KR102584685B1 - Method for transformation of grape - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포도 육종을 위한 포도의 형질전환 방법에 관한 것으로, 상기 포도의 형질전환 방법은 아그로박테리움 접종액에 포도 화수를 침지하고 갑압함으로써 형질전환 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있어, 포도 육종에 유용하게 활용될 수 있다.The present invention relates to a grape transformation method for grape breeding. The grape transformation method can effectively improve transformation efficiency by immersing grape water in Agrobacterium inoculum and pressurizing it, making it useful for grape breeding. It can be utilized effectively.

Description

포도의 형질전환 방법{Method for transformation of grape}{Method for transformation of grape}

본 발명은 포도 육종을 위한 포도의 형질전환 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a grape transformation method for grape breeding.

포도는 식물 분류학상 포도과(Vitaceae) 포도속(Vitis)에 속하는 덩굴성 식물로 북반구의 온대 및 아열대 지역에 분포되어 있으며 발상지에 따라 아시아 서부 원생, 아시아 동부 원생, 북미대륙 원생으로 분류된다. 우리나라에는 아시아 동부 원생에 속하는 왕머루(Vitis amurensis)가 분포하고 있으나, 우리나라에서 재배되는 포도의 대부분은 북미대륙 원생에 속하는 미국 종으로 미국과 일본에서 육성된 품종들이며 특히 캠벨얼리가 재배면적의 70% 이상을 차지하고 있다. 따라서 소비자의 다양한 기호에 부합하는 고품질 포도 품종 육성이 필요한 실정이다. Grape is a vine plant belonging to the grape genus ( Vitis ) in the plant taxonomic family ( Vitaceae ) and is distributed in temperate and subtropical regions of the Northern Hemisphere. Depending on its origin, it is classified as native to western Asia, native to eastern Asia, and native to North America. In Korea, Vitis amurensis , a native of eastern Asia, is distributed, but most of the grapes grown in Korea are American varieties, native to the North American continent, cultivated in the U.S. and Japan. In particular, Campbell's Earley is more than 70% of the cultivation area. occupies. Therefore, there is a need to cultivate high-quality grape varieties that meet the diverse tastes of consumers.

포도 육종은 야생종 포도를 이용하여 교배 육종으로 창출되는 변이의 폭을 넓히고 있으나 배수성이 다양하고 자식열세 현상이 나타나며, 무핵 품종에서와 같이 종자가 형성되지 않는 경우도 있어서 교배 육종이 쉽지 않다는 문제점이 있다 (Gray DJ and Merdith CP. CAB International Wallingford. 1992). 또한 기존의 포도 신품종 육성에는 10년 이상의 시간과 노동력이 요구되며 목표로 하는 형질의 도입에 어려움이 있다. Grape breeding is expanding the range of mutations created through cross breeding using wild grapes, but there are problems with polyploidy being diverse, offspring inferiority phenomenon occurring, and seeds not being formed like in inucleate varieties in some cases, making cross breeding not easy. (Gray DJ and Merdith CP. CAB International Wallingford . 1992). In addition, cultivating new grape varieties requires more than 10 years of time and labor, and it is difficult to introduce target traits.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 제시되고 있는 방법으로는 식물생명공학 기술을 이용하여 외래의 유용 유전자를 직접 도입하는 형질전환 방법이 있다. 식물 형질전환 방법으로는 아그로박테리움(Agrobacterium)속의 균을 이용하는 아그로박테리움법, 원형질 상태의 식물세포를 이용하는 프로토플라스트(protoplast)법, 강한 외력을 투사하여 세포에 직접 DNA 등을 주입하는 유전자총(gene gun)법 등이 있다. 아그로박테리움법은 형질전환의 대상이 되는 포도 세포 또는 조직과 아그로박테리움을 공동배양하는 방법으로서 국내에서 형질전환 성공 사례가 보고된 바 없었고, 국외에서 보고된 바에 의하면 품종에 따라 차이가 있지만 5% 내외로 알려져 있다 (한지학 외. 식물형질전환. 정문각. 2007). 유전자총법은 다양한 식물 조직에 적용 가능하며, 실험 수행 기간이 짧다는 이점이 있으나, 그 형질전환 효율이 약 1 ~ 3% 정도로 매우 저조하여 새로운 포도 품종을 개발하는데 적용하기 어렵다는 문제가 있었다 (R. Scorza, et al. Plant Cell Reports. 1995).A method proposed to solve this problem is a transformation method that directly introduces foreign useful genes using plant biotechnology technology. Plant transformation methods include the Agrobacterium method using bacteria of the genus Agrobacterium , the protoplast method using plant cells in a protoplasmic state, and the gene injection of DNA, etc. directly into cells by projecting a strong external force. There are gene gun laws, etc. The Agrobacterium method is a method of co-culturing grape cells or tissues subject to transformation and Agrobacterium. There have been no reports of successful transformation in Korea, and although there are differences depending on the variety, according to reports from overseas, 5 It is known to be around % (Han Ji-hak et al. Plant transformation. Jeong Moon-gak . 2007). The gene gun method can be applied to a variety of plant tissues and has the advantage of having a short experimental period, but its transformation efficiency is very low, about 1 to 3%, so it is difficult to apply to developing new grape varieties (R. Scorza, et al. Plant Cell Reports . 1995).

이에 따라 포도를 대상으로 한 효과적인 형질전환 방법을 개발하기 위해서는 여전히 많은 연구가 요구되고 있다.Accordingly, much research is still required to develop effective transformation methods for grapes.

