KR100838699B1 - Technique of Cryopreservation Using Somatic Embryo in Japanese Larch Larix leptolepis and Induction of Embryogenic Culture - Google Patents

Technique of Cryopreservation Using Somatic Embryo in Japanese Larch Larix leptolepis and Induction of Embryogenic Culture Download PDF

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Abstract

본 발명은 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온 저장 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유도된 체세포배를 탈수처리하여 액체질소에 저장 및 해동시키는 단계와, 해동된 체세포에 증류수를 흡수시켜 배발생조직 유도배지에서 치상하여 암소배양하여 배발생조직을 재유도시키는 단계로 구성된다.The present invention relates to a cryogenic storage technology using larch somatic embryos. More specifically, the induced somatic embryos are dehydrated and stored and thawed in liquid nitrogen, and the thawed somatic cells are absorbed by distilled water, and the embryos are incubated in embryogenic tissue-derived media to reinduce embryonic tissues. It is composed.

본 발명은 종래의 액상 배발생세포 방법 보다 전처리가 간단하고, 고가의 세포동결기가 없어도 액체질소속으로 장기저장이 가능한 초저온저장 기술이다. 또한 초저온저장시 DMSO(dimethylsulphoxide)를 사용하지 않으므로 상대적으로 체세포배 변이발생 가능성이 훨씬 낮다. 그리고 본 발명의 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온저장 기술을 활용하면 향후 침엽수종의 귀중한 생식질의 초저온저장을 통하여 체세포배 유도와 같은 생물공학 기술과 적용이 가능해져 내충성 등 우수 침엽수종의 대량증식 및 보급이 가능할 것으로 기대된다. The present invention is a cryogenic storage technology that is simple to pretreatment than the conventional liquid embryonic cell method, and can be stored for a long time in liquid nitrogen even without expensive cell freezing. In addition, since cryogenic storage does not use DMSO (dimethylsulphoxide), the somatic embryo mutation is relatively less likely to occur. And by utilizing the cryogenic storage technology using the larch somatic embryo of the present invention, it is possible to apply and apply biotechnology such as somatic embryo through the cryogenic storage of valuable germplasm of coniferous species in the future. It is expected to be possible.

낙엽송, 체세포배, 초저온저장, 배발생조직 유도 Larch, Somatic Embryos, Cryogenic Storage, Embryonic Tissue Induction

Description

낙엽송 체세포배를 이용한 초저온저장 기술 및 배발생조직 유도방법{Technique of Cryopreservation Using Somatic Embryo in Japanese Larch (Larix leptolepis) and Induction of Embryogenic Culture}Technology for Cryopreservation Using Somatic Embryo in Japanese Larch (Larix leptolepis) and Induction of Embryogenic Culture}

도 1은 배지농도 및 재수화 (rehydration) 처리 기간에 따른 배발생조직 유도의 효과를 나타내는 그래프이다1 is a graph showing the effect of embryogenic tissue induction according to the medium concentration and rehydration treatment period.

도 2는 배지농도 및 체세포배 유형에 따른 배발생조직 유도의 효과를 나타내는 그래프이다Figure 2 is a graph showing the effect of embryogenic tissue induction according to the medium concentration and somatic embryo type

도 3은 Solute 종류에 따른 배발생조직 유도의 효과를 나타내는 그래프이다Figure 3 is a graph showing the effect of embryogenic tissue induction according to the type of Solute

도 4는 탈수온도 및 기간에 따른 배발생조직 유도의 효과를 나타내는 그래프이다4 is a graph showing the effect of embryogenic tissue induction according to dehydration temperature and duration.

도 5는 저장온도 및 저장기간에 따른 배발생조직 유도의 효과를 나타내는 그래프이다5 is a graph showing the effect of induction of embryonic tissue according to storage temperature and storage period.

도 6은 기존의 배발생세포 및 체세포배를 이용한 초저온저장 방식간의 기술적인 차이를 설명하는 비교사진이다Figure 6 is a comparative photograph illustrating the technical difference between the cryogenic storage method using the existing embryonic development cells and somatic embryos.

(a: 기존의 배발생세포을 이용, b: 체세포배를 이용한 초저온저장)(a: using existing embryogenic cells, b: ultra-low temperature storage using somatic embryos)

도 7은 본 발명에 사용될 낙엽송 체세포배를 한곳에 모은 사진이다Figure 7 is a photograph of larch somatic embryos to be used in the present invention in one place

도 8은 체세포배의 탈수처리를 위해 체세포배를 24-well 속으로 치상한 사진이다FIG. 8 is a photograph of the somatic embryo in 24-well for dehydration of the somatic embryo.

도 9는 체세포배의 초저온저장을 위해 액체질소 탱크속으로 저장하는 사진이다Figure 9 is a photograph stored in the liquid nitrogen tank for cryogenic storage of somatic embryos

도 10은 초저온저장 후 약 35℃의 미지근한 물속에서 동결된 체세포배를 급속 해동하는 사진이다10 is a photograph of rapid thawing of frozen somatic embryos in lukewarm water at about 35 ° C. after cryogenic storage

도 11은 급속 해동된 체세포배를 재수화 처리를 위해 멸균증류수를 적신 종이필터위에 치상한 사진이다 FIG. 11 is a photograph of a thawed somatic embryo on a paper filter moistened with sterile distilled water for rehydration.

도 12는 초저온저장 유래 체세포배로부터 2,4-D (2,4-Dichlorophenoxyacetic acid) 및 BA (Benzyladenine) 가 첨가된 배지에서 배발생조직이 재발생되는 사진이다FIG. 12 is a photograph showing regeneration of embryonic tissue in a medium to which 2,4-D (2,4-Dichlorophenoxyacetic acid) and BA (Benzyladenine) are added from somatic embryos derived from cryogenic storage.

도 13은 도 12의 증식중인 배발생조직의 근접사진이다FIG. 13 is a close-up photograph of the developing embryonic tissue of FIG. 12. FIG.

본 발명은 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온 저장 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유도된 체세포배를 탈수처리하여 액체질소에 저장 및 해동시키는 단계와, 해동된 체세포에 증류수를 흡수시켜 배발생조직 유도배지에서 치상하여 암소배양하여 배발생조직을 유도시키는 단계로 구성된다.The present invention relates to a cryogenic storage technology using larch somatic embryos. More specifically, dehydrated somatic embryos are stored and thawed in liquid nitrogen and absorbed distilled water into thawed somatic cells to induce embryonic tissues by incubating them in embryonic tissue-derived medium. do.

체세포배로부터 유도된 임목을 야외검정 시험 등으로 우수한 형질을 지닌 식물체로 판명되어 대량증식이 필요로 할 때 그 대상이 되는 모수의 조직은 이미 성숙되어 접, 삽목과 같은 기존 증식법으로는 더 이상 용이하게 증식시킬 수 없다. 따라서 야외검정 시험이 시작되는 동시에 시험대상이 되는 모수의 배발생세포를 액체질소에 초저온저장 시킴으로써 형질검정이 끝날 때까지 세포를 활력 손실 없이 장기간 저장은 필수적이다(Chen and Kartha 1987; Gupta et al. 1987). 이때 초저온저장시 가장 많이 이용하는 재료는 배발생세포 혹은 조직인데 이러한 세포로부터 체세포배형성 및 식물체생산이 가능한 체세포배 유도 기술연구가 현재 많은 주목 받고 있다. 따라서 최근 침엽수종에서도 배발생조직을 이용한 초저온저장이 가능해져 클론번식(Charest and Klimaszewska 1995a, b)이 가능하게 되었다.When a tree derived from somatic embryos is found to be a plant with excellent traits by field test, etc., when mass growth is needed, the tissues of the target parameters are already mature and no longer exist by conventional growth methods such as grafting and cutting. It cannot be easily propagated. Therefore, long-term storage of vital cells without any loss of vitality until the end of the transfection is essential by storing cryogenic embryonic cells of the target parameters in liquid nitrogen at the same time as the field assay (Chen and Kartha 1987; Gupta et al. 1987). At this time, the most commonly used material for cryogenic storage is embryogenic cells or tissues. Somatic embryo development and somatic embryo induction technology research from these cells is currently attracting much attention. Therefore, in recent years coniferous species have been able to cryogenic storage using embryogenic tissue, and clone propagation (Charest and Klimaszewska 1995a, b) has become possible.

