of the sgfp gene in all selected transgenic rice (see Figs. 5a and 5b).

본 발명의 다른 실시예에서는 형질전환 벼에 항생제 저항성 유전자인 aadA 유전자가 존재하는지를 확인하기 위하여 aadA 유전자에 특이적인 프로브를 사용하여 서던 블롯 분석을 수행하였다(실시예 7 참조). 그 결과, 형질전환 벼에 aadA 유전자가 존재함을 확인할 수 있었다(도 6 참조)In another embodiment of the present invention, Southern blot analysis was performed using a probe specific to the aadA gene to determine whether the aadA gene, which is an antibiotic resistance gene, was present in the transformed rice (see Example 7). As a result, it was confirmed that the aadA gene exists in the transformed rice (see Fig. 6).

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 형질전환 벼의 색소체 게놈 내에 부위 특이적으로 목적 유전자인 sgfp 유전자와 항생제 저항성 유전자인 aadA 유전자가 인테그레이션되었는지를 조사하였다(실시예 8 참조). 실험 결과, aadA 유전자와 sgfp 유전자가 벼의 색소체 게놈 안의 trnItrnA 유전자 사이에 존재함을 확인할 수 있었다(도 7).In another embodiment of the present invention, it was examined whether the site-specific sgfp gene and the antibiotic resistance gene aadA gene were integrated in the chromosomal genome of transformed rice (see Example 8). The experimental results, the aadA gene and sgfp gene and confirmed that exists between trnI and trnA genes in the plastid genome of a rice plant (FIG. 7).

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 형질전환 벼에서 sGFP가 발현되는지 여부를 웨스턴 블롯 분석으로 조사하였다(실시예 9 참조). 그 결과, 형질전환 벼에 sGFP가 발현됨을 확인할 수 있었다(도 8 참조). In another embodiment of the present invention, whether or not sGFP is expressed in transgenic rice was examined by Western blot analysis (see Example 9). As a result, it was confirmed that sGFP is expressed in the transformed rice (see Fig. 8).

본 발명자들은 상기와 같은 실험 결과로부터 본 발명의 방법에 따라 형질전환 된 벼의 색소체 게놈 내에 목적으로 하는 유전자가 도입되었음을 확인할 수 있었으며 형질전환체가 성체로 자랐을 때에도 형질전환된 색소체가 소멸되지 않음을 확인할 수 있었다.The present inventors can confirm that the target gene was introduced into the chromosomal genome of rice transformed according to the method of the present invention from the above experimental results, and confirmed that the transformed chromosome does not disappear even when the transformant is grown to adult. Could.

나아가, 본 발명자들은 상기 형질전환 벼를 자가수정하여 종자를 수득하고 이를 파종하여 배양함으로써 형질전환된 벼의 색소체에 이식된 유전자가 다음 세대(T1 progeny)까지 전이되는지 여부를 조사하였다(실시예 10 참조). 그 결과, 본 발명의 방법에 따라 벼의 색소체에 이식된 유전자가 다음 세대로 전이됨을 확인할 수 있었다(도 9 참조)Furthermore, the present inventors investigated whether the genes transplanted into the chromosomes of the transformed rice are transferred to the next generation (T1 progeny) by self-modifying the transformed rice, obtaining seeds, and seeding and culturing the seed (Example 10). Reference). As a result, according to the method of the present invention it was confirmed that the gene transplanted into the rice chromosome is transferred to the next generation (see Figure 9)

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by the following examples.

하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.The following examples illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<실시예 1><Example 1>

벼 색소체 형질전환용 벡터의 제조Preparation of Rice Chromosome Transformation Vector

벼 색소체 형질전환용 벡터를 제조하기 위하여 화청 벼(서울대학교 육종학과 고희종 교수님으로부터 제공받음)의 잎 조직에서 공지된 방법에 따라 총 게놈 DNA를 추출하였다(Doyle J. et al. Phytochem. Bull. 19:11-15, 1987). 상기에서 분리한 게놈 DNA를 주형으로 하여 상동 재조합 사이트(homologus recombination site)로 사용할 trnI 유전자(서열번호 1)와 trnA 유전자(서열번호 2)를 하기의 프라이머 쌍(서열번호 3 및 서열번호 4)을 사용하여 PCR 증폭하였다. PCR 증폭 조건은 94℃에서 30초간 변성, 60℃에서 30초간 어닐링, 72℃에서 2분간 신장하는 단계로 이루어진 과정을 30회 반복하였다.Total genomic DNA was extracted from the leaf tissue of Hwacheong rice (provided by Professor Ko Heejong, Seoul National University) to prepare a vector for rice chromosomal transformation (Doyle J. et al. Phytochem. Bull . 19 : 11-15, 1987). Using the genomic DNA isolated above as a template, the following primer pairs (SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4) are used for the trnI gene (SEQ ID NO: 1) and trnA gene (SEQ ID NO: 2) to be used as a homologous recombination site. PCR amplification using. PCR amplification conditions were repeated 30 times, consisting of denaturation at 94 ℃ for 30 seconds, annealing at 60 ℃ for 30 seconds, stretching for 2 minutes at 72 ℃.