대한민국 공개특허 제10-2012-0066872호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0066872

본 발명은 화수 감압침지법을 이용한 새로운 포도의 형질전환 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a new grape transformation method using the Hwasu reduced-pressure soaking method.

본 발명의 일 양상은 a) 목적 유전자를 포함하는 발현 벡터가 도입된 아그로박테리움을 배양하여 접종액을 준비하는 단계; 및 b) 상기 접종액에 포도 화수를 침지하고 감압하여 형질전환하는 단계를 포함하는 포도의 형질전환 방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention includes the steps of a) preparing an inoculum by culturing Agrobacterium into which an expression vector containing a target gene has been introduced; and b) immersing grape water in the inoculant and reducing pressure to transform the grape.

상기 단계들을 자세히 설명하면, 다음과 같다.The above steps are described in detail as follows.

상기 a) 단계는 포도에 도입하고자 하는 유전자를 포함하는 아그로박테리움을 제조하기 위한 과정이다.Step a) is a process for producing Agrobacterium containing the gene to be introduced into grapes.

먼저, 목적 유전자를 포함하는 발현 벡터를 아그로박테리움에 도입할 수 있다.First, an expression vector containing the target gene can be introduced into Agrobacterium.

본 발명에서 사용된 "목적 유전자"는 식물체에 도입될 수 있는 다양한 유전자를 의미한다. 이러한 목적 유전자는 특별히 제한되는 것이 아니며 당업계에 알려진 유전자를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그 일례로는 포도를 포함한 식물, 곤충, 세균, 곰팡이, 바이러스 등에서 유래된 유전자일 수 있다.“Target gene” as used in the present invention refers to various genes that can be introduced into plants. These target genes are not particularly limited, and genes known in the art can be used, but are not limited thereto. Examples may be genes derived from plants, including grapes, insects, bacteria, molds, viruses, etc.

본 발명에서 사용된 "발현 벡터"는 목적 유전자를 전달하여 발현시키는데 최적화된 벡터로서 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 의미하며, 재조합 벡터라고도 한다. 이러한 발현 벡터는 당업계에 알려진 다양한 방법을 통해 구축될 수 있다.The "expression vector" used in the present invention refers to a vector optimized for delivering and expressing a gene of interest and refers to a genetic construct containing essential regulatory elements operably linked to express the gene insert, and is also referred to as a recombinant vector. Such expression vectors can be constructed through various methods known in the art.

상기 발현 벡터는 프로모터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널 및 인핸서(enhancer)와 같은 발현 조절 요소(element)를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 발현 벡터는 리포터 분자 (예: 루시퍼라아제 및 β-글루쿠로니다아제)를 암호화하는 유전자, 선택 표지로서 항생제 (예: 네오마이신, 카베니실린, 카나마이신, 스펙티노마이신 및 하이그로마이신) 또는 이의 내성 유전자를 더 포함하는 것일 수 있다.The expression vector may include expression control elements such as a promoter, start codon, stop codon, polyadenylation signal, and enhancer. Additionally, the expression vector contains genes encoding reporter molecules (e.g., luciferase and β-glucuronidase) and antibiotics as selection markers (e.g., neomycin, carbenicillin, kanamycin, spectinomycin, and hygronucleus). mycin) or its resistance gene may be further included.

상기 발현 벡터의 종류는 특별히 제한되는 것이 아니며 당업계에 알려진 식물의 형질전환 벡터를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그 일례로는 pBI계, pPZP계, pSMA계, pUC계, pBR계 등의 플라스미드(plasmid) 벡터이거나 pBI계 등의 바이너리(binary) 벡터 등일 수 있다.The type of the expression vector is not particularly limited, and plant transformation vectors known in the art can be used, but are not limited thereto. Examples include plasmid vectors such as pBI, pPZP, pSMA, pUC, and pBR, or binary vectors such as pBI.

상기 아그로박테리움(Agrobacterium)은 목적 유전자를 포함하는 발현 벡터를 포도에 전달하는 전달체 역할을 하는 것으로, 당업계에 알려진 아그로박테리움을 제한 없이 사용할 수 있다. The Agrobacterium serves as a carrier to deliver an expression vector containing a target gene to grapes, and Agrobacterium known in the art can be used without limitation.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 아그로박테리움은 아그로박테리움 투메파시엔스(A. tumefaciens), 아그로박테리움 라이조제네스(A. rhizogenes), 아그로박테리움 비티스(A. vitis), 아그로박테리움 네포튬(A. nepotum), 아그로박테리움 푸센스(A. pusense), 아그로박테리움 살리니톨란스(A. salinitolerans) 및 아그로박테리움 스키에니에비센스(A. skierniewicense)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 본 발명에서는 형질전환 효율을 고려하여 아그로박테리움 투메파시엔스인 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the Agrobacterium is Agrobacterium tumefaciens ( A. tumefaciens ), Agrobacterium rhizogenes ( A. rhizogenes ), Agrobacterium vitis ( A. vitis ), Agrobacterium 1 selected from the group consisting of A. nepotum, A. pusense , A. salinitolerans , and A. skierniewicense . It may be more than one species. In the present invention, considering transformation efficiency, Agrobacterium tumefaciens is preferred.

이러한 아그로박테리움에 발현 벡터를 도입하는 과정은 특별히 제한되는 것이 아니며 당업계에 알려진 통상의 방법에 따라 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The process of introducing an expression vector into such Agrobacterium is not particularly limited and may be performed according to common methods known in the art, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발현 벡터로서 pBI121 벡터에 GUS 유전자 및 NPTⅡ 유전자를 도입한 후 Freeze-thaw 방법에 따라 아그로박테리움 투메파시엔스 LBA4404 균주에 형질전환하여 접종 균주를 제조하였다.According to one embodiment of the present invention, an inoculation strain was prepared by introducing the GUS gene and the NPT II gene into the pBI121 vector as an expression vector and then transforming it into the Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain according to the Freeze-thaw method.