Gupta 등 (1987)은 Picea abies 및 Pinus taeda의 배발생세포를 -196℃의 액체질소에 10분간 초저온저장 후 활력이 있는 조직으로 재생장시키는 데 성공했다. Gupta et al. (1987) succeeded in regenerating the embryogenic cells of Picea abies and Pinus taeda into vigorous tissues after cryogenic storage in liquid nitrogen at -196 ° C for 10 minutes.

Kartha 등 (1988)은 Picea glauca 배발생세포를 1년간 액체질소에 초저온저장 한 다음 다시 재생장시켜 그로부터 체세포배 유도 및 식물체 재분화까지 보고하고 있어 배발생조직의 초저온저장을 통한 장기 저장이 가능함을 확인하였다. Kartha et al. (1988) reported that Picea glauca embryonic embryonic cells were cryogenically stored in liquid nitrogen for one year and then regenerated to report somatic embryo induction and plant regeneration from them, thus confirming that long-term storage of embryogenic tissues is possible through cryogenic storage. It was.

최근에 Bercetche 등(1990)은 Picea abies의 배발생세포를 3개월 정도 초저온저장 후 조직으로 재생장시켜 ABA(Abscisic acid)가 첨가된 배지에 배양했을 때 초저온저장을 하지 않은 세포보다 더욱 빠른 시간내에 체세포배 유도가 가능하였는데 이것은 초저온저장시 배발생세포와 섞여 있는 비배발생세포는 사멸되고 세포질이 풍부한 배발생 세포만 생존하여 결국 순수한 배발생조직만 증식되어 초저온저장 이 체세포배 유도에 효과적임을 보고하고 있다. Recently, Bercetche et al. (1990) have regenerated the embryonic cells of Picea abies into tissues after cryogenic storage for about 3 months, and incubated in medium supplemented with ABA (Abscisic acid) in a faster time than the cells without cryogenic storage. It was possible to induce somatic embryos, which reported that non-embryogenic cells mixed with embryogenic cells in cryogenic storage were killed, and only embryonic cells rich in cytoplasm survived, so that only pure embryonic tissues were propagated and cryogenic storage was effective for inducing somatic embryos. have.

Galerne 등 (1992)도 Picea glauca의 배발생세포 초저온 저장 후 더욱 왕성한 체세포배 유도가 촉진되었는데 초저온 저장동안 비배발생세포를 선택적으로 도태시킴으로써 일어난 현상으로 보고하고 있다. 따라서 배발생세포의 초저온저장은 액채질소 속에서 이루어지는 저장방식이므로 4℃와 같은 저온 저장방법보다 훨씬 노동절약적이고 안정적이므로 생식질의 장기간 보존기술로 현재 널리 활용되고 있다. 초저온저장 후의 세포 생존율 또한 높은 것으로 보고되고 있는데 Picea glauca engelmannii 수종에서는 357개의 genotype중 97%가 체세포 유전변이 없이 생존하였으며 (Cyr et al. 1994), Park 등 (1994) 은 Picea glauca의 551개 클론으로부터 유도된 배발생조직중에서 83% 정도가 초저온저장 후의 세포생존율을 보고하였는데 이 세포생존율은 genotype에 따라 다양하다고 보고하고 있다.Galerne et al. (1992) report that Picea glauca promoted the induction of more somatic embryos after the cryogenic storage of embryonic cells, which is caused by the selective culling of non-embryogenic cells during cryogenic storage. Therefore, the cryogenic storage of embryonic cells is a storage method made in liquid nitrogen, which is much labor-saving and stable than low-temperature storage methods such as 4 ℃, and thus is widely used as a long-term preservation technology of germplasm. Cell viability after cryogenic storage has also been reported to be high, with 97% of 357 genotypes survived without somatic inheritance in Picea glauca engelmannii species (Cyr et al. 1994), and Park et al. (1994) from 551 clones of Picea glauca. About 83% of the induced embryogenic tissues reported cell viability after cryogenic storage. It is reported that the cell viability varies according to genotype.

앞서 언급한 침엽수종의 생식질 혹은 배발생세포의 액체질소를 이용한 초저온저장 방식은 배발생세포를 먼저 초저온보존액으로 세포내의 수분을 탈수처리 한 다음 0.33℃/분의 동결속도로 -40℃까지 서서히 냉동시킨 후 곧바로 액체질소 속으로 집어넣어 보존하게 된다. 이 방식은 초저온저장시 동결보존재로 첨가하는 DMSO(Dimethyl sulphoxide)의 독성으로 차후 액체질소보존에서 상온으로의 회복 후 체세포변이 발생 가능성이 매우 높으며, 또한 -40℃까지의 세포동결을 위해서는 값비싼 동결장비를 필요로 하는 단점이 있다. 그리고 초저온저장된 세포를 온수에서 해동하는 동안 저장 튜브내, 외의 압력차이로 인해 외부의 온수가 유입되어 튜브속의 모든 세포는 오염이 될 가능성이 매우 높다. 반면 본 발명에서는 그러한 액상의 배발생 세포 대신 체세포배를 이용하여 탈수처리 후 초저온 저장 튜브에 넣어 곧바로 액체질소속으로 보존하는 기술 개발에 관한 것이다. The cryogenic storage method using the liquid nitrogen of germplasm or embryogenic cells of the conifer species mentioned above is to first dehydrate the embryonic cells with the cryogenic preservative solution and then slowly dehydrate the cells to -40 ℃ with a freezing rate of 0.33 ℃ / min. Immediately after freezing, it is placed into liquid nitrogen and preserved. This method is very toxic to DMSO (dimethyl sulphoxide), which is added as cryopreservative during cryogenic storage, and is highly likely to cause somatic lesions after recovery from liquid nitrogen preservation to room temperature. There is a disadvantage of requiring a freezing device. And while the cryogenically stored cells are thawed in hot water, hot water flows in from the outside of the storage tube due to the pressure difference in the outside of the storage tube, and all the cells in the tube are highly contaminated. On the other hand, the present invention relates to the development of technology for preserving liquid nitrogen directly into a cryogenic storage tube after dehydration using somatic embryos instead of liquid embryonic cells.

본 기술의 특징은 앞서 언급한 액상 배발생세포를 이용하는 방식보다 전처리과정이 간단하고, -40℃까지 세포동결을 위한 동결기와 같은 값비싼 장비를 필요치 않으며 또한 초저온저장시 DMSO의 첨가가 필요 없어 상대적으로 체세포배 변이발생 가능성이 훨씬 낮다. 그러나 이 기술을 활용하기 위해서는 초저온저장 후 체세포배로부터 배발생조직으로 유도가 가능한 기술개발이 선결문제가 남아 있다. 따라서 본 발명에서는 체세포배로부터 배발생조직 유도가 가능한 기술개발 등이 포함되어 있다.The feature of this technology is that the pretreatment process is simpler than the above-mentioned method using liquid embryogenic cells, and does not require expensive equipment such as a freezer for freezing up to -40 ° C and does not require the addition of DMSO during cryogenic storage. As a result, somatic embryo mutations are much less likely. However, in order to utilize this technology, the development of technology capable of inducing embryonic tissues from somatic embryos after cryogenic storage remains a prerequisite problem. Therefore, the present invention includes the development of technology capable of inducing embryonic tissue from somatic embryos.