정방향 프라이머(서열번호 3)Forward primer (SEQ ID NO: 3)

5'- CGAGGCCTCCCAAAGGGAGGCCCGCGCGA-3'5'- CGAGGCCTCCCAAAGGGAGGCCCGCGCGA-3 '

역방향 프라이머(서열번호 4)Reverse primer (SEQ ID NO: 4)

5'-GCTGATATCCAACTTTCATCGTACTGTGCTCT-3'5'-GCTGATATCCAACTTTCATCGTACTGTGCTCT-3 '

상기 PCR 증폭 산물을 StuI과 EcoRV 제한효소로 처리한 후 pUC19 벡터(strataene)의 PvuII 제한효소 부위에 클로닝하였다. 그 다음 색소체 형질전환 벡터인 pZS197(Svab, Z et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 913-917, 1993)에서 16S rRNA 프로모터인 Prrn, 항생제 저항성 유전자인 aadA 유전자, psbA 터미네이터를 NotI 제한효소로 처리하여 NotI-NotI 단편으로 분리하였다. 이를 클리노우 효소로 처리한 다음 앞서 제조한 pUC19 벡터의 trnItrnA 사이에 존재하는 PvuII 제한효소 부위에 도입하여 pLD-RCtV 벡터를 제조하였다(도 1a).The PCR amplification products were treated with Stu I and Eco RV restriction enzymes and then cloned into the Pvu II restriction enzyme site of the pUC19 vector (strataene). Next, the 16S rRNA promoter Prrn , the antibiotic resistance gene aadA gene, psbA terminator in the pZS197 (Svab, Z et al., Proc. Natl. Acad. Sci . USA, 90, 913-917, 1993), a chromosomal transformation vector by treatment with the restriction enzymes Not I was isolated as a Not I- Not I fragment. The pLD - RCtV vector was prepared by treating this with clinow enzyme and then introducing it into the Pvu II restriction site present between trnI and trnA of the pUC19 vector prepared above (FIG. 1A).

시각적으로 형질전환 여부를 구별할 수 있도록 하기 위해, 상기 pLD-RCtV 벡터에 선별 마커 유전자로 GFP(green fluorescent protein) 유전자를 도입하였다. 이를 위해, 벼에서 독성이 없는 것으로 알려진 gfp 유전자의 변형 유전자인 sgfp 유전자를 PCR 방법으로 증폭하였다. 이때, 상기 sgfp 유전자의 앞부분에 리보좀 결합영역(ribosome binding site)을 가지도록 하였다. 상기 sgfp 유전자(서열번호 5)의 PCR 증폭은 pSK-RG 플라스미드(Jang E. et al., Plant Physiol, 129, 1-9, 2002)를 주형으로 하고 하기의 프라이머 쌍(서열번호 6 및 서열번호 7)을 사용하여 수행하였다. 하기 프라이머 서열에서 밑줄은 XbaI 부위를 의미하며 이탤릭체로 표시된 부분은 리보좀 결합 영역을 의미한다.In order to visually distinguish the transformation, a green fluorescent protein (GFP) gene was introduced into the pLD-RCtV vector as a selection marker gene. To this end, the sgfp gene, a variant of the gfp gene known to be nontoxic in rice, was amplified by PCR. At this time, the sgfp gene was to have a ribosomal binding site (ribosome binding site). PCR amplification of the sgfp gene (SEQ ID NO: 5) is based on the pSK-RG plasmid (Jang E. et al., Plant Physiol , 129, 1-9, 2002) and the following primer pairs (SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7) was used. Underscores in the following primer sequences refer to Xba I sites and portions indicated in italics denote ribosomal binding regions.

정방향 프라이머(서열번호 6)Forward primer (SEQ ID NO: 6)

5'- GCTCTAGAGTTGTAGGGAGGGACGTATGGCCAAGGGCGAGGAGCTGTT-3'5'- GC TCTAGA GTTGTAG GGAGG GACGTATGGCCAAGGGCGAGGAGCTGTT-3 '

역방향 프라이머(서열번호 7)Reverse primer (SEQ ID NO: 7)

5'-GCTCTAGATTACTTGTACAGCTCGTCCATG-3' 5'-GC TCTAGA TTACTTGTACAGCTCGTCCATG-3 '

상기 PCR 증폭 산물을 pLD-RCtV 벡터의 aadA 유전자와 psbA의 3'UTR 사이에 존재하는 XbaI 부위에 도입하여 pLD-RCtV-sGFP 벡터를 제조하였다(도 1b 및 도 1c).The PCR amplification product was introduced into the Xba I site existing between the aadA gene of the pLD-RCtV vector and the 3'UTR of psbA to prepare a pLD-RCtV-sGFP vector (FIGS. 1B and 1C).

