sCAX1 형질전환 \( \mathrm { T } _ { 2 } \) 집단을 통해 칼슘이온 내부 이동과 BER 발생을 줄이는 종자를 개발할 수 있다. 칼슘은 식물의 필수 원소로, 신호전달과 외부자극에 반응하는 역할을 하며, 사람이 흡수할 수 있는 채소로는 유효칼슘 함량이 낮다. 칼슘부족으로 인한 채소류의 장해현상은 토마토 과실의 암술부착 부위 갈변(BER)과 생장점 조직이나 엽채류의 잎 끝에서 나타난다. CRT 형질전환 '탐나라'와 sCAX1 형질전환 'FM9'간 교배조합 작성 및 표현형 검정을 통해 칼슘이온 내부 이동과 BER 발생을 줄이는 종자를 개발할 수 있다.
<h1>서 론</h1> <p>칼슘은 식물체를 구성하는 필수원소인 동시에 다양한 외부자극에 반웅한 식물의 세포내 신호전달과정에도 중요한 역할을 담당한다. 따라서 흡수되는 칼슘의 절대적 양이 적거나 특정 조직으로 칼슘이온의 이동이 어려워지면 그 식물체는 피해를 받게 되고 생산성은 감소된다. 또한 대부분의 채소는 사람이 흡수할 수 있는 유효칼슘 함량이 낮다는 점에서 풍부한 유효칼슘을 다량 보유한 채소롤 개발하는 것은 의미 있는 일이라 할 수 있다.</p> <p>칼슘결핍으로 인한 채소류의 장해현상은 비교적 손쉽게 관찰되는데, 특히 토마토 과실의 암술부착 부위 갈변(배꼽썩읍병: blossom-end rot, BER)과 엽채류의 잎 끝 또는 생장점 조직에서 나타나는 갈변 (tip-burn)이 대표적이다. BER은 토마토 생산성에 큰 영향을 미치며 칼슘과 관련된 복잡한 원인에 의해 발생하지만 층분한 양의 칼슘이온이 식물체내로 흡수되더라도 급속히 비대증인 과실로 칼슘이온이 층분히 이동되지 않는 경우에도 발생할 수 있다.</p> <p>토마토의 BER 발생을 줄이고. 유효칼슘 함량을 높여 영양가치를 향상하기 위한 분자유전화적 방법으로 칼슘수송체 또는 캅슘결합단백질의 발현 조절을 고려할 수 있다. 실제로 액포막에 소재하는 칼숨수송체의 하나인 \( \mathrm { H } ^ { + } / \mathrm { Ca } ^ { 2 + } \) antiporter (CAX1)<split></split>육성하고, 다시 집단별로 PCR분석을 실시하여 \( \mathrm { T } _ { 2 } \) 집단의 고정여부틀 판단하였다. 고정된 \( \mathrm { T } _ { 2 } \) 집단의 종자는 탈이온수를 공급한 여과지에 치상하여 발아양상을 관찰하였다. 최아된 종자는 상토 (Choroggy: Nongwoobio, Suwon, Korea)가 담긴 50 공 plug tray에 파종한 후 육묘하여 본엽 2 매 시점에 'FM9' WT와의 접목에 이용하였는데 대목과 접수는 형질전환체 여부에 따라 교호로 달리하였다. 무접목 sCAX1 형질전환체와 교호 접목묘는 본엽 \( 5 \sim 6 \) 매 시점에 상토와 밭흙이 \( 4: 1 \) 로 혼합된 용토가 담긴 \( 25 \times 25 \ mathrm { ~cm } \) pot에 정식하여 재배하면서 생육특성을 검정하였다. 재배중 각 pot는 동일한 방식으로 수돗물로 관수틀 하였으며 어떠한 시비도 하지 않았다.