체세포배를 이용한 초저온저장에 관한 연구는 소수의 활엽수종에서 보고되고 있으나 (Bajai 1995) 침엽수종의 경우 거의 배발생세포를 이용한다 (Ford et al. 2000; Touchell et al. 2002). 반면 탈수처리를 거친 체세포배를 이용한 초저온저장은 쌍자엽식물의 경우 탈수 (혹은 건조) 시킨 알파파의 체세포배를 상온에서 1년가량 어떠한 활력 손실 없이 보존이 가능하였고 (Senaratna et al. 1990) 당근 체세포배의 경우 또한 sucrose 처리 및 상대습도 45%로 건조처리 후 4℃에서 8개월간 저온저장이 가능하다고 보고하고 있다 (Lecouteux et al. 1991). 침엽수종에서는 Attree 등 (1995)이 Picea glauca의 체세포배를 탈수처리 후 -20℃에 1년간 저온저장 후에도 높은 재분화율 (76-84%) 를 보였다는 보고가 있으나 사실 액체질소를 이용한 체세포배의 초저온저장 연구결과는 아니다. 그러나 Bomal 과 Tremblay (2000)는 두 종류의 Picea 수종 (P. mariana, P. glauca)의 체세포배를 액체질소속 으로 초저온 저장 후 식물체 재분화 및 배발생조직의 재유도 가능성을 보고하고 있어 실질적인 체세포배의 초저온저장 연구의 초석을 마련했다고 볼 수 있다.Cryogenic storage using somatic embryos has been reported in a few hardwood species (Bajai 1995). However, coniferous species use embryogenic cells (Ford et al. 2000; Touchell et al. 2002). On the other hand, cryogenic storage using dehydrated somatic embryos was able to preserve dehydrated (or dried) somatic embryos of dehydrated (or dried) cells at room temperature for 1 year without any loss of vitality (Senaratna et al. 1990). Pears are also reported to be susceptible to cold storage for 8 months at 4 ° C after sucrose treatment and relative humidity of 45% (Lecouteux et al. 1991). In coniferous species, Attree et al. (1995) reported high re-differentiation rate (76-84%) after 1 year of cold storage at -20 ° C after dehydration of somatic embryos of Picea glauca. It is not the result of cryogenic storage. However, Bomal and Tremblay (2000) report the possibility of plant regeneration and embryogenic tissue reinduction after cryogenic storage of two kinds of Picea species (P. mariana, P. glauca) in liquid nitrogen. It can be said that it laid the foundation for the cryogenic storage research.

한편 본 발명과 관련된 종래 기술로서 -196℃의 액체질소에 식물생식질을 장기 저장하는 초저온저장 기술은 세균오염 및 DNA 변이발생으로부터 가장 안전하고 또한 비용절감적인 저장 기술이다. 이러한 초저온저장시 모든 세포내의 분열과 대사과정이 정지되므로 초저온 저장된 세포는 어떠한 변형이나 변화없이 무제한으로 저장보관이 가능하고 또한 아주 적은 양(부피) 만으로도 저장이 가능하며 곰팡이나 세균과 같은 생물오염으로부터 자유로우며 최소한의 유지관리만 필요로 하는 매우 효율적인 장기간의 저장기술이라고 할 수 있다.On the other hand, as a conventional technology related to the present invention, cryogenic storage technology for long-term storage of plant germplasm in -196 ℃ liquid nitrogen is the safest and cost-saving storage technology from bacterial contamination and DNA mutations. In such cryogenic storage, all cell division and metabolic processes are stopped, so cryogenically stored cells can be stored indefinitely without any modification or change, and can be stored in very small amounts (volumes). It is a very efficient long term storage technology that is free and requires minimal maintenance.

침엽수종의 경우 최근 유전자 조작된 식물체라든지 대량 조림에 필요한 임목 생산을 위한 재료가 되는 세포생식질의 초저온저장을 위한 프로토콜 개발 및 이 기술의 활용이 강조되고 있다. 초저온저장은 특히 체세포배 유도와 같은 생물공학 기술로 이용한 임목육종 응용 연구에 매우 중요한 위치를 점하고 있다. 특히 체세포배 유도시 이용되는 배발생조직은 수년에 걸쳐 DNA변이 없이 안정된 상태로 타 조직에 비해 잘 유지되는 것으로 잘 알려져 있지만 수개월에서 수년 동안 빈번한 계대배양(Subculturing) 으로 배발생 조직자체의 생장 혹은 체세포배의 유도 능력이 급격히 감속되거나 혹은 완전히 손실될 가능성 또한 매우 크다. 따라서 이러한 불리한 환경으로부터 배발생조직을 안전하게 장기적으로 저장할 수 있는 기술을 특히 필요로 한다. 또한 이 저장기술을 이용하면 초저온선발 (cryo-selection)과 같은 조직선발에도 이용될 수 있는데 이는 배발생조직내에 섞여 있는 비배발생조직 이라 든지 원치 않은 조직 혹은 세포 등을 액체질소내에서 사멸되어 선별이 가능한데 결과적으로는 더욱 순수한 배발생조직의 선발이 가능하다. 따라서 배발생조직의 재유령화에도 적용이 가능하다(Engelman, 2004).In the case of coniferous species, the development of a protocol for cryogenic storage of cell germplasm, which is a material for producing genetically engineered plants or trees required for large-scale afforestation, and the use of this technology are emphasized. Cryogenic storage is particularly important for forestry sarcoma applications using biotechnology such as somatic embryo induction. In particular, embryogenic tissues used to induce somatic embryos are known to be well maintained compared to other tissues in a stable state without DNA mutations for many years, but the growth or somatic cells of embryonic tissues are frequently generated by frequent subculturing for several months to several years. It is also very likely that the ship's induction capacity will slow down or be completely lost. Therefore, there is a particular need for a technique capable of safely and long-term storage of embryogenic tissue from such an adverse environment. This storage technology can also be used for tissue selection, such as cryo-selection, which involves the removal of non-embryogenic tissues or unwanted tissues or cells mixed in embryogenic tissues in liquid nitrogen. As a result, more pure embryogenic tissue can be selected. Therefore, it can be applied to re-ghosting embryogenic tissue (Engelman, 2004).

침엽수종의 배발생조직을 이용한 초저온저장 기술은 Kartha 등 (1988)이 최초로 개발하였으며 현재에도 독일가문비속 (Picea) 혹은 소나무속 (Pinus) 속 침엽수종에서 약간의 방법이 수정되어 널리 이용되고 있다. 대부분 현재 이용되고 있는 초저온저장 기술의 과정은 저장대상이 되는 재료의 탈수 처리, -40℃까지의 세포동결, 액체질소속으로 저장, 그 후 동결된 식물세포의 해동 등과 같은 과정으로 이루어져 있다. 현재 이러한 초저온저장이 가능한 침엽수종으로서는 P. taeda (Gupta et al. 1987), P. caribaea (Laine et al. 1992), P. radiata (Hargreaves and Smith 1992; Hargreavesb et al. 2002), P. pinaster (Bercetche and Paques 1995), P. sylvestris (Haggman et al., 1998), P. patula (Ford et al. 2000) 그리고 P. roxburghii (Mathur et al. 2003) 등이 있다.Ultra-low temperature storage technology using embryogenic tissue of coniferous species was first developed by Kartha et al. (1988) and is still widely used in the coniferous species of the genus Picea or Pinus. Most of the cryogenic storage technologies currently used include processes such as dehydration of materials to be stored, cell freezing up to -40 ° C, storage in liquid nitrogen, and thawing of frozen plant cells. At present, such coniferous species that are capable of cryogenic storage include P. taeda (Gupta et al. 1987), P. caribaea (Laine et al. 1992), P. radiata (Hargreaves and Smith 1992; Hargreavesb et al. 2002), P. pinaster (Bercetche and Paques 1995), P. sylvestris (Haggman et al., 1998), P. patula (Ford et al. 2000) and P. roxburghii (Mathur et al. 2003).