<실시예 2><Example 2>

형질전환된 벼의 선별을 위한 선별배지 내 스트렙토마이신 함량 및 선별조건의 최적화Optimization of Streptomycin Content and Selection Conditions in Selected Medium for Selecting Transformed Rice

형질전환된 벼의 선별에 사용되는 스트렙토마이신의 최적 농도를 결정하기 위하여, 발아 후 2-3주된 캘러스를 다양한 농도의 스트렙토마이신이 포함된 배지에 치상하고 재분화시켰다. 상기 캘러스는 화청벼 종자를 2,4-디클로로페녹시 아세트산(2,4-D) 2mg/L, 카제인 가수분해물(casein hydrolysate) 1g/L, 수크로오스 (sucrose) 30g/L 및 젤라이트(Gelrite) 2g/L로 이루어진 N6 배지에 파종하여 28℃, 암조건 하에서 2주 내지 3주간 배양하여 수득하였다. To determine the optimal concentration of streptomycin used for the selection of transformed rice, callus 2-3 weeks after germination were dentured and re-differentiated in medium containing various concentrations of streptomycin. The callus is Hwachung rice seed 2,4-dichlorophenoxy acetic acid (2,4-D) 2mg / L, casein hydrolysate 1g / L, sucrose (30g / L) sucrose (gucrite) It was seeded in N6 medium consisting of 2g / L and obtained by incubating for 2 to 3 weeks under 28 ℃, dark conditions.

상기 캘러스를 스트렙토마이신이 각각 0, 100, 200, 500 및 1000mg/L의 농도로 첨가된 MS(Murachige and Skoog) 배지에 치상하고 광조건으로 2달간 배양하였다. 또한, 상기와 동일한 배지에 캘러스를 치상하고 암조건으로 1달간 배양하였다.The callus was wound on MS (Murachige and Skoog) medium to which streptomycin was added at concentrations of 0, 100, 200, 500 and 1000 mg / L, respectively, and cultured under light conditions for 2 months. In addition, callus was dentured in the same medium as above and cultured for 1 month under dark conditions.

실험 결과, 광조건 하에서 스트렙토마이신을 100mg/L로 첨가한 배지에서 배양한 경우 캘러스의 성장은 부분적으로 저해되는 것으로 나타났으며 뿌리가 유도되지 않았다. 또한, 스트렙토마이신을 200mg/L로 첨가한 경우에는 성장이 더욱 저해되는 것으로 나타났다(도 2a). 스트렙토마이신을 500mg/L의 농도로 첨가한 경우에도 캘러스의 성장이 저해되는 것으로 나타났으며 스트렙토마이신의 농도가 1000mg/L인 경우에는 모든 캘러스가 3주 내에 갈색으로 변화되었다.As a result, the growth of callus was partially inhibited when cultured in the medium added with 100 mg / L of streptomycin under light conditions, and roots were not induced. In addition, growth was further inhibited when streptomycin was added at 200 mg / L (FIG. 2A). Callus growth was also inhibited when streptomycin was added at a concentration of 500 mg / L. When streptomycin was at 1000 mg / L, all callus turned brown within 3 weeks.

반면, 암조건 하에서는 스트렙토마이신을 1000mg/L을 첨가한 경우에도 캘러스의 성장은 큰 저해를 받지 않았다(도 2b)In contrast, callus growth was not significantly inhibited even when 1000 mg / L of streptomycin was added under dark conditions (FIG. 2B).

상기 실험 결과로부터, 암조건 하에서는 캘러스가 항생제에 민감하지 않음을 알 수 있었으며 이로 인해 형질전환체의 선별시 암조건 하에서 캘러스를 배양하는 것은 적합하지 않음을 알 수 있었다.From the experimental results, it was found that callus is not sensitive to antibiotics under cancer conditions, and therefore, it was found that culturing callus under cancer conditions was not suitable for selection of transformants.

따라서, 본 발명의 형질전환체는 광조건하에서 선별하는 것이 바람직하며, 배지에 첨가하는 스트렙토마이신의 최적 농도는 부분적으로 성장을 저해하는 것으로 나타난 100mg/L와 캘러스가 거의 성장할 수 없는 경우인 1000mg/L를 제외하고 200mg/L 내지 500mg/L의 농도 범위가 적합함을 알 수 있었다.Therefore, the transformant of the present invention is preferably selected under light conditions, and the optimal concentration of streptomycin added to the medium is 100 mg / L, which is shown to partially inhibit growth, and 1000 mg / L when callus is hardly grown. Except for the concentration range of 200mg / L to 500mg / L was found to be suitable.

<실시예 3><Example 3>

입자 충격법에 의한 벼 색소체의 형질전환 및 재분화Transformation and Regeneration of Rice Pigment by Particle Impact Method

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 벼의 종자로부터 유도한 캘러스를 상기 실시예 1에서 제조한 벼 색소체 형질전환용 벡터인 pLD-RCtV-sGFP DNA를 코팅한 0.6㎛ 지름의 금입자(gold particle)와 PDH-1000/He 유전자 전달 시스템(Bio-Rad)을 사용하여 가속력(acceleration power) 1,100psi, 표적 거리(target distance) 6cm의 조건으로 형질전환하였다. 그 다음 상기 캘러스를 암조건 하에서 28℃로 이틀간 배양하고 NAA 2mg/L, 키네틴 2mg/L, 피트아가(phytagar) 14g/L 및 스트렙토마이신 200mg/L가 첨가된 MS(Murachige and Skoog) 배지에서 50 μE의 광조건으로 배양하여 재분화를 유도하였다. 그 결과, 스트렙토마이신-저항성 캘러스는 선별 배지에서 한달이 지난 후 녹색 스팟으로 나타났고 다음 달에는 캘러스에서 신초가 발생하였다(도 3a).0.6 μm diameter gold particles coated with pLD-RCtV-sGFP DNA, which is a rice pigment transformant vector prepared in Example 1, from callus derived from rice seeds in the same manner as in Example 2, and The PDH-1000 / He gene transfer system (Bio-Rad) was used to transform under conditions of acceleration power (1,100 psi) and target distance (6 cm). The callus was then incubated for two days at 28 ° C. under dark conditions, and in 50 ml of MS (Murachige and Skoog) medium containing 2 mg / L NAA, 2 mg / L kinetin, 14 g / L phytagar and 200 mg / L streptomycin. Re-differentiation was induced by incubating under light conditions of μE. As a result, streptomycin-resistant callus appeared as green spots after one month in the selection medium and shoots developed in the callus the following month (FIG. 3A).

