홍조류 참풀가사리(Gloiopeltis tenax)는 중국과 일본에서 경제적으로 유용한 종으로 알려져 있 으며 이것은 예로부터 접착제나 식용 등으로 이용되었다. 실험에 사용된 재료는 전북 부안군 변산면 격포리에서 채집한 성숙한 사분포자체로부터 사분포자를 방출 받은 후 배양하여 형성 된 반상근을 대량으로 확보하였다. 이를 해부현미경 하에서 4등분하여 재생과 생장 과정을 추 적하였다. 절단된 반상근을 각 조건별로 배양하였고 광주기는 16:8 h L:D이며 온도조건은 10, 15, 20, 25℃이고 광도조건은 30, 85 μmol photons m-2s-1이다. 4등분된 반상근은 타원형으로 생장하다가 원주상의 직립 축을 형성하였다. 반상근의 크기는 배양 12주 후, 광도 85 μmol photons m-2s-1의 15℃ 온도에서 9.61±3.59 mm2로 최대였다. 평균 상대생장률은 광도 85 μmol photons m-2s-1의 15℃ 온도에서 5.15±0.80 %day-1으로 최대 생장률을 나타내었고 10℃ 온도에 서 3.15±0.94 %day-1으로 최저 생장률을 나타냈으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p < 0.05). 결론적으로 참풀가사리의 반상근을 이용한 방법이 효과적인 양식 방법임이 확인되었다.

Background : Cirsium plants have been used for perennial edible plants and grow wild in the mountainous regions of Korea, including Cirsium setidens and C. pendulum. In particular, C. setidens is commonly called 'gondre', and it has been used medicinally for diseases such as hematuria, hepatitis and hypertension. Hairy roots cultivation can be used as a method for increasing production through mass culture of medicinal plants, and elicitors such as methyl jasmonate (MeJa) can be treated to increase the content of certain useful ingredients. In this study, the hairy root was derived from the leaf tissues of C. setidens and C. pendulum, and the HPLC pattern was compared by MeJa treatment. Methods and Results : Agrobacterium rhizogenes R1000 was used to induce hairy roots in 1/2× MS medium. In addition, the hairy roots was treated with MeJa for different time (0, 1, 2, 5, 10, 24, 48, 72 h) and with various concentrations (0, 10, 50, 100, 200, 300 μM). The HPLC pattern changes were analyzed by on-line HPLC-ABTS. Four new peaks were observed in both Cirsium setidens and C. pendulum hairy roots, all of which showed antioxidant activity. In the case of C. pendulum, chlorogenic acid content was about 4 times higher than that of leaves. These peaks, including chlorogenic acid, were all affected by MeJa treatment. Conclusion : Four peaks were detected in the hairy roots of C. setidens and C. pendulum not in the leaves, and they were confirmed to be affected by the treatment of MeJa. It is necessary to clarify the structure through the subsequent compound separation.

Background : Agastache rugosa (A.rugosa), belongs to the Labiatae family, is a perennial plant distributed in Korea, Japan, Taiwan and China. It is commonly called korean mint and commercially consumed as a medicinal plant in many countries since the crop contains monoterpenes and phenylpropanoids including rosmarinic acid, tilianin and acacetin. Achievement of hairy root cultures (HRCs) through infection of A rhizogenes is a valuable alternative approach, resulting from genetic and biochemical stability, rapid growth rates and synthesis of natural products. Methods and Results : The hairy root, obtained from the explant of A.rugosa, was cultured in the basal half-strength MS (Murashige & Skoog) medium. The dry weights (DW) of hairy roots was measured after 4-days freeze dryer. The highest levels of DW were obtained at hairy roots cultured in the basal medium supplemented with glucose, galactose and sucrose. The lowest weight was recorded after HRCs in the control, meant that the medium did not contain any carbon sources. Sucrose, glucose and galactose are the most suitable for the growth of korean mint hairy roots. the rosmarinic acid contents in the hairy roots varied responding to various carbohydrates. The basal media added with sucrose resulted in the highest value of rosmarinic acid, followed by the basal media with galactose and glucose. The control showed the lowest amount of rosmarinic acid. Conclusion : In this study, carbon source are of importance for growth and accumulation of rosmarinic acid accumulation in korean mint hairy roots. Especially, the accumulation of rosmrinic acid and hairy root growth was the most appropriate carbohydrate. The current study suggests HRCs of korean mint could provide an valuable alternative approaches for the enhanced production of rosmarinic acid.