현재까지 발표된 침엽수종의 체세포배를 이용한 초저온저장에 관한 연구보고는 극소수인고, 낙엽송의 배발생조직을 이용한 초저온저장에 관한 보고는 김 등(Kim et al. 1999)의 단 1편만 있을 뿐, 체세포배를 이용한 배발생조직으로의 탈분화 및 초저온저장에 관한 연구는 아직 없는 실정이다.To date, very few studies have reported on cryogenic storage using somatic embryos of coniferous species, and only one report by Kim et al. (1999) on cryogenic storage using embryogenic tissue of larch, Studies on dedifferentiation and cryogenic storage into embryonic tissues using somatic embryos have not yet been conducted.

초저온저장 기술에는 고전적인 것과 새로운 방식의 두 가지로 크게 구분할 수 있는데 우선 고전 방식은 탈수과정을 포함하는 반면 최근 새로운 기술은 재료의 유리화 (vitrification) 과정을 포함시키는데 '유리화과정'이란 세포내 수분을 액 체상태에서 비정형상태 (amorphous) 혹은 유리 (glass) 상태로 전환을 일컫는 용어로서 이러한 과정을 통해 결정화 (crystalline)된 아이스형성을 막아 초저온으로 인한 세포의 동결피해로부터 세포기관의 손상 혹은 사멸을 막아준다. 또한 급속동결함으로써 얼음 결정화과정을 피할 수 있으므로 (동결기를 사용하지 않기 때문임) 보다 그 과정이 단순하고 광범위하게 적용을 할 수 있다는 것이다.Cryogenic storage technology can be divided into two types, classic and new. First, the classical method includes dehydration process, while the new technology includes vitrification of materials. This term refers to the transition from a liquid state to an amorphous or glass state. This process prevents crystalline ice formation and prevents damage or death of organelles from freezing damage caused by cryogenic temperatures. give. In addition, because it freezes the ice crystallization process (because no freezing device is used), the process is simpler and more widely applicable.

액체질소를 이용한 초저온 저장의 성패는 저장할 식물재료의 전처리 과정에 있는데, (1) 캡슐화-탈수화(encapsulation-dehydration) 방법, (2) 유리화(vitrification), (3) 캡슐화-유리화, (4) 탈수화, (5) 전생장 (前生長) 단계 (pre-growth), (6) 전생장 단계-탈수화, (7) 작은방울 동결법 (droplet freezing)법 등이 있다. 그러나 어떤 방법을 적용하더라도 핵심은 액체질소 저장 후 상온으로 다시 회복시 높은 조직생존율을 얻는 것이다. 따라서 본 발명에서는 여러 전처리중 탈수 처리방법을 선택하였는데 이에 관련된 최적조건을 밝히는 데 있으며 최종적으로는 체세포배의 탈수과정을 거친 후 액체질소의 저장시간에 따른 배발생조직 재유도 효과에 관한 내용이 본 발명의 주요 골자이다.The success of cryogenic storage with liquid nitrogen is in the pretreatment of the plant material to be stored, (1) encapsulation-dehydration method, (2) vitrification, (3) encapsulation-vitrification, (4) Dehydration, (5) pre-growth, (6) pre-growth-dehydration, and (7) droplet freezing. However, no matter what method is applied, the key is to obtain a high tissue survival rate when the liquid nitrogen is returned to room temperature after storage. Therefore, in the present invention, the dehydration treatment method was selected among various pretreatments, and the optimal condition related thereto was finally revealed. Finally, after the dehydration process of somatic embryos, the contents of embryonic tissue reinduction effect according to the storage time of the liquid nitrogen are described. It is the main gist of the invention.

본 발명의 목적은 종래에 널리 이용하는 배발생세포 대신 낙엽송의 체세포배를 탈수처리를 거쳐 액체질소를 이용하여 초저온 저장 후 다시 체세포배를 액체질소로부터 꺼내어 급속 해동시킨 후 새로운 배발생조직을 재유도로 재유령화(再幼齡化, rejuvenated)된 조직을 획득할 수 있도록 하는 데 있다. 또한 값비싼 동결기 없이도 액체질소 중에 장기저장이 가능하여 경제적이며 기존의 세포동결기를 이용한 배발생세포의 초저온 저장 방법보다 간편하며, 저장시 첨가하는 DMSO와 같은 독 성 초저온 보호제의 첨가가 필요 없어 차후 회복된 배발생세포의 DNA 변이발생 가능성이 매우 낮다. The object of the present invention is to dehydrate the somatic embryos of larch larch instead of the embryonic cells, which are widely used in the prior art, and then, after cryogenic storage using liquid nitrogen, the somatic embryos are removed from the liquid nitrogen and rapidly thawed, and then the new embryonic tissues are re-induced. It is to enable the acquisition of rejuvenated organizations. In addition, it is economical because it can be stored for a long time in liquid nitrogen without an expensive freezer, and is simpler than the cryogenic storage method of embryonic cells using conventional cell freezers, and does not require the addition of a poisonous cryogenic protective agent such as DMSO added during storage. The chance of DNA mutations in recovered embryogenic cells is very low.

본 발명은 초저온저장을 위한 전처리과정인 체세포배의 최적적인 탈수조건을 구명하고 또한 -196℃ 액체질소로의 저장을 포함한 4℃, -20℃ 및 -80℃에서 시간별로 저장 후 배발생조직을 재분화 시킴으로써 초저온 및 저온저장의 실용 가능성을 확인하였다. 따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적과제는 ① 배지염류농도 및 재수화 (再水化, rehydration) 처리 기간에 따른 배발생조직 유도 효과, ② 배지종류 및 체세포배 유형에 따른 배발생조직 유도 효과, ③ 탈수용매 (solute) 종류에 따른 배발생조직 유도 효과, ④ 탈수 온도 및 처리시간에 따른 배발생조직 유도 효과, ⑤ 저장온도 (4, -20, -80 및 -196℃) 및 저장기간에 따른 배발생조직 유도 효과 등을 파악하는 데 있다. The present invention clarifies the optimal dehydration conditions of somatic embryos, which are pretreatment for cryogenic storage, and also stores embryogenic tissue after 4 hours, -20 ℃ and -80 ℃ including storage to -196 ℃ liquid nitrogen. By re-differentiation, the practical feasibility of cryogenic and cryogenic storage was confirmed. Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is ① embryogenic tissue induction effect according to the medium salt concentration and rehydration treatment period, ② embryogenic tissue induction effect according to the type of medium and somatic embryo, ③ Embryonic tissue induction effect according to the type of dehydration solvent (solute), ④ Embryonic tissue induction effect according to dehydration temperature and treatment time, ⑤ Storage temperature (4, -20, -80 and -196 ℃) The purpose of this study is to identify the effect of inducing tissues.

본 발명은 유도된 체세포배를 탈수시켜 초저온으로 저장 및 해동시키는 단계와, 해동된 체세포에 재수화시켜 배발생조직을 유도배지에서 치상하여 암소배양하여 배발생조직을 유도시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온저장 기술 및 배발생조직 유도방법을 나타낸다.The present invention includes the steps of dehydrating the induced somatic embryos, storing and thawing at an extremely low temperature, and rehydrating the thawed somatic cells to induce embryonic tissues by incubating the embryonic tissues in the induced medium to induce embryonic tissues. It shows the cryogenic storage technology and embryogenic tissue induction method using larch somatic embryo.