상기 스트렙토마이신에 저항성을 나타내는 캘러스에서 어린잎이 생기면 스트렙토마이신 농도가 300mg/L로 증가된 새로운 배지에 옮겨 치상한 후 동일한 광조건으로한달간 배양하였다. 이 후 스트렙토마이신에 저항성을 나타내는 신초(shoot)를 발근용 배지인 스트렙토마이신 500mg/L가 첨가되어 있고 호르몬이 첨가되지 않은 MS 배지에 치상하여 배양함으로써 뿌리 형성을 유도하였다. When young leaves were formed in the callus showing resistance to streptomycin, the cells were transferred to fresh medium having increased streptomycin concentration to 300 mg / L, and then cultured for one month under the same light conditions. Thereafter, root formation was induced by incubating shoots showing resistance to streptomycin in MS medium containing 500 mg / L of streptomycin, which is a rooting medium, and without hormones.

약 4000개의 캘러스를 사용하여 상기와 같은 방법으로 10번의 독립적인 실험을 수행한 결과, 2개의 독립적인 계통이 선별되었고 재분화되었다(도 3b). 상기 2개의 스트렙토마이신-저항성 계통은 각각 sGFP-1 및 sGFP-2로 명명하였다. Ten independent experiments were performed in this manner using about 4000 callus, resulting in two independent strains selected and redifferentiated (FIG. 3B). The two streptomycin-resistant strains were named sGFP-1 and sGFP-2, respectively.

<실시예 4><Example 4>

색소체 형질전환 벼의 토양 순화시 스트렙토마이신의 최적 처리량 결정Determination of Optimal Throughput of Streptomycin in Soil Purification of Chromosome Transformed Rice

상기 실시예 3에서 선별된 sGFP-1 및 sGFP-2 계통을 토양이 담긴 화분에 옮겨 순화시키고 토양 1L 당 스트렙토마이신 500mg을 일주일 간격으로 처리하였다. 상기 sGFP-1 및 sGFP-2의 유식물이 충분한 수가 되었을 때, 상기 유식물들을 구분하여 각각 별개의 토양이 담긴 3개의 화분에 치상하고 토양 1L 당 스트렙토마이신 500, 1000 및 1500mg을 일주일 간격으로 식물체가 종자를 맺어 수확할 때까지 각각 처리하였다. 이때, 대조군으로는 형질전환하지 않은 벼의 유식물을 사용하였다.The sGFP-1 and sGFP-2 strains selected in Example 3 were transferred to a pot containing soil and purified, and 500 mg of streptomycin per 1 liter of soil was treated at weekly intervals. When the number of seedlings of sGFP-1 and sGFP-2 is sufficient, the seedlings are separated into three pots each containing separate soil and planted with 500, 1000 and 1500 mg of streptomycin per 1 liter of soil at weekly intervals. The seeds were seeded and treated separately until harvested. At this time, a seedling of untransformed rice was used as a control.

실험 결과, 토양 1L 당 스트렙토마이신 500mg을 처리한 경우 형질전환하지 않은 벼는 성장이 저해된 반면, sGFP-1 및 sGFP-2의 유식물의 생장은 영향을 받지 않았으며 종자가 생산되었다. 토양 1L당 스트렙토마이신 1000mg를 처리한 경우에는 형질전환하지 않은 벼의 성장은 크게 저해되는 것으로 나타났으며, sGFP-1 및 sGFP-2의 유식물의 영양 성장은 크게 영향을 받지 않았으나 종자가 소량으로 생산되었다. 토양 1L 당 스트렙토마이신 1500mg을 처리한 경우에는 sGFP-1 및 sGFP-2의 유식물의 생장이 조금 저해되는 것으로 나타났으며 종자도 생산되지 않았다(도 4).As a result, the treatment of 500 mg of streptomycin per liter of soil inhibited growth, whereas the growth of seedlings of sGFP-1 and sGFP-2 was not affected and seeds were produced. When 1000 mg of streptomycin was treated per 1 L of soil, the growth of untransformed rice was significantly inhibited. The trophic growth of sGFP-1 and sGFP-2 seedlings was not significantly affected. Produced. Treatment of 1,500 mg of streptomycin per 1 liter of soil was shown to slightly inhibit the growth of sGFP-1 and sGFP-2 seedlings, and no seeds were produced (FIG. 4).

상기에서 스트렙토마이신의 농도를 달리하여 처리한 각각에서 항생제 저항성을 나타내는 sGFP-1 및 sGFP-2의 유식물체를 선별하여 6개의 개체를 수득하였다.Seedlings of sGFP-1 and sGFP-2 which showed antibiotic resistance in each of the above treated with different concentrations of streptomycin were selected to obtain 6 individuals.

