Agrobacterium을 이용한 형질전환 기법은 가장 경제적이며, genome 내에 적은 수의 DNA 복사본을 안정적으로 도입할 수 있는 효과적인 방법 중 하나로 알려져 있다. 최근에는 이 기법이 벼, 밀, 보리, 사탕수수 등 다양한 식물에 대한 형질전환에 사용되고 있다. 하지만, 환경 스트레스로 인해 발생하는 ROS(Reactive Oxygen Species)는 세포막 파괴, 단백질 분해, DNA 합성 억제 등을 일으키며 심한 경우 식물체의 사멸을 초래한다. 이러한 스트레스를 방어하기 위해 식물체 내에서는 다양한 항산화 효소와 저분자 항산화물질이 활성산소 제거에 관여한다. 따라서 이러한 항산화기구를 효과적으로 조절하면 식물의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
<h1>톨 페스큐 형질전환 방법에 관한 연구 동향</h1> <p>지금까지 톨 페스큐의 형질전환을 위해 사용된 방법에는 protoplast를 이용한 유전자의 직접도입법 (Wang et al. 1992; Ha et al. 1992; Dalton et al. 1995; Kuai et al. 1999), 현탁배양 세포로부터 선발한 재분화율이 높은 특이 품종을 선발한 후, 미분화 세포에 bombardment를 이용한 형질전환(Spangenberg et al. 1995 ; Cho et al. 2000; Wang et al. 2001; Wang et al. 2003; Chen et al. 2003; Chen et al. 2004; Hu et al. 2005) 등이 보고된 바 있다. 그러나 이러한 형질전환기법은 고가의 장비를 요구하고 특히 식물체의 genome내에 도입유전자가 복수의 copy 수로 삽입되어 내재성 유전자의 불활성화, 도입유전자의 크기에 따른 제한, 염색체의 재배치, 유전성의 복잡성 등으로 인해 널리 보급되고 있지 못한 실정이다.</p> <p>이에 비해 Agrobacterium을 이용한 형질전환 기법은 가장 경제적이며 genome 내에 \( 1 \sim 2 \) copy의 적은 copy 수로 도입되며, 특히 비교적 분자량이 큰 DNA 단편도 안정적으로 도입하는 것이 가능한 매우 효율적인 형질전환 기법 중에 하나로 알려져 있다. 지금까지의 Agrobacterium 법에 의한 형질전환은 주로 쌍자엽 두과식물에는 많이 이용되어 왔으나, 단자엽 화본과 식물 형질전환에는 낮은 형질전환 효율로 인하여 제한적으로 이용되어 왔다. 하지만 최근 Agrobacterium 법에 의한 화본과 식물의 형질전환에 대한 보고가 벼, 밀, 보리, 사탕수수 및 수수 등에서도 보고되어 다른 화본과 작물로의 응용범위가 점점 넓어지고 있다. 한편 Agrobacterium을 이용한 톨 페스큐의 형질전환은 Lee 등 (Lee et al. 2004)에 의해 최초로 보고되었으며, 그 형질전환 프로토콜과 배지조성은 Table 2에 나타낸 바와 같다.</p> <p>그 이후로 지난 몇 년 동안 Table 1 에 나타낸 바와 같이 다양한 유용 유전자들이 도입된 톨 페스큐 형질전환체가 Agrobacterium 형질전환법을 이용하여 개발되었다 (Lee et al. 2004; Dong and Qu 2005; Wang and Ge 2005; Lee et al. 2007; Zhao et al. 2007; Lee et al. 2008; Cao et al. 2009).</p> <h1>톨 페스큐 형질전환식물체 개발에 관한 연구 동향</h1> <h2>환경 스트레스 저항성 톨 페스큐</h2> <p>목초나 사료작물들은 초지나 사료포장에 파종되는 순간부터 병층해와 같은 생물적 스트레스뿐만 아니라 건조, 고온, 저온, 염 및 중금속 등의 물리·화학적인 환경스트레스에 직면하게 된다. 이와 같은 각종 스트레스에 노출되면 생체 내에서 필수원소인 산소 \( \left ( \mathrm { O } _ { 2 } \right ) \)가 superoxide radical \( \left ( \cdot \mathrm { O } _ { 2 } \right ) \), hydrogen peroxide \( \left ( \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 } \right ) \), hydroxyl radical \( ( \cdot \mathrm { OH } ) \) 등과 같은 반응성이 높은 독성의 활성산소종 (reactive oxygen species, ROS)으로 변하게 된다 (Foyer et al. 1994; Asada 1999). 이들 ROS는 강력한 산화력을 가지고 있어서 세포막의 파괴, 단백질 분해, DNA 합성 억제, 광합성반응 억제, 엽록체 파괴 등 생체 내에서 심각한 생리적인 장해를 주며 심할 경우는 식물체가 고사하게 된다. 이러한 환경스트레스에 대해 방어하기 위해 superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) 등과 같은 항산화효소와 ascorbate (vitamin C, ascorbic acid), 비타민 E (tocopherol), glutathione 등의 저분자 항산화물질이 식물체내에서 활성산소 제거에 관여한다 (Foyer et al 1994; Noctor and Foyer 1998). 특히 식물세포에 있어서 엽록체는 고농도의 산소와 광합성 전자전달계가 존재하는 세포내 소기관이기 때문에 외부의 환경스트레스를 받으면 다량의 활성산소가 생성되어 직접적으로 손상을 받아 작물의 생산성 감소를 초래한다. 따라서 복합적인 환경스트레스 하에서도 내성을 가지도록 엽록체의 항산화기구를 효율적으로 제어할 수 있다면 식물의 생산성 향상에 크게 기여할 수 있을 것이다.</p>