상기에서 체세포배의 유도는 증식배지에서 유도시켜 배발생조직을 회수하여 액체배지를 넣고 분쇄하여 얻은 세포현탁액을 필터진공배양법으로 세포를 분리하여 체세포배 유도배지상에서 치상하여 23~26℃, 암소에서 약 6∼8주간 배양하여 얻을 수 있다.The induction of somatic embryos is derived from the growth medium to recover the embryonic tissue, put the liquid medium and pulverize the cell suspension obtained by filter vacuum culture method to separate the cells on the somatic embryo induction medium and 23 ~ 26 ℃, in the cow It can be obtained by incubating for about 6-8 weeks.

상기에서 체세포배의 탈수처리는 회수된 체세포배를 밀봉하여 4∼25℃의 암소에서 1∼7일간 처리할 수 있다.In the dehydration treatment of the somatic embryo, the recovered somatic embryo can be treated for 1 to 7 days in the dark at 4 to 25 ° C.

상기에서 탈수처리된 체세포배를 초저온용 보존튜브에 넣고 액체질소 탱크 중에 1주일간 저장한 후, 꺼내어 30∼40℃의 온수에서 5∼15분간 해동시킬 수 있다.The dehydrated somatic embryo was placed in a cryogenic preservation tube, stored in a liquid nitrogen tank for 1 week, then taken out and thawed for 5 to 15 minutes in hot water at 30 to 40 ° C.

상기에서 해동된 체세포의 재수화는 체세포배를 증류수에 흡수시킨 필터상에서 12∼36시간 치상하여 충분히 재수화시킨 후, 재수화된 체세포배를 배발생조직 유도배지에서 치상하여 23∼25℃에서 암소배양할 수 있다.The rehydrated somatic cells were thawed for 12 to 36 hours on a filter in which somatic embryos were absorbed in distilled water, and then sufficiently rehydrated. Can be cultured.

상기에서 유도된 체세포배를 탈수시켜 초저온으로 저장시 저온 저장은 질소통에서 -20℃∼-196℃ 중에서 저장할 수 있다.When the derived somatic embryos are dehydrated and stored at very low temperatures, cold storage can be stored in -20 ° C. to -196 ° C. in a nitrogen container.

본 발명은 크게 두가지로 나눌 수가 있는데 첫째; 유도된 체세포배를 이용하여 배지 종류, 재수화처리, 체세포배 유형, 탈수용매 종류, 탈수 온도 및 처리시간에 따른 배발생조직 유도, 둘째; 저장온도 (4, -20, -80 및 -196℃) 및 저장기간에 따른 배발생조직 유도 단계 등으로 구성되어 있다. The present invention can be broadly divided into two parts; first; Induction of embryogenic tissue according to medium type, rehydration, somatic embryo type, dehydration solvent type, dehydration temperature and treatment time using induced somatic embryos; It consists of embryonic tissue induction stage according to storage temperature (4, -20, -80 and -196 ℃) and storage period.

이하 본 발명의 구체적인 구성과 작용을 구체적인 실험예 및 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명의 공시재료와 유사한 낙엽송속 수종의 초저온저장에 관한 기술적구성 및 권리범위는 하기에서 설명한 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the present invention have been described through specific experimental examples and examples. However, the technical configuration and the scope of rights related to ultra low temperature storage of larch species similar to the disclosed materials of the present invention are limited only to the embodiments described below. no.

<실시예 1> 체세포배의 탈수처리 및 배발생조직 재유도 Example 1 Dehydration and Somatic Regeneration of Somatic Embryos

① 체세포배 유도 ① Somatic Embryogenesis

본 발명에서 사용된 낙엽송의 체세포배 유도는 다음과 같은 증식배지에서 이루어졌는데 생장중인 배발생조직을 회수하여 액체배지 mL당 35mg의 비율로 200mL 용량의 삼각플라스크에 집어 넣고 그에 상응하는 액체배지를 첨가하였다. 그 후 1회용 멸균된 플라스틱 피펫으로 흡입과 배출을 되풀이하는 방법으로 조직을 잘게 부수어 미세한 세포현탁액을 준비하였다. 체세포배 유도는 필터진공 배양법을 이용하였는데 먼저 Buchner 퍼넬을 1 L용량의 진공 가지플라스크 위쪽에 공기가 새지 않도록 단단히 고정시킨 후 5.5 cm크기의 종이필터(Whatman 2번)를 퍼넬중앙에 놓고 3.25 mL (총 95 mg 조직 포함)의 세포현탁액을 뽑아 종이필터위로 고루 뿌려준다. 그 후 진공펌프를 가동시켜 4∼5초 동안 진공상태를 만들어 종이필터에 있는 액체를 퍼넬을 통하여 아래로 모두 배출시키고 세포만 필터위에 남게 한 후 그 필터는 체세포배 유도배지 위에 치상하는 방법으로 체세포배 유도를 시작하였다. 배양 환경은 24℃, 암소에서 약 7주간 배양하였고 그 기간동안에는 새로운 배지로 계대배양은 하지 않았다.Somatic embryo induction of larch used in the present invention was carried out in the growth medium as follows. Recovered embryonic tissues were collected and put into a 200 mL Erlenmeyer flask at a rate of 35 mg per mL of liquid medium and the corresponding liquid medium was added. It was. Then, the fine tissue suspension was prepared by crushing the tissue finely by repeating suction and discharge with a disposable sterile plastic pipette. Somatic embryo induction was performed using a filter vacuum culture method. First, a Buchner funnel was firmly fixed on the top of a 1 L vacuum eggplant flask to prevent air leakage, and a 5.5 cm paper filter (Whatman No. 2) was placed in the center of the funnel and 3.25 mL ( Extract the cell suspension (including 95 mg total tissue) and spread it evenly over the paper filter. After that, the vacuum pump was operated to create a vacuum state for 4 to 5 seconds, and the liquid in the paper filter was drained down through the funnel, leaving only the cells on the filter, and the filter was soaked on the somatic embryo induction medium. Embryo induction began. The culture environment was incubated for about 7 weeks in cows at 24 ° C., and no subculture was performed with fresh medium.

② 체세포배의 탈수처리 ② Dehydration of somatic embryos

유도된 체세포배를 회수하기 위해서 먼저 핀셋으로 일일이 골라낸다 (도7). 체세포배의 탈수처리는 24 well의 multi-well plate를 이용하여 수행되었는데 각 well에는 6-7개 정도의 체세포배를 집어넣고 한 칸 띄우고 증류수를 1.0mL 정도를 넣어준다 (도8). 그 후 랩 필름으로 밀봉 한 후 4 혹은 24℃에서 1-7일간 탈수처리를 한다.To recover the induced somatic embryos, first pick them out with tweezers (FIG. 7). Dehydration of somatic embryos was carried out using a multi-well plate of 24 wells, each of which puts about 6-7 somatic embryos, floats one space, and adds 1.0 mL of distilled water (Figure 8). It is then sealed with a wrap film and dehydrated at 4 or 24 ° C for 1-7 days.

<실시예 2> 액체질소로의 저장, 급속해동 및 배발생조직 재유도 Example 2 Storage with Liquid Nitrogen, Rapid Thawing and Reduction of Embryonic Tissue

① 액체질소로의 저장① Storage as liquid nitrogen

탈수처리를 거친 체세포배를 핀셋으로 조심히 집어 각각의 초저온용 보존튜브에 5-6개 정도 집어넣고 뚜껑을 단단하게 닫는다. 그 후 튜브 지지대에 끼워 넣고 곧바로 액체질소 탱크속으로 집어 넣는다 (도9).Carefully pick up the dehydrated somatic embryos with tweezers and place 5-6 in each cryogenic preservation tube and close the lid tightly. It is then inserted into the tube support and immediately into the liquid nitrogen tank (Figure 9).