<실시예 6><Example 6>

색소체 형질전환 벼의 게놈 DNA 분석Genomic DNA Analysis of Chromosome Transformed Rice

상기 실시예 5에서 선별된 형질전환 벼들에 sgfp 유전자가 존재하는지를 확인하기 위하여 벼의 게놈 DNA를 PCR 증폭하여 분석하였다.In order to confirm whether the sgfp gene is present in the transformed rice selected in Example 5, genomic DNA of rice was analyzed by PCR amplification.

상기 형질전환 벼의 입 조직으로부터 총 게놈 DNA를 공지된 방법에 따라 추출하였다(Doyle J. et al., Phytochem. Bull. 19, 11-15, 1987). 또한, 대조군으로 사용하기 위해 형질전환되지 않은 야생벼의 입 조직으로부터 동일한 방법으로 총 게놈 DNA를 추출하였다. 상기에서 추출한 게놈 DNA 100ng을 주형으로 하고 DNA 중합효소(Excel Taq DNA polymerase, Corebio, Seoul, South Korea)를 사용하여 sgfp 유전자를 증폭할 수 있는 하기의 프라이머 쌍(서열번호 8 및 서열번호 9)을 사용하여 PCR 증폭하였다. PCR 증폭 조건으로는 94℃에서 30초간 변성, 63℃에서 30초간 어닐링, 72℃에서 40초간 신장하는 단계로 이루어진 과정을 30회 반복하였다. 상기의 PCR 증폭 산물을 아가로스 겔(1%)에서 확인하였다.Total genomic DNA was extracted from the mouth tissue of the transformed rice according to a known method (Doyle J. et al., Phytochem. Bull . 19, 11-15, 1987). In addition, the total genomic DNA was extracted in the same manner from the untransformed wild rice mouth tissue for use as a control. The following primer pairs (SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9) capable of amplifying the sgfp gene using 100 ng of genomic DNA extracted above as a template and DNA polymerase (Excel Taq DNA polymerase, Corebio, Seoul, South Korea) PCR amplification using. PCR amplification conditions were repeated 30 times, consisting of denaturation for 30 seconds at 94 ℃, annealing for 30 seconds at 63 ℃, elongation for 40 seconds at 72 ℃. The PCR amplification product was identified on agarose gel (1%).

sgfp의 정방향 프라이머(서열번호 8)Forward primer of sgfp (SEQ ID NO: 8)

5'-GACCCTGAAGTTCATCTGAC-3'5'-GACCCTGAAGTTCATCTGAC-3 '

sgfp의 역방향 프라이머(서열번호 9)Reverse primer of sgfp (SEQ ID NO: 9)

5'-ACTTGTACAGCT CGTCCATG-3'5'-ACTTGTACAGCT CGTCCATG-3 '

실험 결과, 상기 실시예 5에서 선별된 형질전환 6개의 개체 모두 717bp 크기의 sgfp 유전자가 존재함을 확인할 수 있었다(도 5a 및 5b). As a result, it was confirmed that the six transformants selected in Example 5 had a 717 bp sgfp gene (FIGS. 5A and 5B).

<실시예 7><Example 7>

색소체 형질전환 벼의 서던 블롯 분석Southern blot analysis of chromosomal transgenic rice

상기 실시예 5에서 선별된 형질전환 벼의 색소체 게놈 내에 aadA 유전자가 존재하는지를 확인하기 위하여 서던 블롯 분석을 수행하였다. 이때 상기 실시예 5에서 선별한 6개의 형질전환된 개체 중 토양에 스트렙토마이신을 500mg/L 농도로 처리하여 선별한 2개의 개체를 시료로 사용하였다. Southern blot analysis was performed to confirm the presence of the aadA gene in the chromosomal genome of the transformed rice selected in Example 5. At this time, two individuals selected by treating streptomycin at a concentration of 500 mg / L in the soil among the six transformed individuals selected in Example 5 were used as samples.

상기 실시예 6과 동일한 방법으로 추출한 총 게놈 DNA를 BamHI으로 소화시켜 수득한 DNA 18μg을 시료로 사용하였다. 상기 시료를 0.7% 아가로스 겔에서 분리하고 하이본드-N+ 나일론 막(Amersham)에 옮기고 [α-32P]dCTP로 표지된 aadA에 특이적인 프로브와 혼성화하고 X-레이 필름으로 감광하였다. aadA에 특이적인 프로브는 aadA 유전자를 포함하는 상기 실시예 1의 pLD-RCtV 벡터를 주형으로 하여 하기의 프라이머(서열번호 10 및 서열번호 11)로 PCR 증폭함으로써 제조하였다. PCR 증폭 조건으로는 94℃에서 30초간 변성, 60℃에서 30초간 어닐링, 72℃에서 40초간 신장하는 단계로 이루어진 과정을 30회 반복하였다.Total genomic DNA extracted in the same manner as in Example 6 was digested with BamH I and 18 μg of DNA was used as a sample. The samples were separated on a 0.7% agarose gel and transferred to a high-bond-N + nylon membrane (Amersham), hybridized with probes specific for aadA labeled with [α-32P] dCTP and photosensitive with X-ray film. specific probe in the aadA was produced by PCR amplification with the primers of Example 1 below in the pLD-RCtV vector as the template (SEQ ID NO: 10 and SEQ ID NO: 11) containing the aadA gene. PCR amplification conditions were repeated 30 times, consisting of denaturation for 30 seconds at 94 ℃, annealing for 30 seconds at 60 ℃, elongation for 40 seconds at 72 ℃.