이후, 발현 벡터가 도입된 아그로박테리움을 적정 조건에서 배양하여 접종액을 준비할 수 있다.Thereafter, the inoculum can be prepared by culturing the Agrobacterium into which the expression vector has been introduced under appropriate conditions.

상기 배양은 당업계에 알려진 적절한 배지와 배양 조건에 따라 이루어질 수 있으며, 통상의 기술자라면 배지 및 배양 조건을 용이하게 조정하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 배지는 아그로박테리움에 대한 배양 배지로서 YEP(Yeast Extract Peptone) 배지를 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 배지는 다양한 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분을 더 포함할 수 있다. 배양 방법은 예를 들면, 회분식 배양(batch culture), 연속식 배양(continuous culture), 유가식 배양(fed-batch culture) 또는 이들의 조합 배양을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배양 온도는 아그로박테리움이 충분히 생장할 수 있는 온도 범위일 수 있으며, 예를 들면 20 내지 35℃, 20 내지 30℃, 또는 25 내지 35℃일 수 있다. 배양 기간은 유용물질이 원하는 생산량으로 수득될 때까지 계속될 수 있으며, 예를 들면 12 내지 48시간, 12 내지 36시간, 또는 12 내지 24시간일 수 있다.The culture can be carried out according to appropriate media and culture conditions known in the art, and a person skilled in the art can easily adjust the medium and culture conditions. Specifically, the medium may be YEP (Yeast Extract Peptone) medium as a culture medium for Agrobacterium, but is not limited thereto. Additionally, the medium may further contain various carbon sources, nitrogen sources, and trace element components. Cultivation methods may include, for example, batch culture, continuous culture, fed-batch culture, or combinations thereof, but are not limited thereto. The culture temperature may be in a temperature range at which Agrobacterium can sufficiently grow, for example, 20 to 35°C, 20 to 30°C, or 25 to 35°C. The culturing period may continue until the desired yield of useful material is obtained, for example, 12 to 48 hours, 12 to 36 hours, or 12 to 24 hours.

본 발명에서 사용된 "접종액"은 포도의 형질전환을 위해 상기 발현 벡터가 도입된 아그로박테리움 또는 이의 배양액을 포함하는 용액을 의미하며, 본 발명에서는 접종액 또는 아그로박테리움 접종액으로 혼용될 수 있다. 상기 접종액은 아그로박테리움을 안정화할 수 있는 완충액을 더 포함할 수 있다.“Inoculum” used in the present invention refers to a solution containing Agrobacterium or its culture medium into which the expression vector has been introduced for transformation of grapes, and in the present invention, it can be used interchangeably as inoculum or Agrobacterium inoculum. You can. The inoculum may further include a buffer solution capable of stabilizing Agrobacterium.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 접종 균주를 항생제가 첨가된 액체 YEP 배지에서 28℃, 200 rpm으로 약 18시간 배양하여 OD600 값이 0.8 ~ 1.0인 배양액을 접종액으로 준비하였다.According to one embodiment of the present invention, the inoculated strain was cultured in liquid YEP medium supplemented with antibiotics at 28°C and 200 rpm for about 18 hours to prepare a culture medium with an OD 600 value of 0.8 to 1.0 as an inoculum.

상기 b) 단계는 아그로박테리움 접종액을 이용하여 포도 화수에 대한 형질전환을 수행하는 과정이다.Step b) is a process of performing transformation of grape water using Agrobacterium inoculum.

본 발명에서 사용된 "형질전환"은 유전자를 숙주(host) 또는 숙주세포 내에 도입하여 숙주 내에서 발현시킬 수 있도록 하는 것이며, 형질전환된 유전자는 숙주 내에서 발현될 수 있으면 숙주의 염색체 내 삽입 또는 염색체 외에 위치하고 있는 것이든 제한하지 않고 포함될 수 있다. 본 발명에서는 숙주로서 포도 화수를 이용할 수 있다.“Transformation” as used in the present invention refers to introducing a gene into a host or host cell so that it can be expressed within the host, and if the transformed gene can be expressed within the host, it is inserted into the host's chromosome or Anything located other than a chromosome may be included without limitation. In the present invention, grape water can be used as a host.

상기 포도 화수는 포도 송이를 이루는 꽃 무리로, 개화시기에 포도 화수의 꽃이 1 ~ 3일간 순차적으로 핀다. 포도 꽃은 주로 암술과 수술이 동일한 꽃에 같이 있는 양성화로서 매개 곤충이 필요하지 않으며 자가수정이 가능하다. 이러한 포도 화수 또는 포도 꽃을 대상으로 하는 형질전환은 목적 유전자가 암술 및 수술을 통해 포도의 생식세포로 도입되어 다음 세대로 전달되는 형질전환체를 나타낼 수 있다. 형질전환 효율을 높이기 위해서는 암술과 수술이 노출되는 만개기의 화수를 이용하는 것이 바람직하다.The grape flower tree is a group of flowers forming a cluster of grapes, and the flowers of the grape flower tree bloom sequentially for 1 to 3 days during the flowering period. Grape flowers are mainly bisexual flowers with pistils and stamens in the same flower, so they do not require insect vectors and are capable of self-fertilization. Transformation targeting such grape blossoms or grape flowers may represent a transformant in which the target gene is introduced into the reproductive cells of grapes through pistils and stamens and passed on to the next generation. In order to increase transformation efficiency, it is desirable to use flowering plants at the full bloom stage when pistils and stamens are exposed.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 포도 화수는 전체 꽃 중 70% 이상 개화한 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 포도 화수의 개화율은 70 내지 100%, 75 내지 100%, 80 내지 100%, 85 내지 100%, 90 내지 100%, 또는 95 내지 100%인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the grape flower number may be one in which more than 70% of all flowers have bloomed. More specifically, the flowering rate of the grape flower number may be 70 to 100%, 75 to 100%, 80 to 100%, 85 to 100%, 90 to 100%, or 95 to 100%, but is not limited thereto.

