식물생명공학 강사: 김용욱 (국립산림과학원 생물공학과)

강좌개요 및 목표 식물생명공학기술은 인류에게 필요한 소재를 개발하기 위해 식물체가 가지는 각종 정보를 이용하여 유익한 소재를 개발하는 기술이다. 그 중 대량증식기술, 우량종묘개발기술, 유용물질 생산기술, 다양한 기능을 가진 신품종 육성기술 등을 이용하여 인류에게 유익한 소재를 개발하는 기술이다. 식물생명공학의 주요 연구 분야로 임목조직배양, 형질전환, 배양공학 및 대사공학에 의한 유용물질 생산과 유용물질 이용개발 등을 들 수 있으며 유용 식물체 개발에 이러한 다양한 분야의 기술을 접목하는 방법에 대해 소개하고자 한다.

강의 방법 - 교재: 최신 생물공학 식물편 Ⅰ, Ⅱ(정재동 외, 경북대 출판부, 1999) 세미나발표 : 논문발표 (15%) 시험 : 중간, 기말 (70%) 출석 및 과제 (15%)

강의 일정 주 내용 1 9 - 기내배양에 의한 품종 개량 2 10 3 - 식물세포와 형태형성 11 4 12 5 13 6 14 - 식물생물공학의 산업적 이용과 전망 - 생물공학의 발달사 9 - 기내배양에 의한 품종 개량 2 - 생물공학 실험설비 및 배양배지 식물 - 조직배양의 배양단계 10 - 목본류의 기내배양 3 - 식물세포와 형태형성 - 식물세포의 배형성 - 기내배양과 체세포변이 11 - 세포배양에 의한 유용물질 생산 - 식물세포의 대량배양 기술 - 세포배양을 통한 식품 및 약품의 개발 4 - 기내미세환경 조절 - 유용식물의 기내급속 증식 - 무병주 생산 12 - 유전자 클로닝 - 유전자조작과 형질전환 - 형질전환체 분석 5 - 체세포의 배형성 - 인공종자 생산 기술 13 - 유전자원의 보존 6 - 세미나 (문헌발표) 14 7 - 중간고사 15 - 기말고사 8 - 기내배양묘의 순화와 환경 스트레스

식물생명공학? 생명공학기술 + + + 생물체가 가지는 각종 정보 인류에게 유익한 소재 개발 조직배양 형질전환 배양공학 및 대사공학에 의한 유용물질 생산 + 유용물질 이용 개발

제 1장 식물생물공학의 산업적 이용과 전망

전체형성능 (全體形成能, Totipotency) - Harberlandt (1902) - 한 개의 세포가 한개체를 형성 Nobecourt (1937) - 당근유세포에 IAA를 첨가하여 세로운 세포분열 관찰 Gautheret , White - 당근, 토마토 캘러스 형성 Steward, Skoog (1950) - 캘러스로부터 기관분화 Cocking (1960) - 원형질체 (Protoplast) 분리 및 배양, 융합 1980년 이후 - 세포배양 기술확립 - 유전자조작 도입 기술 확립 - Biotech. 기술을 이용하여 실용화에 촛점

식물생명공학 급속증식 및 무병주 생산 - 조직배양 기술 이용 - 접,삽목으로 인한 문제점 해결 - 유전적으로 균일한 개체를 증식 가능 - 양란: 생장점배양으로 휘기식물의 대중화 기여 - 무병주생산 가능: 감자, 딸기, 카네이션 등 - 돌연변이원(방사선)을 처리하여 변이체 유도하여 내성품종 유발 2. 품종개량 - 약(anther), 화분(pollen) 배양으로 반수체 유도→동형접합체 유도 - 배(embryo), 배주(endosperm), 시험과내 수종(in vitro fertilization) - 원형질체(Protoplast) 융합 3. 유전공학 → 형질전환 기술 등 4. 유용물질 생산 → 향료, 색소, 의약품 등 (2차대사산물) 5. 유전자원의 보존 → 캘러스 및 생장점을 조온 및 액체질소에 보존

제 2장 생물공학의 발달사

조직배양의 경위 가. 캘러스형성의 발견 - Duhmel (1700-1782) 이 발견 - 느릅나무의 환상박피 나. 세포설 schleiden(1838), Schwann(1839) - 전체형성능 주장 Trecul(1853) - Robina, Pawlonia, Ulmus 환상박피때 캘러스형성 발견 Rechinger (1893) - 세포분열이 가능한 최소크기의 절편 조사 - 포플러의 눈(芽), 배추의 뿌리 등 - 20mm 보다 큰 절편은 완전한 개체 형성

다. 초창기의 식물조직 배양 Haberlandt (1902) - Lamium 울타리조직 세포, Eichhornia 엽병의 수조직 조직배양 실패 Winkler (1908) - 깍지콩을 배양하여 세포분열은 관찰했지만 식물체 획득은 실패 Simon (1908) - 포플러 줄기절편을 배양하여 캘러스, 눈, 뿌리발육을 관찰 - 절편체의 기부 → 캘러스로부터 뿌리 형성 최상부 → 눈이 형성 → 극성존재 확인

라. 근단(根端, root tip)세포배양 Kotte - 완두 및 옥수수 근단 배양 성공 Liebig - 2주동안 생장하며 정상적인 형태 유지 Robbins - 옥수수 뿌리배양 White (1934) - 생장중인 토마토뿌리에서 담배모자이크바이러스(TMV) 증식 발표 Pelarge (1941) - 근배양시 상당한 변이성존재

마. 액아배양 Robbins(1922) - 목화와 완두경정(stem tip) 생장 확인 Loo(1945) - 아스파라가스와 새삼의 경정 배양 성공 Ball(1946) - 정단분열 조직이 식물체로 분화 확인 - 미세번식(micropropagation) 기술의 효시

아배양

캘러스배양

원형질체 배양

유전자조작

초저온보존

이차대사산물 생산