aadA 프로브의 정방향 프라이머(서열번호 10)Forward primer of aadA probe (SEQ ID NO: 10)

5'-GATCGCCGAAGTATCGACTC-3'5'-GATCGCCGAAGTATCGACTC-3 '

aadA 프로브의 역방향 프라이머(서열번호 11)Reverse primer of aadA probe (SEQ ID NO: 11)

5'-ATTTGCCGACTACCTTGGTG-3'5'-ATTTGCCGACTACCTTGGTG-3 '

실험 결과, sGFP-1 및 sGFP-2에서 3.3kb 크기의 단편이 검출되었다(도 6). 이로부터 상기 sGFP-1 및 sGFP-2에 aadA 유전자가 존재하고 발현됨을 확인할 수 있었다.As a result, 3.3 kb fragments were detected in sGFP-1 and sGFP-2 (FIG. 6). From this it was confirmed that the aadA gene is present and expressed in the sGFP-1 and sGFP-2.

<실시예 8><Example 8>

형질전환 벼의 색소체 게놈 내에 목적 유전자가 부위 특이적으로 도입되었는지 여부 조사Investigation of site-specific introduction of the target gene into the chromosomal genome of transgenic rice

상기 실시예 5에서 선별된 형질전환 벼의 색소체 게놈 내에 부위 특이적으로 sgfpaadA 유전자가 인테그레이션되었는지를 확인하기 위하여 벼의 게놈 DNA를 PCR 증폭하여 분석하였다.In order to confirm whether site-specific sgfp and aadA genes were integrated in the chromosomal genome of the transformed rice selected in Example 5, genomic DNA of rice was analyzed by PCR amplification.

형질전환 벼의 총 게놈 DNA는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 추출하고 게놈 DNA 100-500ng을 주형으로 하여 벼 색소체의 왼쪽 경계면 및 오른쪽 경계면을 각각 증폭할 수 있는 하기의 프라이머 쌍(서열번호 12 내지 서열번호 15)을 사용하여 PCR 증폭하였다. The total genomic DNA of the transformed rice was extracted in the same manner as in Example 6, and the following primer pairs (SEQ ID NOs 12 to 12) capable of amplifying the left and right interfaces of rice plastids, respectively, using 100-500 ng of genomic DNA as a template. PCR amplification using SEQ ID NO: 15).

왼쪽 경계면 정방향 프라이머(서열번호 12)Left interface forward primer (SEQ ID NO: 12)

5'-TCAGCCATACGGCGGTGAATCCG-3'5'-TCAGCCATACGGCGGTGAATCCG-3 '

왼쪽 경계면 역방향 프라이머(서열번호 13)Left interface reverse primer (SEQ ID NO: 13)

5'-CCGCGTTGTTTCATCAAGCCTTACG-3'5'-CCGCGTTGTTTCATCAAGCCTTACG-3 '

오른쪽 경계면 정방향 프라이머(서열번호 14)Right interface forward primer (SEQ ID NO: 14)

5'-CGGGATCACTCACGGCATGGACGAG-3'5'-CGGGATCACTCACGGCATGGACGAG-3 '

오른쪽 경계면 역방향 프라이머(서열번호 15)Right interface reverse primer (SEQ ID NO: 15)

5'-TACCATAGAGGCCAACGATAGACAATAA-3'5'-TACCATAGAGGCCAACGATAGACAATAA-3 '

왼쪽 경계면의 PCR 증폭은 94℃에서 30초간 변성, 63℃에서 30초간 어닐링 및 72℃에서 2분간 신장하는 단계로 이루어진 과정을 35회 반복하여 수행하였다.PCR amplification of the left interface was carried out in 35 cycles consisting of denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 63 ° C. for 30 seconds, and extension at 72 ° C. for 2 minutes.

오른쪽 경계면의 PCR 증폭은 94℃에서 30초간 변성, 63℃에서 30초간 어닐링, 72℃에서 1분 30초간 신장하는 단계로 이루어진 과정을 10회 반복한 다음 94℃에서 30초간 변성, 60℃에서 30초간 어닐링, 72℃에서 1분 30초간 신장하는 단계로 이루어진 과정을 25회 반복하여 수행하였다.PCR amplification of the right interface was repeated 10 times with denaturation at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 63 ° C for 30 seconds, and extension at 72 ° C for 1 minute and 30 seconds, followed by denaturation at 94 ° C for 30 seconds, and 30 ° at 60 ° C. The process consisting of annealing for 1 second and stretching for 1 minute and 30 seconds at 72 ° C. was repeated 25 times.