상기 형질전환의 방법은 특별히 제한되는 것이 아니며 당업계에 알려진 아그로박테리움 매개 형질전환 방법에 따라 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The transformation method is not particularly limited and may be performed according to an Agrobacterium-mediated transformation method known in the art, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 형질전환의 방법은 아그로박테리움 접종액에 포도 화수를 침지하고 감압하는 화수 감압침지법인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transformation method may be a reduced-pressure soaking method in which grape water is immersed in an Agrobacterium inoculum and pressure is reduced.

상기 감압침지법은 아그로박테리움 접종액에 포도 화수가 완전히 잠기도록 침지한 후 일정 압력의 진공을 일정 시간 가한 후 순간적으로 압력을 제거하여 압력 차이로 인해 아그로박테리움이 화수의 꽃술 내로 효과적으로 침투할 수 있도록 하는 방법이다. The reduced pressure immersion method involves immersing the grape flower water in the Agrobacterium inoculum so that it is completely submerged, applying a vacuum of a certain pressure for a certain period of time, and then momentarily removing the pressure, allowing the Agrobacterium to effectively penetrate into the stamen of the flower water due to the pressure difference. This is a way to make it happen.

본 발명에서 사용된 감압 장치는 특별히 제한되는 것이 아니며 당업계에 알려진 감압 장치를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The pressure reducing device used in the present invention is not particularly limited, and any pressure reducing device known in the art may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 감압은 10 내지 25 기압의 진공을 3 내지 15분간 가한 후 압력을 제거하는 것일 수 있다. 이때 감압 및 시간 조건이 상기 범위에 미치지 못할 경우에는 형질전환이 제대로 일어나지 않으며, 상기 범위를 초과할 경우에는 오히려 형질전환 효율이 감소하며 식물체가 손상되어 정상적인 생장이 어려울 수 있다. 형질전환 효율을 향상시키기 위하여, 15 내지 20 기압의 진공을 5 내지 10분간 가한 후 압력을 제거하는 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the decompression may be applying a vacuum of 10 to 25 atmospheres for 3 to 15 minutes and then removing the pressure. At this time, if the pressure and time conditions do not fall within the above range, transformation does not occur properly, and if they exceed the above range, transformation efficiency decreases and the plant may be damaged, making normal growth difficult. In order to improve transformation efficiency, it is preferable to apply a vacuum of 15 to 20 atmospheres for 5 to 10 minutes and then remove the pressure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 아그로박테리움 접종액이 담긴 가지 삼각 플라스크에 화수를 완전히 침지한 후 밀봉하여 다양한 압력 및 시간 조건 (1 ~ 20분 및 0 ~ 25 기압)으로 진공을 걸어준 후 압력을 제거하여 아그로박테리움의 침투를 유도한 결과, 화수에 10 ~ 25기압의 진공을 5 ~ 15분간 가한 후 제거한 경우에는 약 3% 이상의 형질전환율을 나타냈으며, 특히 화수에 15 ~ 20 기압의 진공을 5 ~ 10분간 가한 후 제거한 경우에는 형질전환율이 최소 17%, 최대 31%인 것으로 나타나, 종래 포도의 형질전환 방법에 비해 형질전환율이 향상된 것으로 확인되었다.According to one embodiment of the present invention, the eggplant Erlenmeyer flask containing the Agrobacterium inoculum is completely immersed in fire water, sealed, and vacuum applied under various pressure and time conditions (1 to 20 minutes and 0 to 25 atm). As a result of inducing the invasion of Agrobacterium by removing the pressure, when a vacuum of 10 to 25 atmospheres was applied to the water for 5 to 15 minutes and then removed, the transformation rate was about 3% or more. When the vacuum was applied for 5 to 10 minutes and then removed, the transformation rate was found to be at least 17% and up to 31%, confirming that the transformation rate was improved compared to the conventional grape transformation method.