② 액체질소로부터 회수 및 급속해동② Recovery and rapid thawing from liquid nitrogen

액체질소로부터 회수는 액체질소 속에 저장되어 있는 초저온용 보존튜브를 즉시 꺼내는 동시에 약 35℃정도의 온수 속으로 집어넣어 10분정도 급속 해동시킨다. 급속해동은 해동 중에 발생될 수 있는 얼음결정체 (crystalline ice) 형성을 억제시켜 체세포배의 생존율을 놓일 수 있다. Recovery from the liquid nitrogen immediately removes the cryogenic preservation tube stored in the liquid nitrogen and inserts it into hot water at about 35 ° C. and rapidly thaws for 10 minutes. Rapid thawing inhibits the formation of crystalline ice, which can occur during thawing, thereby increasing the survival rate of somatic embryos.

③ 체세포배 재수화 처리 (再水化, rehydration) 및 배발생조직 유도③ Somatic Embryogenesis Rehydration and Embryonic Tissue Induction

해동된 체세포배는 탈수과정을 거쳐 초저온 저장이 이루어졌기 때문에 체세포배 자체의 수분함량이 매우 낮은 상태이다. 따라서 체세포배의 수분함량을 높여 배발생조직 유도에 어떤 효과가 있는지를 알아볼 필요가 있다. 우선 체세포배를 튜브로부터 꺼내 증류수를 적신 종이 필터위에 치상하여 암소에 24시간동안 두어 충분한 수분흡수가 일어나도록 한다 (도11). 그 후 재수화된 체세포배를 배발생조직 유도배지에서 치상하여 23~25℃의 암소에서 배양한다. The thawed somatic embryo has a very low moisture content because the cryogenic storage is carried out through dehydration. Therefore, it is necessary to examine the effects of increasing the water content of somatic embryos on the induction of embryonic tissues. First, the somatic embryo was removed from the tube and placed on a paper filter soaked in distilled water and placed in a cow for 24 hours to allow sufficient water absorption (Fig. 11). The rehydrated somatic embryos are then densified in embryogenic tissue-derived media and cultured in cows at 23-25 ° C.

<실시예 3> 배지종류 및 재수화 처리 기간에 따른 배발생조직 유도 효과<Example 3> Embryonic tissue induction effect according to the type of medium and rehydration treatment period

본 실험은 체세포배 유도배지로부터 체세포배를 각각 분리한 후 2,4-D 및 BA의 식물호르몬이 첨가된 유도배지로 옮겨 배발생조직을 곧바로 유도하는 대신에 식물호르몬이 없는 배지로 옮겨, 기간(0-7일)에 따른 재수화를 실시하여 배발생조직 유도 효과를 비교한 결과이다. 도1에서 보는바와 같이 배발생조직 유도는 재수화처리를 하지 않은 대조구에서 가장 높은 88.2%를 보였지만 재수화처리 기간이 길수록 배발생조직 유도율은 감소하는 경향을 보였고 재수화처리 7일째에는 22.2%로 가장 저조하였다. 고농도의 sucrose 및 gelrite 농도에서 유도된 체세포배는 조직내 수분함유율이 낮은 상태이지만 배발생조직으로 재유도시에는 rehydration 처리가 필요치 않다는 것을 암시한다. 그리고 배발생조직 유도시 사용된 배양배지의 염류 농도비교에는 재수화 7일 처리구를 제외한 모든 처리구에서 염류의 농도를 반으로 줄이지 않은 LMDB배지가 1/2LMDB에 비해 모두 유도율이 높게 나타나 full-strength 배지가 더욱 효과적인 것으로 나타났다 (도1).In this experiment, the somatic embryos were separated from the somatic embryo induction medium, and then transferred to the induction medium to which 2,4-D and BA plant hormones were added. The result of rehydration according to (0-7 days) was compared to the effect of embryogenic tissue induction. As shown in Fig. 1, embryogenic tissue induction showed the highest 88.2% in the control group that was not rehydrated, but the induction rate of embryogenic tissue tended to decrease with longer rehydration period, and 22.2% on the 7th day of rehydration treatment. Was the lowest. Somatic embryos induced at high sucrose and gelrite concentrations had low water content in tissues, but suggest that rehydration is not required for reinduction as embryogenic tissues. In comparison with the salt concentration of culture media used for induction of embryonic tissue, all treatments except for 7 days of rehydration showed higher induction rate in LMDB media that did not reduce salt concentration in half compared to 1 / 2LMDB. The medium was shown to be more effective (FIG. 1).

<실시예 4> 배지염류 농도 및 체세포배 유형에 따른 배발생조직 유도 효과 <Example 4> Embryonic tissue induction effect according to the media salt concentration and somatic embryo type

본 실험은 배지 염류농도 및 치상하는 체세포배의 유형 (정상적인것과 비정상적인 형태)에 따른 배발생조직 유도시 효과를 알아본 것인데 최대 배발생조직 유도 처리구는 full-strength LM배지에 정상적인 형태의 체세포배를 치상하였을때 61.4%로 나타났다 (도2). 그리고 full-strength LM배지에 비정상적인 형태의 체세포배 배양시에도 61.7%로 나타나 배발생조직 유도율은 체세포배 유형보다는 치상하는 배지의 염류농도에 더욱 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면에 가장 저조한 유도율은 1/2LM 배지에 비정상적인 형태의 체세포배를 배양 (25%) 한 경우이다.   This study was conducted to investigate the effects of embryonic tissue induction according to the media salt concentration and the type of hematopoietic embryos (normal and abnormal). The maximum embryogenic tissue induction treatments were applied to the full-strength LM medium. 61.4% when hemorrhaged (Fig. 2). In addition, abnormal growth of somatic embryos in full-strength LM medium was 61.7%, indicating that embryogenic tissue induction was more affected by salinity of hemorrhagic media than in somatic embryos. On the other hand, the lowest induction rate was obtained by culturing abnormal (25%) somatic embryos in 1 / 2LM medium.

<실시예 5> 탈수용매 (solute) 종류에 따른 배발생조직 유도 효과<Example 5> Embryonic tissue induction effect according to the type of dehydrated solvent (solute)

체세포배의 탈수처리는 활엽수종, 침엽수종의 발아 및 식물체발달의 증진과 많은 관련성을 보이는데 특히 이 처리는 세포의 대사과정을 정지시키는 방식으로 black spruce를 포함한 몇몇 수종의 장기간 체세포배 저장을 가능케 하는 수단으로도 이용되어 왔다 (Bomal and Tremblay 2000; Shiota et al. 1999). 그리고 탈수과정시 탈수속도는 식물체의 기관이 탈수처리에 견딜 수 있는 기작을 발동시키는 중요한 요인으로 작용하지만 급속한 탈수처리는 식물세포, 특히 막구성물질 및 구조를 변형시키거나 상처를 줄 수 있기 때문에 최적의 탈수처리를 위한 방법을 강구해야만 한다. 특히 체세포배를 액체질소속내에서 장기저장이 가능케 하는 가장 중요한 요인은 체세포배내의 수분함량을 일정한 수준까지 감소시키는 것이다. 만일 탈수과정을 거치지 않고 체세포배내의 수분함량이 높은 채로 초저온을 실시하면 조직내의 수분이 동결되어 조직전체에 심각한 동해를 주어 결국 생존율 등에 크게 영향을 미치게 된다. Dehydration of somatic embryos has been shown to be associated with the growth of broad-leaved trees, conifers, and plant development. In particular, this treatment allows long-term storage of several somatic embryos, including black spruce, in a manner that stops metabolism of cells. It has also been used as a means (Bomal and Tremblay 2000; Shiota et al. 1999). And dehydration rate during dehydration process plays an important role in triggering the mechanisms that plant organs can withstand dehydration treatment, but rapid dehydration treatment can modify or damage plant cells, especially membrane components and structures. The method for dehydration of In particular, the most important factor that enables long-term storage of somatic embryos in liquid nitrogen is to reduce the water content in the somatic embryos to a certain level. If the ultra low temperature is carried out with high moisture content in the somatic embryo without dehydration, the moisture in the tissue is frozen, which causes severe damage to the entire tissue, and thus greatly affects the survival rate.