상기의 PCR 증폭 산물을 아가로스 겔(1%)에서 확인한 후 겔 상의 DNA 만을 순수분리하여 pGEM-T Easy 벡터(Promega, Madison, WI)에 클로닝하고 서열분석회사인 코아바이오사에 의뢰하여 서열을 분석함으로써 aadAgfp 유전자의 삽입된 위치가 벼의 색소체 게놈안의 trnItrnA 사이 부분임을 확인하였다.After confirming the PCR amplification product on an agarose gel (1%), only DNA on the gel was purified and cloned into pGEM-T Easy vector (Promega, Madison, WI) and commissioned by Coabio Co., Ltd., a sequencing company. The analysis confirmed that the insertion position of the aadA and gfp genes is the part between trnI and trnA in the rice chromosomal genome.

실험 결과, 형질전환 벼들에서 각각 1.9kb 및 1.3kb 크기의 벼 색소체의 왼쪽 경계면 단편(도 7a) 및 오른쪽 경계면 단편이 검출되었다(도 7b). 상기 PCR 증폭 산물의 서열을 분석한 결과, aadA 유전자와 sgfp 유전자가 벼의 색소체 게놈안의 trnI trnA 유전자 사이에 존재함을 확인할 수 있었다(결과 미도시).As a result of the experiment, the left interface fragment (Fig. 7a) and the right interface fragment of the rice pigment body of 1.9kb and 1.3kb size were detected in the transformed rice (Fig. 7b). As a result of analyzing the sequence of the PCR amplification product, it was confirmed that aadA gene and sgfp gene exist between trnI and trnA genes in rice chromosomal genome (result not shown).

<실시예 9>Example 9

색소체 형질전환 벼의 웨스턴 블롯 분석Western Blot Analysis of Chromosome Transformed Rice

상기 실시예 5에서 선별된 형질전환 벼에서 GFP가 발현되는지 여부를 웨스턴 블롯 분석법으로 조사하였다.Whether or not GFP is expressed in the transformed rice selected in Example 5 was examined by Western blot analysis.

상기 형질전환 벼의 잎 조직으로부터 가용성 단백질을 단백질 추출용 완충액(0.1M Tris-HCl, pH 8.3, 0.5M NaCl, 5mM 디티오트레이톨, 5mM EDTA, 2mM 페닐메틸설포닐플루오라이드)을 사용하여 추출하였다. 대조군으로 사용하기 위해 형질전환되지 않은 벼의 잎으로부터 상기와 동일한 방법으로 단백질을 추출하였다. 상기에 서 추출한 가용성 단백질 2μg을 12% SDS-PAGE 젤에서 전기영동하고 면역블롯팅을 수행하기 위해 니트로셀룰로오스 막(Amersham)으로 옮겼다. 일차 항체로는 단클론 항-GFP(Sigma)를 1:500으로 희석하여 사용하였고, 이차 항체로는 알카라인 포스파타아제 결합 염소-항마우스 IgG(Sigma)를 1:10,000으로 희석하여 사용하였다. GFP의 검출은 BCIP/NBP 콤보(Gibco BRL)를 사용하여 수행하였다.Soluble protein is extracted from the leaf tissues of the transformed rice using protein extraction buffer (0.1M Tris-HCl, pH 8.3, 0.5M NaCl, 5mM dithiothreitol, 5mM EDTA, 2mM phenylmethylsulfonylfluoride) It was. Protein was extracted in the same manner as above from the leaves of untransformed rice for use as a control. 2 μg of the soluble protein extracted above was electrophoresed on a 12% SDS-PAGE gel and transferred to a nitrocellulose membrane (Amersham) for immunoblotting. As a primary antibody, monoclonal anti-GFP (Sigma) was diluted 1: 500, and as a secondary antibody, alkaline phosphatase-binding goat-antimouse IgG (Sigma) was diluted 1: 10,000. Detection of GFP was performed using BCIP / NBP combo (Gibco BRL).

실험 결과, sGFP-1 및 sGFP-2 계통에서 27kDa의 밴드가 생성되었고 이로부터 sGFP가 생성되었음을 확인하였다(도 8).As a result, it was confirmed that a band of 27 kDa was generated in the sGFP-1 and sGFP-2 lines, and sGFP was generated therefrom (FIG. 8).

<실시예 10><Example 10>

색소체 형질전환 벼의 자손 획득 및 분석Acquisition and Analysis of Progeny of Chromosome Transformed Rice

상기 실시예 5에서 선별된 색소체 형질전환된 벼를 자가수정하여 종자를 수득하고 상기 종자를 스트렙토마이신 농도가 100mg/L이며 호르몬이 첨가되지 않은 MS 배지에 파종하여 28℃에서 광조건으로 2주간 배양하였다. 배양된 벼를 공초점형광현미경으로 관찰하여 GFP의 발현여부를 조사하였다. 또한, 상기 GFP가 형질전환된 벼의 엽록체(chloroplast)에 위치해 있는지를 확인하였다. 즉, 상기 색소체 형질전환 벼의 자손에 488nm 여기 파장과 510nm의 방출파장 필터를 사용하여 레이저를 조사하고 녹색의 GFP 형광이 발현되는지를 공초점형광현미경(Carl Zeiss 510 CLSM, Jena, Germany)을 사용하여 확인하였다.Seeds were obtained by self-correcting the chromosomal transformed rice selected in Example 5 and seeding the seed in MS medium having a streptomycin concentration of 100 mg / L and no hormone, and incubated under light conditions at 28 ° C. for 2 weeks. . The cultured rice was observed by confocal fluorescence microscopy to investigate the expression of GFP. In addition, it was confirmed whether the GFP is located in the chloroplast of transformed rice. In other words, using a 488 nm excitation wavelength and a 510 nm emission wavelength filter on the progeny of the chromosomal transgenic rice, the laser was irradiated and the green GFP fluorescence was expressed using a confocal fluorescence microscope (Carl Zeiss 510 CLSM, Jena, Germany). Confirmed by.