본 발명에 따른 포도의 형질전환 방법은 아그로박테리움 접종액에 포도 화수를 침지하고 갑압함으로써 형질전환 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있어, 포도 육종에 유용하게 활용될 수 있다.The grape transformation method according to the present invention can effectively improve transformation efficiency by immersing grape water in Agrobacterium inoculum and pressurizing it, and can be usefully used in grape breeding.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포도 형질전환에 사용된 pBI121 발현 벡터의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포도 화수에 대한 감압침지법을 이용한 형질전환의 순서를 나타낸 사진이다. (a)는 아그로박테리움 접종액에 닿지 않는 화수 윗부분을 제거한 사진이며, (b)는 가운데 홈이 있는 플라스크 마개 사이에 줄기를 넣고 화수를 아그로박테리움 접종액에 침지한 사진이며, (c)는 아그로박테리움 접종액이 담긴 플라스크를 마개로 밀봉한 후 감압 처리하는 사진이며, (d) ~ (f)는 감압 처리한 지 11, 31, 97일 후 과실이 맺힌 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캠벨얼리 화수의 형질전환 여부를 GUS 발현 분석으로 확인한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형질전환된 포도의 종자를 재배한 순서를 나타낸 사진이다. (a)는 포도 증식배지가 담긴 시험관에 종자를 파종하여 신초로 생장될 때까지 육묘한 사진이며, (b)는 뿌리가 발달된 식물체를 상토에 이식한 사진이며, (c)는 묘종을 화분에서 6개월간 재배한 식물체의 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캠벨얼리 화수의 형질전환 여부를 gDNA PCR 분석으로 확인한 사진이다.
Figure 1 is a schematic diagram of the pBI121 expression vector used for grape transformation according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a photograph showing the sequence of transformation using a reduced pressure soaking method for grape water according to an embodiment of the present invention. (a) is a photograph in which the upper part of the flower pot that does not touch the Agrobacterium inoculant was removed, (b) is a photograph in which the stem is placed between the flask stopper with a center groove and the flower pot is immersed in the Agrobacterium inoculant fluid, (c) is a photo of a flask containing Agrobacterium inoculum being sealed with a stopper and subjected to reduced pressure treatment, and (d) to (f) are photos of fruit bearing 11, 31, and 97 days after the reduced pressure treatment.
Figure 3 is a photograph confirming the transformation of Campbell's Early Flower Water according to an embodiment of the present invention by GUS expression analysis.
Figure 4 is a photograph showing the sequence of cultivating transformed grape seeds according to an embodiment of the present invention. (a) is a photograph of seeds sown in a test tube containing grape growth medium and grown until they grow into new shoots, (b) is a photograph of plants with developed roots transplanted into the top soil, and (c) is a photograph of seedlings in pots. This is a photo of a plant grown for 6 months in .
Figure 5 is a photograph confirming the transformation of Campbell's Early Flower Water according to an embodiment of the present invention by gDNA PCR analysis.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 제시된 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이러한 예시적인 설명에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, this description is merely provided as an example to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by this example description.

실시예 1. 캠벨얼리의 형질전환Example 1. Campbell Early transformation

1-1. 아그로박테리움 접종액의 제조1-1. Preparation of Agrobacterium inoculum

캠벨얼리의 형질전환을 위하여, 발현 벡터 및 이를 포함하는 아그로박테리움을 제조하였다.For the transformation of Campbell's Early, an expression vector and Agrobacterium containing it were prepared.

발현 벡터로는 식물 형질전환 벡터인 pBI121 벡터를 사용하여 원하는 유전자를 도입하였다. 도 1을 참조하면, pBI121 벡터의 식물체로 삽입되는 T-DNA에 선발표지 마커로서 NPTII 유전자 (Vancanneyt et al. Mol Gen Genet. 1990)를 넣은 발현 카세트(expression cassette), CaMV(Cauliflower Mosaic Virus) 35S 프로모터(promoter) (Jach et al. Plnat J. 1995) 및 β-글루쿠로니다아제(glucuronidase, GUS) 리포터 유전자를 도입하였다.The desired gene was introduced using the pBI121 vector, a plant transformation vector, as an expression vector. Referring to Figure 1, an expression cassette containing the NPT II gene (Vancanneyt et al. Mol Gen Genet . 1990) as a selection marker in the T-DNA inserted into the plant of the pBI121 vector, CaMV (Cauliflower Mosaic Virus) The 35S promoter (Jach et al. Plnat J. 1995) and the β-glucuronidase (GUS) reporter gene were introduced.

아그로박테리움으로서 Agrobacterium tumefaciens LBA4404 균주를 사용하였다 (Hoekema et al. Nature. 1983). As Agrobacterium, Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain was used (Hoekema et al. Nature . 1983).

Freeze-thaw 방법 (Burrow et al. Plant Mol Biol Rep. 1990)에 따라 LBA4404 균주에 pBI121 발현 벡터를 도입하였다. 자세히 설명하면, LBA4404 균주 100 ㎕에 pBI121 발현 벡터 10 ㎕를 첨가하여 얼음 위에서 30분간 반응시켰다. 이후, 액체질소에서 1분간 급속하게 얼리고서 바로 37℃의 heat-block에서 5분 동안 반응시켰다. 반응 종료 후 1 ㎖의 액체 YEB 배지 (Nutrient broth 13.3 g/L, Yeast extract 1.0 g/L, Sucrose 5 g/L 및 MgSO4 0.24 g/L (pH 7.5) 함유)를 첨가하여 아그로박테리움을 28℃, 200 rpm에서 4시간 배양하였다. 배양 후 3,000 rpm, 2분간 원심분리하여 상층액을 제거하고 회수된 아그로박테리움을 100 ㎕의 액체 YEP 배지에 재현탁하였다. 재현탁된 아그로박테리움을 항생제 (Rifampicin 100 mg/L, Streptomycin 300 mg/L 및 Kanamycin 50 mg/L 함유)가 첨가된 고체 YEP 배지 (Nutrient broth 13.3 g/L, Yeast extract 1.0 g/L, Sucrose 5 g/L, MgSO4 0.24 g/L (pH 7.5) 및 agar 10 g/L 함유)에 도포하여 28℃ 배양기에서 2일간 배양하여 군락을 이루며 자란 아그로박테리움 콜로니(colony)를 선발하였다.The pBI121 expression vector was introduced into strain LBA4404 according to the Freeze-thaw method (Burrow et al. Plant Mol Biol Rep . 1990). In detail, 10 μl of the pBI121 expression vector was added to 100 μl of the LBA4404 strain and reacted on ice for 30 minutes. Afterwards, it was rapidly frozen in liquid nitrogen for 1 minute and immediately reacted in a heat-block at 37°C for 5 minutes. After completion of the reaction, 1 ㎖ of liquid YEB medium (containing Nutrient broth 13.3 g/L, Yeast extract 1.0 g/L, Sucrose 5 g/L, and MgSO 4 0.24 g/L (pH 7.5)) was added to culture Agrobacterium at 28%. Cultured for 4 hours at ℃ and 200 rpm. After incubation, the supernatant was removed by centrifugation at 3,000 rpm for 2 minutes, and the recovered Agrobacterium was resuspended in 100 ㎕ of liquid YEP medium. The resuspended Agrobacterium was cultured on solid YEP medium (Nutrient broth 13.3 g/L, Yeast extract 1.0 g/L, Sucrose) supplemented with antibiotics (Rifampicin 100 mg/L, Streptomycin 300 mg/L, and Kanamycin 50 mg/L). It was applied to 5 g/L, MgSO 4 0.24 g/L (pH 7.5) and agar 10 g/L) and cultured in an incubator at 28°C for 2 days to select Agrobacterium colonies that grew in colonies.