도4는 탈수시 사용된 solute 종류 {증류수 (상대습도 100% 발생), Na2HPO4 (상대습도 97%), Na2CO3 (상대습도 88% 발생), (NH4)2SO4 (상대습도 79% 발생), NH4NO3 (상대습도 63% 발생), K2CO3 (상대습도 43% 발생)} 에 따른 배발생조직 유도율을 조사한 결과이다. 최대의 배발생조직 유도율은 (NH4)2SO4 (79% 상대습도 발생) 포화용액을 첨가하여 탈수처리를 하였을 경우 43.5%의 배발생조직 유도율을 보여 가장 효과적인 탈수용매로 나타났다. 그 다음으로는 34.6 및 34.2%의 유도율을 보인 Na2HPO4 (97% 상대습도 발생) 및 Na2CO3 (88%)의 처리구였으며 19.6%를 보인 증류수에서 가장 저조하였다. 위 결과를 종합해보면 체세포배의 최적의 탈수 습도 환경은 79-97% 사이에서 이루어져야 하며 그 이상 혹은 이하의 습도에서는 배발생조직 재발생에 유리하지 않음을 보여준다. 그러나 이러한 상대습도 조건은 항상 일정한 것은 아니고 체세포배의 생리적인 조건 및 수분 함유율, 그리고 조직라인간 넓게는 수종간에도 큰 차이를 보이므로 초저온 저장시에는 최적의 탈수조건을 구명할 필요가 있다.  Figure 4 shows the types of solute used during dehydration (distilled water (100% relative humidity), Na2HPO4 (relative humidity 97%), Na2CO3 (relative humidity 88%), (NH4) 2SO4 (79% relative humidity), NH4NO3 ( Embryonic tissue induction rate according to 63% relative humidity) and K2CO3 (43% relative humidity). The maximum induction rate of embryogenic tissue was 43.5% when the dehydration treatment was performed with (NH4) 2SO4 (79% relative humidity) saturated solution. Next were treatments of Na 2 HPO 4 (generating 97% relative humidity) and Na 2 CO 3 (88%) with induction rates of 34.6 and 34.2%, the lowest in distilled water with 19.6%. Taken together, the optimal dehydration humidity environment for somatic embryos should be between 79 and 97%, and above or below humidity is not favorable for embryogenic tissue regeneration. However, the relative humidity conditions are not always constant, and the physiological conditions and water content of somatic embryos, and tissue lines are widely different between species, so it is necessary to find the optimum dehydration conditions for cryogenic storage.

<실시예 6> 탈수 온도 및 처리시간에 따른 배발생조직 유도 효과Example 6 Embryonic tissue induction effect according to dehydration temperature and treatment time

도 5는 체세포배의 탈수처리시 탈수온도 (4℃ 혹은 25℃) 및 탈수기간 (1∼9일)에 따른 배발생조직 유도 효과에 관한 것으로 액체질소에서 1주간 저장한 다음 배발생조직을 재유도한 결과이다. 최고의 유도율은 25℃에서 2일간 탈수처리를 하였을 경우 56.8%로 가장 높았고 4℃에서 2, 3일간 탈수처리의 경우에도 56.3% 및 56.6%로 나타나 매우 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 25℃에서 2일간 이상의 탈수처리는 다소 식물조직의 과잉탈수 현상을 보여 배발생조직 유도율은 감소한 것 으로 보였다. 그리고 4℃에서도 3일간 이상의 탈수 처리시에도 배발생조직 유도율은 점차 감소하기 시작하였으며 9일째에는 약 30% 정도로 유도율이 매우 낮게 나타나 2, 3일간정도의 탈수처리 기간이 적당한 것으로 나타났다. 반면에 탈수처리를 하지 않은 무처리의 경우 초저온저장 후의 조직유도율은 15.1% (도4) 를 보여 액체질소를 이용한 초저온 저장을 위해서는 체세포배의 탈수과정이 차후 높은 배발생조직 유도율을 얻는데 필수적임을 보여준다. Figure 5 relates to the embryogenic tissue induction effect according to the dehydration temperature (4 ℃ or 25 ℃) and the dehydration period (1-9 days) during the dehydration treatment of somatic embryos stored for 1 week in liquid nitrogen and then re-embedded embryonic tissue The result is derived. The highest induction rate was 56.8% for 2 days dehydration treatment at 25 ° C., and 56.3% and 56.6% for 2 and 3 days dehydration at 4 ° C., which was very effective. However, dehydration for more than 2 days at 25 ℃ showed excessive dehydration of plant tissues, indicating that embryogenic tissue induction rate decreased. And even at 4 ℃ dehydration tissue induction rate began to gradually decrease even after 3 days or more dehydration treatment, the deduction rate of about 30% was very low on the 9th day, the dehydration treatment period of 2 or 3 days was appropriate. On the other hand, in the case of no treatment without dehydration, the tissue induction rate after cryogenic storage was 15.1% (Fig. 4), so that the dehydration process of somatic embryos was essential for obtaining a high embryogenic tissue induction rate for cryogenic storage using liquid nitrogen. Shows that

<실시예 7> 저장온도 및 저장기간에 따른 배발생조직 유도 효과 <Example 7> Embryonic tissue induction effect according to storage temperature and storage period

도 5는 탈수처리를 거친 체세포배를 각 저장온도(4℃, -20℃, -80℃ 및 -196℃) 및 저장기간(1일, 7일, 28일 및 84일)에 따른 배발생조직 유도 효과를 조사한 것으로 1일 저장 기간에는 액체질소(-196℃) 저장으로 배발생조직이 가장 높게 유도(66.9%) 되었을 뿐 그 외 온도 처리구에서는 전혀 배발생조직이 유도되지 않았다. 그리고 저장기간이 늘어감에 따라 액체질소의 경우 조직유도율은 점차 감소하는 경향을 보여 84일째에는 19.4%로 가장 낮게 감소하였고 그 외 저장온도의 처리구에서도 감소하는 경향을 보였다. 사실 액체질소내에서 이루어지는 초저온저장은 저장기간에 관계없이 거의 일정한 배발생조직 유도율을 보여야 하지만 아직은 최적의 체세포배 탈수조건이 이루어지지 않아 그 유도율이 저장기간에 따라 점차 감소하는 것으로 추정된다. Figure 5 shows the embryonic tissues according to the storage temperature (4 ℃, -20 ℃, -80 ℃ and -196 ℃) and storage period (1 day, 7 days, 28 days and 84 days) of the somatic embryo after dehydration treatment The induction effect was investigated. In the storage period of 1 day, the embryonic tissues were induced the highest by the storage of liquid nitrogen (-196 ℃) (66.9%). As the storage period increased, the tissue induction rate of liquid nitrogen gradually decreased, which was the lowest at 19.4% at 84 days, and also decreased at the other treatment temperature. In fact, cryogenic storage in liquid nitrogen should show almost constant embryogenic tissue induction rate regardless of storage period, but the optimal somatic embryo dehydration condition is not achieved yet, so the induction rate is estimated to decrease gradually with storage period.