실험 결과, 엽록체, 어린 엽록체 및 잎 표피에서 sGFP 형광이 나타났다(도 9). 따라서, 벼 색소체에 삽입된 유전자가 다음 세대로 전이됨을 확인할 수 있었다.Experimental results showed sGFP fluorescence in chloroplasts, young chloroplasts and leaf epidermis (FIG. 9). Therefore, it was confirmed that the gene inserted into the rice plastid is transferred to the next generation.

본 발명에 따른 식물의 색소체 형질방법은 식물의 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환함으로써 형질전환체가 성체로 발달하여도 형질전환 된 색소체가 소멸되지 않으며 색소체에 이식된 유전자가 다음 세대로 전달되는 효과가 있다.
In the method for transforming a plant in accordance with the present invention, the plant's callus is transformed with a vector for transforming the plant, and even when the transformant is developed into an adult, the transformed pigment is not destroyed and the gene transplanted into the pigment is transferred to the next generation. It works.

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Claims (11)

(a) 벼의 종자, 조직 및 세포 현탁액으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 캘러스 유도용 배지에서 배양하여 캘러스를 유도하는 단계;(a) inducing callus by culturing any one selected from the group consisting of rice seed, tissue and cell suspension in a callus induction medium; (b) 상기 (a) 단계의 벼의 캘러스를 색소체 형질전환용 벡터로 형질전환하는 단계;(b) transforming the callus of the rice of step (a) with a vector for transforming the pigment; (c) 상기 (b) 단계에서 형질전환된 캘러스를 선별 배지에서 배양하여 형질전환된 캘러스를 선별하는 단계;(c) selecting the transformed callus by culturing the callus transformed in step (b) in a selection medium; (d) 상기 (c) 단계에서 선발된 캘러스를 발근용 배지에서 배양하여 뿌리를 유도하고 토양에 옮겨 순화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벼의 색소체 형질전환 방법.(d) culturing the callus selected in step (c) induce the roots by incubating the medium for rooting and transfer to the soil, characterized in that it comprises the step of transforming the pigments of rice. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 색소체 형질전환용 벡터는 상동 재조합 부위의 왼쪽 경계면 영역, 선별 마커, 목적 유전자 및 상동 재조합 부위의 오른쪽 경계면 영역을 포함하고 있는 것임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the vector for transforming the chromatin in step (b) comprises a left boundary region of the homologous recombination site, a selection marker, a target gene, and a right interface region of the homologous recombination site. 제5항에 있어서, 상기 선별 마커는 스트렙토마이신 저항성 유전자이고 상동 재조합 부위의 왼쪽 경계면 영역 및 오른쪽 경계면 영역이 각각 벼의 trnItrnA 유전자임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein the selection marker is a streptomycin resistance gene and the left and right interface regions of the homologous recombination site are trnI and trnA genes of rice, respectively. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 형질전환은 입자 충격법(particle bombardment)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the transformation of step (b) is performed by particle bombardment. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 캘러스를 형질전환한 다음 항생제가 포함되지 않은 N6 또는 MS배지에서 암조건으로 25∼30℃로 1∼3일간 배양하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising the step of transforming the callus in the step (b) and then incubating for 1 to 3 days at 25 to 30 ℃ under cancer conditions in N6 or MS medium containing no antibiotics. How to. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 형질전환된 캘러스의 선별은 상기 (b) 단계에서 형질전환된 캘러스를 100∼500mg/L의 항생제가 포함된 MS 배지에서 광조건으로 배양하여 항생제에 저항성을 나타내는 캘러스를 일차적으로 선발한 다음 이를 다시 300∼500mg/L의 항생제가 포함된 MS 배지에 옮겨 치상한 후 배양하여 항생제 저항성 캘러스를 이차적으로 선별함으로써 수행되는 것임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the selection of the callus transformed in step (c) is resistant to antibiotics by culturing the callus transformed in step (b) under light conditions in MS medium containing 100-500 mg / L of antibiotics. The method is characterized in that it is carried out by first selecting the callus showing the first and then incubated in the MS medium containing an antibiotic of 300 to 500mg / L and then cultured to secondary screening antibiotic-resistant callus. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 발근용 배지는 항생제가 300∼1000mg/L가 포함되어 있고 호르몬이 첨가되지 않은 MS 배지임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the rooting medium of step (d) is characterized in that the MS medium containing 300 to 1000mg / L of antibiotics and no hormone is added. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 식물체를 토양에 옮겨 순화시킬 때 일주일 간격으로 토양 1L 당 500∼1500mg의 항생제를 상기 식물체가 종자를 맺어 수확할 때 까지 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1, wherein in the step (d), the plant is treated with 500 to 1500 mg of antibiotic per liter of soil at a weekly interval until the plant is seeded and harvested.
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