선발된 아그로박테리움을 항생제 (Rifampicin 100 mg/L, Streptomycin 300 mg/L 및 Kanamycin 50 mg/L 함유)가 첨가된 액체 YEP 배지 50 mL에 첨가하여 28℃, 200 rpm에서 약 18시간 정도 배양하여 OD600 값이 0.8 ~ 1.0인 배양액을 접종액으로 준비하였다.The selected Agrobacterium was added to 50 mL of liquid YEP medium supplemented with antibiotics (containing 100 mg/L of Rifampicin, 300 mg/L of Streptomycin, and 50 mg/L of Kanamycin) and cultured at 28°C and 200 rpm for approximately 18 hours. A culture medium with an OD 600 value of 0.8 to 1.0 was prepared as an inoculum.

1-2. 형질전환1-2. transformation

비닐하우스 (기온 25 ~ 28℃, 습도 40 ~ 60%)에서 재배하여 전체 개화율이 70% 이상인 캠벨얼리 화수에 대해 감압침지법으로 형질전환을 수행하였다.Transformation was performed using the reduced pressure immersion method on Campbell's Early Flowers grown in a greenhouse (temperature 25 to 28°C, humidity 40 to 60%) and having an overall flowering rate of more than 70%.

도 2를 참조하면, 가지 삼각 플라스크에 준비된 접종액 200 mL을 넣고, 플라스크의 코르크 마개 가운데를 잘라 홈을 내어 꽃송이 줄기를 끼운 후 꽃송이가 접종액에 완전히 잠기도록 하고 마개를 끼워 플라스크를 밀봉하였다. 이때 용액에 닿지 않는 꽃송이 윗부분을 제거하였다. 이후, 플라스크의 가지에 호스를 연결하여 1, 5, 10, 15 또는 20분간 0, 5, 10, 15, 20 또는 25기압으로 진공을 걸어준 후 압력을 순간적으로 제거하여 아그로박테리움이 꽃술 내로 효과적으로 침투하도록 하였다.Referring to Figure 2, 200 mL of the prepared inoculum was added to the eggplant Erlenmeyer flask, the cork stopper of the flask was cut in the center, a groove was made, a flower stem was inserted, the flower flower was completely submerged in the inoculum, and the flask was sealed by inserting a stopper. At this time, the upper part of the flower that did not touch the solution was removed. Afterwards, connect a hose to the branch of the flask and apply a vacuum to 0, 5, 10, 15, 20 or 25 atm for 1, 5, 10, 15 or 20 minutes, then remove the pressure momentarily to allow Agrobacterium to enter the stamen. Enabled effective penetration.

이후, 플라스크에서 꽃송이를 꺼내어 종이 타올로 과도한 접종액을 제거하였고, 과실을 수확할 때까지 일반적인 캠벨얼리 관리 방법으로 재배하였다. 과실은 접종 후 11일째 확인되었다.Afterwards, the flower clusters were taken out of the flask, the excess inoculum was removed with a paper towel, and the plants were grown using standard Campbell's Early management methods until the fruit was harvested. Fruits were confirmed 11 days after inoculation.

실험예 1. 캠벨얼리의 유전자 도입 확인Experimental Example 1. Confirmation of Campbell Early gene introduction

형질전환이 유도된 포도 화수에서 과실을 수확한 후 과실 1 ~ 5 개는 GUS 발현을 확인하는데 이용하였고, 나머지 과실은 종자를 분리하여 멸균수로 3회 이상 세척한 후 냉장실 (4℃에서 층적저장법으로 2개월 이상 보관하여 식물체를 양성하는데 이용하였다.After harvesting fruit from grape water in which transformation was induced, 1 to 5 fruits were used to confirm GUS expression, and the seeds of the remaining fruits were separated, washed at least three times with sterilized water, and stored in a refrigerator (layered storage method at 4°C). It was stored for more than 2 months and used to cultivate plants.

1-1. GUS 발현 분석1-1. GUS expression analysis

과실을 37℃에서 5-bromo-4-chloro-3-indole-glucuronidase 용액에 침지시켰다 (Jefferson et al. EMBO J. 1987). 침지 24시간 후 destaining 용액 (70% EtOH 및 1% glacial acetic acid 함유)으로 탈색시켜 GUS 양성반응을 나타낸 과실을 조사하였다. 대조구로는 감압침지법에 사용하지 않은 식물체의 과실을 사용하였다.Fruits were immersed in 5-bromo-4-chloro-3-indole-glucuronidase solution at 37°C (Jefferson et al. EMBO J. 1987). After 24 hours of immersion, fruits that showed a positive GUS reaction were examined by decolorizing them with a destaining solution (containing 70% EtOH and 1% glacial acetic acid). As a control, fruits from plants that were not used in the reduced pressure soaking method were used.

