Application of Biotechnology for Producing Taxadiene or Free Amino Acids in Ginseng Roots or Soybean Sprouts : 인삼 및 콩나물에서 Taxadiene 또는 유리 아미노산 생산을 위한 생명공학기술의 응용|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Paclitaxel produced by various species of yew trees have been extensively used to treat tumors. Recently, plant metabolic engineering is getting a huge attention due to the potential producing beneficial metabolites. In our research, taxadiene synthase (TS) gene from Taxus cuspidata Sieb. Et Zucc. was used to transform ginseng roots to produce to taxa-4(5)-11(12)-diene. TS gene was successfully introduced into the genome of ginseng roots, and taxadiene was identified the de novo formation. Without any changes in phenotypes or growth differences in the TS transgenic ginseng roots, the yield of taxadiene in the roots were 9.1㎍/g dry weight, or reached to 14.6 or 15.9㎍/g or dry weight by the treatment of methyl jasmonate for three or six days, respectively. These all data suggest that we transform ginseng root for the time to metabolically produce taxadiene, though the yields of taxadiene are not sufficient for commercial production. Korea- representative medicinal plant ginseng is not a proper candidate for taxadiene production due to low yield and slow growth, however, these experimental schemes can be applied for producing beneficial metabolites in ginseng roots.
Effect of various light wavelength and plant defense molecules were determined on the hardness and the contents of free amino acid including gamma-aminobutyric acid (GABA) in germinating soybean sprouts. Germinating soybean seeds were treated with different wavelength of light (380nm, white-LED, 440nm or 660nm) by light emitting diodes (LED) at 25oC for six days. At the same time, soybean seeds were also treated either ethephon or H2O2 in dark at 25oC for six days. Germinated soybean seeds treated with white- LED (470nm) substantially raised the hardness of soybean sprouts, almost two times stronger than the control. The free amino acid contents were higher in white-LED and H2O2 treated soybean seeds than the control. Nutritionally beneficial GABA contents were high in ethephon, white-LED and H2O2 treated soybean seeds. These data suggest that the hardness and the contents of amino acids can be regulated by stimuli, which stimuli can be composed of various wavelength and plant defense molecules.

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국문 초록 (Abstract)

주목나무의 다양한 종에서 생산되는 paclitaxel (상품명 Taxol)은 암 치료에 광범위 하게 이용되어 왔다. 최근 식물 대사 공학은 유용한 대사산물의 생산 가능성에 이용됨으로써 많은 관심을 받고 있다. 우리는 이 연구를 통하여 paclitaxel의 중간 물질인 taxa-4(5)-11(12)-diene을 생산하기 위해 Taxus cuspidata 종으로 부터 얻은 taxadiene synthase (TS) 유전자를 인삼 뿌리에 형질전환 시켰다. TS 유전자는 인삼 뿌리의 genome에 성공적으로 삽입되었고, 그 결과로 인삼이 성공적으로 형질전환 되었다. 형질전환 인삼 뿌리에서는 표현형이나 생장에 대한 어떠한 차이도 없었으나, 이들에게서 taxadiene이 새롭게 생산되는 것을 확인 되었다. 형질전환 된 뿌리 내의 taxadiene의 수확량은 건조 g 중량 당 9.1㎍이었으며, terpenoid pathway를 활성화시키는 methyl jasmonate를 3일 또는 6일 동안 처리 함으로써 수확량이 건조 g 중량 당 14.6㎍ 또는 15.9㎍까지 증가하는 것을 알 수 있었다. 이 데이터들로부터 우리가 인삼 뿌리를 형질전환 시킬 경우에 대사공학적으로 taxadiene을 생산할 수 있으나, 실제로 상용화 하기에는 충분치 않은 수율 이라는 것을 알 수 있었다. 또한 인삼은 한국 대표적인 약용 식물이지만, 느린 생장과 낮은 수확량 때문에 taxadiene 생산을 위해서는 적절하지 않은 재료이다. 그러나 본 실험을 바탕으로 하여 향후 인삼 뿌리에서 다른 유용 대사물질을 생산하는 데에 응용할 수 있을 것이다.
콩나물의 발아 과정에서 강도 및 gamma-aminobutyric acid (GABA) 등의 유리 아미노산 함량에 대한 다양한 빛의 파장과 식물 방어 물질의 효과가 확인되었다. Light emitting diodes (LED)을 통해 형성된 빛의 다양한 파장들 (380nm, white-LED, 440nm or 660nm)이 콩이 발아하는 동안 25oC에서 6일 간 처리 되었다. 이와 동시에, ethephon과 H2O2 또한 동일한 조건에서 처리되었다. 콩나물의 강도는 white- LED (470nm)에 의해 처리되어 발아 한 콩나물에서 대조군에 비해 두 배 가량으로 상당히 증가하였다. 유리 아미노산의 함량은 white-LED와 H2O2 처리군에서 대조군에 비해 더 높았다. 영양적으로 유익한 물질인 GABA의 함량은 ethephon과 white-LED, 그리고 H2O2 처리군에서 높았다. 이 데이터들로부터 다양한 파장이나 식물 방어 물질들의 자극에 의해 강도와 유리아미노산 함량이 조절 될 수 있다는 것을 알 수 있었다.

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주목나무의 다양한 종에서 생산되는 paclitaxel (상품명 Taxol)은 암 치료에 광범위 하게 이용되어 왔다. 최근 식물 대사 공학은 유용한 대사산물의 생산 가능성에 이용됨으로써 많은 관심을 받...

목차 (Table of Contents)

Chapter I 1
Abstract 2
I. Introduction 3
II. Materials and methods 7
1. Plant materials 7

Chapter I 1
Abstract 2
I. Introduction 3
II. Materials and methods 7
1. Plant materials 7
2. Construction of a transformation vector with the Taxadiene synthase (TS) gene 7
3. Ginseng roots transformation by Agrobacterium infection 11
4. Selection of transformed roots with antibiotic media 11
5. Molecular analysis of adventitious roots 13
6. Culture of transformed ginseng roots 13
7. Analysis of taxadiene 14
III. Results and discussion 16
1. Ginseng root transformation 16
2. Measurement of the taxadiene amounts in the transformed ginseng 19
IV. Discussion 25
V. References 28
Chapter II 35
Abstract 36
I. 서론 37
II. 재료 및 방법 41
1. 콩나물 재배 41
2. 견고성 측정 41
3. 유리 아미노산의 분석 42
III. 결과 및 고찰 43
1. 콩나물 강도 측정 43
2. 유리 아미노산 함량 43
IV. 참고문헌 51
Summary (In Korean) 54
Summary (In English) 56

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