</p> <p>CRT 형질전환 '탐나라와 sCAX1 형질전환 'FM9'간 교배조합 작성 및 표현형 검정</p> <p>sCAX1 의 발현이 토마토 과실에 심한 BER 을 유발함으로써 종자 수확량이 낮다는 점을 고려하여 종자친과 화분친을 선정하였다. PCR 분석을 통해 CRT유전자 단편의 증폭이 확인되고 RT-PCR 분석을 통해 CRT의 전사가 상대적으로 강한 형질전환 \( \mathrm { T } _ { 0 } \) 세 대 '탐나라' 2 개체를 선택하여 종자친으로 사용하였고 도입 당시의 sCAX1 형질전환 T1 세대인 'FM9' (hemizygote)을 화분친으로 사용하여 인공교배 하는 한편 대조구로 비형질전환체간 교배도 동시에 수행하였다. CRT 형질전환 종자친으로부터 \( \mathrm { F } _ { 1 } \) 종자를 수확하여 전술한 sCAX1 형질전환체의 표현형 검정에서와 동일한 방법으로 최아, 파종 및 재배하면서 tip bum과 BER 발생양상 등의 표현형을 관찰하였다. 한편, 생육중인 \( \mathrm { F } _ { 1 } \) 식물체의 어린잎으로부터 DNA를 추출하고 PCR 에 의한 CRT, HPTII 및 sCAX1 유전자 단편의 증폭 여부를 확인한 후 역추적하여 최아 당시와 생육 중인 각 개체에 도입된 유전자의 종류를 판정하고 그에 따른 식물체의 표현형을 구분하였다.</p> <h2>결과 및 고찰</h2> <h3>sCAX1 형질전환 고정집단 선발과 형질전환체의 표현형</h3> <p>sCAX1 형질전환 \( \mathrm { T } _ { 2 } \) 집단 각 개체를 대상으로한 목표 유전<split></split><split></split>과 BER이 경감될 수 있다는 것으로 요약할 수 있다. 고칼슘 토마토는 식품적 측면에서 상당히 매력적인 대상이며 칼슘 결핍으로 인한 BER은 토마토 생산성을 떨어뜨리는 주범인 동시에 그 내성은 육종목표 중 하나이다. 다른 종류의 세포소기관 칼슘수송체를 발현시키거나 sCAXI 의 발현량을 조절할 수 있는 인자 (promoter)를 달리함으로써 풍부한 칼슘을 가진 토마토를 개발 할 수 있다는 보고가 있지만 토마토의 tip-bum과 BER 발생의 기작을 층분히 이해하는 것도 기존 품종의 안정생산과 교배육종 측면에서 중요하다고 하겠다.</p> <h2>적 요</h2> <p>본 연구는 칼슘 수송체의 하나인 sCAXI가 칼슘결합단백질의 하나인 CRT가 토마토에서 발현했을 때 tip-burn과 배꼽썩음병 (BER)이 토마토의 전 생육기간에 걸쳐 어떠한 양상으로 나타나는지를 관찰하는 것에 초점을 맞추어 수행하였고, 최종 연구 결과는 CRT 공동발현이 sCAXI 발현에 의해 야기된 병징을 억제시킬 수 있음을 확인시켰다. 양분공급이 불량한 환경하에 놓인 sCAXI 단독 발현 토마토 식물체는 그 근단 조직, 정단 조직 및 과실의 암술부착부위 조직에 토마토 재배 농가포장에서 빈번하게 관찰되는 칼슘결핍 증상가 일치하는 괴사현상을 나타내었다. sCAXI 형질전환체와 비형질전화체를 각각 대목과 접수로 달리 사용한 교호접목 실험을 통해 sCAXI 발현에 따른 tip-bum 병징이 토양으로부터의 칼슘이온 흡수에 장애를 받아 생긴 결과가 아님을 확인하였다.</p> <p>형질전환을통해 CRT 발현 토마토틀 획득한 후 CRT 가 sCAXI에 의한 불량한 특성 발현을 제어할 수 있는지 확인하기 위하여 양자간 교배조합을 작성하였다. sCAXI과 CRT 를 토마토에서 공동발현 시켰을 때 완벽하지는 않지만 양극 조직의 괴사와 BER이 뚜렷하게 감소되었다. 본 연구의 결과를 바탕으로 sCAXI 발현에 의해 방해 받은 세포 내 칼슘 이온 관련 어떤 기구는 CRT 공동발현을 통해 복구될 수있다는 하나의 모델을 제시할 수 있을 것이다.</p>