그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 형질전환된 경우에는 조직과 종자 전체가 GUS 염색되어 청록색을 띄는 반면, 형질전환되지 않은 경우에는 조직 전체가 백색으로 탈색되었다.As a result, as shown in Figure 3, in the case of transformation, the entire tissue and seed were GUS stained and appeared bluish green, whereas in the case of non-transformation, the entire tissue was discolored to white.

이러한 GUS 발현 분석 결과를 바탕으로 압력 및 시간 조건에 따른 형질전환 효율을 계산하였다.Based on these GUS expression analysis results, transformation efficiency according to pressure and time conditions was calculated.

0기압0 atmosphere 5기압5 atmospheres 10기압10 atmospheres 15기압15 atmospheres 20기압20 atmospheres 25기압25 atmospheres 1분1 min 0%0% 0%0% 0%0% 0%0% 0%0% 0%0% 5분5 minutes 0%0% 3.6±3.17%3.6±3.17% 9.3±3.28%9.3±3.28% 17.8±7.96%17.8±7.96% 31.7±9.43%31.7±9.43% 11.1±4.71%11.1±4.71% 10분10 minutes 0%0% 3.7±3.23%3.7±3.23% 9.8±4.13%9.8±4.13% 18.9±1.18%18.9±1.18% 21.3±8.71%21.3±8.71% 5.9±0.35%5.9±0.35% 15분15 minutes 3.5±3.03%3.5±3.03% 5.4±5.27%5.4±5.27% 7.6±2.61%7.6±2.61% 8.2±3.07%8.2±3.07% 6.2±0.56%6.2±0.56% 3.4±2.96%3.4±2.96% 20분20 minutes 5.3±0.28%5.3±0.28% 7.0±2.58%7.0±2.58% 5.5±0.45%5.5±0.45% 5.4±0.45%5.4±0.45% 5.5±0.45%5.5±0.45% 1.7±2.89%1.7±2.89%

그 결과, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 화수에 10 ~ 25기압의 진공을 5 내지 15분간 가한 후 압력을 제거할 때 종래 포도의 형질전환율 (1 ~ 3%)과 유사하거나 그보다 높은 형질전환율을 보였으며, 특히 15 ~ 20 기압 및 5 ~ 10분의 조건에서는 압력에 의한 식물체 손상 없이 우수한 형질전환율이 나타났다.As a result, as shown in Table 1, when a vacuum of 10 to 25 atmospheres was applied to the water for 5 to 15 minutes and the pressure was removed, the transformation rate was similar to or higher than the transformation rate of conventional grapes (1 to 3%). In particular, excellent transformation rates were observed without damage to plants due to pressure under conditions of 15 to 20 atmospheres and 5 to 10 minutes.

1-2. gDNA PCR 분석1-2. gDNA PCR analysis

GUS 발현 분석에 사용하지 않은 남은 과실의 종자 10개를 선택하여 재배한 후 gDNA PCR을 수행하였다.Ten seeds from the remaining fruit that were not used for GUS expression analysis were selected, grown, and subjected to gDNA PCR.

먼저, 시험관에 포도 증식배지 (MS 4.4 g/L, Sucrose 30 g/L, BA 0.1 mg/L, IBA 0.1 mg/L 및 plant agar 10 g/L 함유, pH 5.8)를 넣고 형질전환된 종자를 각각 파종하여 25℃에서 배양하면서 발아 후 신초 생장까지 관찰하였다. 뿌리가 발달된 식물체는 시험관에서 꺼내어 뿌리에 증식배지가 남지 않도록 멸균수로 세척한 후 각각 상토에 이식하여 실온에서 한달간 재배하고 분갈이하여 6개월간 재배하였다. 대조구로는 감압침지법에 사용하지 않은 식물체의 종자를 사용하였다 (도 4 참조).First, put grape growth medium (MS 4.4 g/L, Sucrose 30 g/L, BA 0.1 mg/L, IBA 0.1 mg/L, and plant agar 10 g/L, pH 5.8) in a test tube and then plant the transformed seeds. Each was sown and cultured at 25°C, and shoot growth was observed after germination. Plants with developed roots were taken out of the test tube, washed with sterilized water to ensure that no growth medium remained on the roots, then transplanted into medium soil and grown at room temperature for a month, then repotted and grown for 6 months. As a control, seeds from plants that were not used in the reduced pressure soaking method were used (see Figure 4).

재배된 식물체에서 잎 200 g을 채취하여 액체 질소로 급격하게 얼린 후 Tissue LyserⅡ (QIAGEN)를 사용하여 분쇄하고, DNeasy Plant Minikit (QIAGEN)의 제조사 매뉴얼에 따라 각 식물체의 genomic DNA를 추출하였다. genomic DNA를 주형으로 하기 표 2의 프라이머를 사용하여 PCR을 수행하였다 (Dyad Thermal cycler, BIO-RAD). PCR 수행 조건은 95℃에서 5분 반응 (pre-denaturation)한 후 95℃에서 30초, 55℃에서 20초 및 72℃에서 30초로 30회 반복하고, 72℃에서 5분 반응 (post-extension)하였다. PCR 증폭 산물은 0.8% 아가로스 겔(agarose gel)을 이용한 전기영동으로 확인하였다. 200 g of leaves were collected from the cultivated plants, rapidly frozen in liquid nitrogen, pulverized using Tissue LyserⅡ (QIAGEN), and genomic DNA of each plant was extracted according to the manufacturer's manual of the DNeasy Plant Minikit (QIAGEN). PCR was performed using genomic DNA as a template and the primers shown in Table 2 below (Dyad Thermal cycler, BIO-RAD). PCR performance conditions were 5 minutes at 95°C (pre-denaturation), then repeated 30 times at 95°C for 30 seconds, 55°C for 20 seconds, and 72°C for 30 seconds, and 5 minutes at 72°C (post-extension). did. PCR amplification products were confirmed by electrophoresis using a 0.8% agarose gel.