캐나다 및 뉴질랜드와 같은 임업선진국가에서는 이미 오래전에 경제적으로 부가가치가 높은 침엽수종을 선발, 육종 및 대량생산을 위한 생물공학을 응용한 무성증식기술을 개발하여 신품종육성 및 보급을 위한 많은 실용적 연구가 이루어져 현재는 실질적인 보급단계까지 이른 상태이다. 이러한 '체세포배 유도기술'를 이용한 실용화를 달성하기 위해서는 가장 먼저 우량 침엽수종의 종자를 배양하여 배발생조직이란 특이한 조직의 유도가 선행되지 않으면 불가능하다. 그 후 이러한 조직을 재료로 하여 차후 체세포배 유도 단계를 거쳐 식물체까지 생산이 이루어지는데 유도된 다양한 배발생조직 라인은 통상적으로 새로운 배지로 계대배양을 통해 증식 및 유지시킨다. 그러나 이러한 계대배양 과정동안 곰팡이 및 세균 등의 의한 생물오염으로 인한 폐기, 그리고 2,4-D 등의 식물호르몬이 첨가된 배지를 이용한 증식으로 야기되는 DNA변이 발생의 증가 등 많은 문제점이 대두되고 있다. 또한 여러 조직라인으로부터 생산된 시험목을 시험포지에 식재 후 일정한 기간이 경과한 다음 그중 우수목을 선발하게 되는데 임목의 특성상 수년 이상을 요하는 장기간의 시간을 필요로 한다. 이러한 경우 야외 선발동안 해당 배발생조직은 초저온저장 시켜 놓을 필요가 있다. 차후 야외 형질검정이 끝나 우수목으로 판명이 되면 해당 배발생조직 라인만을 액체질소로부터 꺼내 해동시킨 다음 그 재료를 이용하여 체세포배 유도로 우수목을 대량생산할 수 있다.In developed countries such as Canada and New Zealand, many practical researches have been made in the past to develop asexual growth technology applying biotechnology for the selection, breeding and mass production of high value added conifers. Is up to the actual stage of dissemination. In order to achieve the practical use using the somatic embryo induction technology, it is impossible to cultivate the seeds of superior coniferous tree first, and the embryogenic tissue is not preceded by the induction of a specific tissue. Subsequently, such tissue is used as a material, followed by the production of somatic embryos, followed by production to plants. Various induced embryonic tissue lines are usually expanded and maintained through passage in fresh medium. However, there are many problems such as the disposal of biocontamination caused by mold and bacteria during the subculture, and the increase in the occurrence of DNA mutations caused by the proliferation using a medium containing plant hormones such as 2,4-D. . In addition, after a certain period of time after planting the test trees produced from various tissue lines on the test forge, excellent trees are selected among them, which requires a long time requiring several years or more. In this case, the embryogenic tissue needs to be cryogenically stored during outdoor selection. If the field is later determined to be excellent wood, only the embryonic tissue lines can be removed from the liquid nitrogen and thawed, and then the material can be mass-produced using somatic embryos.

과거 십수년동안 침엽수종의 생식질 저장은 거의 배발생조직을 이용한 액체질소속으로 저장하는 초저온저장의 연구가 대부분이었다. 이 방식은 조직전처리시에 첨가하는 동결보존제 DMSO의 영향으로 체세포변이 발생 가능성이 매우 높으며 또한 -40℃까지의 세포동결을 서서히 수행해야 하는데 값비싼 동결장비를 필요로 한다는 단점이 있다. 반면에 본 발명은 액상의 배발생세포를 이용한 초저온저장 대신 체세포배를 유도하여 탈수과정을 거친 후 액체질소속으로 보전하는 기술 개발에 관한 것이다. 본 발명의 장점은 배발생세포를 이용하는 방식보다 전처리 단계가 간단하고, 동결기와 같은 값비싼 장비가 필요치 않으며 또한 초저온저장시 DMSO를 첨가하지 않기 때문에 체세포배 변이발생 가능성이 현저히 낮다. 그러나 이 기술을 성공적으로 이용하기 위해서는 체세포배로부터 배발생조직으로 다시 발생시킬 수 있는 기술개발 (탈수처리 등) 등이 꼭 이루어져야 한다.Gonadal storage of coniferous species in the past decade has been mostly done by cryogenic storage, which is stored in liquid nitrogen using embryogenic tissue. This method is very likely to generate somatic lesions under the influence of the cryopreservative DMSO added during tissue pretreatment, and has the disadvantage of requiring expensive freezing equipment, which requires slow freezing up to -40 ° C. On the other hand, the present invention relates to the development of technology to preserve the liquid nitrogen after the dehydration process by inducing somatic embryos instead of cryogenic storage using liquid embryogenic cells. The advantage of the present invention is that the pretreatment step is simpler than the method using embryogenic cells, expensive equipment such as a freezer is not required, and the possibility of somatic embryogenesis is significantly lower because DMSO is not added during cryogenic storage. However, in order to use this technology successfully, technology development (dehydration treatment, etc.) that can be regenerated from somatic embryos into embryonic tissues must be made.

본 발명의 효과는'낙엽송의 체세포배를 이용한 초저온저장 기술개발'이란 결과를 이용하면 향후 침엽수종의 귀중한 생식질 (배발생조직, 화분, 신초 등) 의 초저온저장을 통하여 기관유도 및 체세포배 유도와 같은 생물공학 기술을 적용을 시켜 내충성 등 우수 침엽수종의 대량증식 및 보급에 응용할 수 있을 뿐만 아니라 궁극적으로는 영양계임업 (clonal forestry)의 확립, 임목 품종화 및 산림자원화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. The effect of the present invention is to use the result of 'ultra low temperature storage technology using lactic somatic embryos', and induce organ induction and somatic embryo through ultra low temperature storage of valuable germplasm (embryogenic tissue, pollen, shoots, etc.) of conifers in the future. It is expected to be able to apply to biotechnologies such as insect repellents for mass growth and dissemination of superior conifers and ultimately contribute to the establishment of clonal forestry, tree planting and forest resources. do.

Claims (5)

유도된 체세포배를 밀봉하여 4∼25℃의 암소에서 1∼7일간 탈수시켜 초저온으로 저장 및 해동시키는 단계와, Sealing the induced somatic embryos and dehydrated in a cow at 4-25 ° C. for 1-7 days to store and thaw at ultra low temperatures; 해동된 체세포에 재수화시켜 배발생조직을 유도배지에서 치상하여 암소배양하여 배발생조직을 유도시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온저장 기술 및 배발생조직 유도방법.Ultra-low-temperature storage technology and embryonic tissue induction method using larch somatic embryos comprising re-hydrating the thawed somatic cells to induce embryonic tissue by inducing the embryonic tissue from the induced medium. 삭제delete 제 1항에 있어서, 탈수처리된 체세포배를 초저온용 보존튜브에 넣고 액체질소 탱크 중에 1주일간 저장한 후, 꺼내어 30∼40℃의 온수에서 5∼15분간 해동시키는 것을 특징으로 하는 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온저장 기술 및 배발생조직 유도방법.2. The larch somatic cell embryo according to claim 1, wherein the dehydrated somatic embryo is placed in a cryogenic preservation tube and stored in a liquid nitrogen tank for 1 week, and then taken out and thawed for 5 to 15 minutes in warm water at 30 to 40 ° C. Cryogenic Storage Technology and Embryonic Tissue Induction Method Using 제 1항에 있어서, 해동된 체세포의 재수화는 체세포배를 증류수에 흡수시킨 필터상에서 12∼36시간 치상하여 재수화시킨 후, 재수화된 체세포배를 배발생조직 유도배지에서 치상하여 23∼25℃에서 암소배양하는 것을 특징으로 하는 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온저장 기술 및 배발생조직 유도방법.The thawed somatic cells are rehydrated for 12 to 36 hours on a filter in which somatic embryos are absorbed in distilled water. Cryogenic storage technology and embryogenic tissue induction method using larch somatic embryos characterized in that the cow culture at ℃. 제 1항에 있어서, 초저온 저장은 질소통에서 -20℃∼-196℃ 중에서 저장하는 것을 특징으로 하는 낙엽송 체세포배를 이용한 초저온저장 기술 및 배발생조직 유도방법.The method of claim 1, wherein the cryogenic storage is carried out in -20 ℃ to -196 ℃ in a nitrogen container ultra-low temperature storage technology and embryogenic tissue induction method using larch somatic embryos.
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‘낙엽송 배발생조직의 초저온 보존 및 식물체 재분화’, 식물조직배양학회지 Vol.26(4), 1999년, pp 229-233*

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