프라이머 명칭Primer name 프라이머 서열 (5' > 3')Primer sequence (5' > 3') PCR 증폭 산물 크기PCR amplification product size NPTII-F NPT II-F GAG GCT ATT CGG CTA TGA CTGGAG GCT ATT CGG CTA TGA CTG 600 bp600 bp NPTII-R NPT II-R ATC GGG AGC GGC GAT ACC GTAATC GGG AGC GGC GAT ACC GTA

그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 형질전환된 종자에서 발아한 식물체는 모두 NPTⅡ 유전자를 포함하는 것으로 나타났다.As a result, as shown in Figure 5, all plants germinated from transformed seeds were found to contain the NPT II gene.

실시예 2. 흑보석의 형질전환Example 2. Transformation of black gemstones

포도 품종으로 캠벨얼리 대신 흑보석을 사용한 경우를 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 형질전환을 수행하였다.Transformation was performed in the same manner as in Example 1, except that Heukgeum was used instead of Campbell Early as the grape variety.

형질전환이 유도된 포도 과실을 수확하여 실험예 1과 동일한 방법으로 GUS 발현 분석과 gDNA PCR 분석을 실시하였다.Grape fruits in which transformation was induced were harvested, and GUS expression analysis and gDNA PCR analysis were performed in the same manner as in Experimental Example 1.

그 결과, 흑보석의 형질전환율은 켐벨얼리와 유사한 패턴으로 나타났으며, 20기압 및 5분 조건에서 가장 우수한 형질전환율 (30.0±2.93%)을 나타냈다.As a result, the transformation rate of Black Jewel showed a similar pattern to Campbell Early, with the best transformation rate (30.0 ± 2.93%) under the conditions of 20 atmospheres and 5 minutes.

실시예 3. 거봉의 형질전환Example 3. Transformation of Geobong

포도 품종으로 캠벨얼리 대신 거봉을 사용한 경우를 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 형질전환을 수행하였다.Transformation was performed in the same manner as in Example 1, except that Geobong was used instead of Campbell Early as the grape variety.

형질전환이 유도된 포도 과실을 수확하여 실험예 1과 동일한 방법으로 GUS 발현 분석과 gDNA PCR 분석을 실시하였다.Grape fruits in which transformation was induced were harvested, and GUS expression analysis and gDNA PCR analysis were performed in the same manner as in Experimental Example 1.

그 결과, 거봉의 형질전환율은 켐벨얼리와 유사한 패턴으로 나타났으며, 20기압 및 5분 조건에서 가장 우수한 형질전환율 (23.3±5.11%)을 나타냈다.As a result, the transformation rate of Geobong showed a similar pattern to that of Campbell Early, and showed the best transformation rate (23.3 ± 5.11%) under the conditions of 20 atmospheres and 5 minutes.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on its preferred embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

Claims (4)

a) 목적 유전자를 포함하는 발현 벡터가 도입된 아그로박테리움을 배양하여 접종액을 준비하는 단계; 및
b) 상기 접종액에 포도 화수를 완전히 잠기도록 침지하고 감압하여 형질전환하는 단계;를 포함하는 포도의 형질전환 방법으로서,
상기 b) 단계의 감압은 15 내지 20 기압의 진공을 5 내지 10분간 가한 후 압력을 순간적으로 제거하는 것인 방법.
a) preparing an inoculum by culturing Agrobacterium into which an expression vector containing a target gene has been introduced; and
b) immersing grape water in the inoculant so as to completely submerge it and performing transformation by reducing pressure,
The decompression method in step b) involves applying a vacuum of 15 to 20 atmospheres for 5 to 10 minutes and then instantly removing the pressure.
청구항 1에 있어서,
상기 a) 단계의 아그로박테리움은 아그로박테리움 투메파시엔스(A. tumefaciens), 아그로박테리움 라이조제네스(A. rhizogenes), 아그로박테리움 비티스(A. vitis), 아그로박테리움 네포튬(A. nepotum), 아그로박테리움 푸센스(A. pusense), 아그로박테리움 살리니톨란스(A. salinitolerans) 및 아그로박테리움 스키에니에비센스(A. skierniewicense)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 방법.
In claim 1,
The Agrobacterium in step a) is Agrobacterium tumefaciens ( A. tumefaciens ), Agrobacterium rhizogenes ( A. rhizogenes ), Agrobacterium vitis ( A. vitis ), Agrobacterium nepotium ( A nepotum ), Agrobacterium pusense ( A. pusense ), Agrobacterium salinitolerans ( A. salinitolerans ) and Agrobacterium skierniewicense ( A. skierniewicense ). At least one species selected from the group consisting of, method.
청구항 1에 있어서,
상기 b) 단계의 포도 화수는 전체 꽃 중 70% 이상 개화한 것인, 방법.
In claim 1,
The method in which the number of grape flowers in step b) is one in which more than 70% of all flowers have bloomed.
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