본 연구는 아그로박테리움을 이용한 기능획득 일일초 모상근의 대량생산을 위한 조건 확립에 대한 것이다. 본 연구에서는, 효율적인 형질전환 일일초 모상근 생산에 있어서의 최적의 일일초 품종의 선발과 최적의 일일초 조직을 결정하였으며, 또한 다양한 배지에 있어서의 모상근 유도를 조사하였다. 최종적으로 약 2,500개의 독립적인 형질전환 일일초 모상근 line을 생산하였으며, 또한 이들을 이용하여, 대사체 연구를 위한 효율적 관리 시스템을 구축하였다. 이들 모상근 line은 일일초 인돌알칼로이드 생합성 관련 유전자의 발굴 및 기능해석에 유용하게 쓰일 것이다.

rosmarinic acid 생산에 미치는 영향을 알아보기 위하여 5계통의 strain (13333, 15834, R1000, R1200, R1601)을 이용하여 조사한 결과 A. rhizogenes R1601이 가장 높은 72.9%의 모상근 유도율을 보였다. 모상근 유도시 모상근 발생 수와 길이 신장에 미치는 영향을 조사한 결과도 A. rhizogenes R1601으로 감염시킨 잎 조직에서 평균 5.4개의 모상근이 발생하였으며, 평균 2.0 cm의 길이 신장으로 가장 좋은 결과를 나타냈다. 다섯 계통의 A. rhizogenes감염으로부터 유도된 각각의 모상근의 생육은 서러 다른 양상을 보였으나 경향은 모상근유도 결과와 유사하였다. A. rhizogenes R1601 감염으로 유도된 모상근의 생육은 배양 2주후 건물중을 조사한 결과 13.5 g/l로 다른 계통에서 유도된 모상근 보다 생육이 양호하였으며, Rosmarinic acid 생산량도 22.6 mg/g D.W.로 다른 계통에 비하여 가장 높게 나타났다. A. rhizogenes R1601이 배초향 모상근 유도, 생육과 rosmarinic acid 생산에 가장 좋은 적합한 계통이었음을 알 수 있었다.

To investigate the effect of culture conditions on growth and ginsenosides accumulation, we cultured the ginseng hairy root under three different media, white light or ultra-violet irradiation. The MS/B5 medium containning MS basal salt and B5 vitamin was good for the growth and ginsenoside accumulation. The light during the culture period of ginseng hairy root was irradiated. The growth was abundant in the ginseng hairy root cultured in dark. But the ginsenosides accumulation was higher than in the ginseng hairy root cultured in the light irradiation. When the ginseng hairy root was cultured in 20 L bioreactor, the ginsenosides accumulation was observed at 34% higher than the hairy root cultured in dark. UV irradiated the ginseng hairy root during the culture period. The long time irradiation of UV was caused decreasing the growth of ginseng hairy root, but the accumulation of ginsenosidess was increased as to the irradiated time.

인삼원료삼의 안정적인 공급을 위하여 인삼의 기내배양에 의하여 생산된 캘루스 및 모상근으로부터 인삼사포닌, 지방산, 산상다당체, 페놀성화합물 및 유기산함량을 조사하였다. 인삼사포닌의 경우에는 캘루스에 비해 모상근에서 훨씬 많았으며 모상근 세포주간에는 약 10mg/g로 유사한 경향을 보였다. 포화지방산은 인삼 캘루스에서 높은 반면 모상근의 경우에는 불포화지방산이 오히려 많거나 비슷한 경향을 보였다. 특히 인삼 캘루스에서는 palmitic acid가 많이 존재하였으며, 인삼 모상근의 경우에는 불포화지방산인 linoleic acid가 캘루스의 5배 이상 많은 검출되었다. 산성 다당체와 페놀성화합물은 기내 배양한 인삼 캘루스 조직에서는 거의 동량으로 존재하였으나, 인삼 모상근의 경우에는 세포주에 따라서 많은 차이를 나타내었다. 특히 HR-2같은 경우에는 산성 다당체보다는 페놀화합물이 2.26%로 산성 다당체보다 2배 이상 많이 존재하였는데 반하여, HR-3 인삼 모상근의 경우에는 산성 다당체가 1.64%로 페놀화합물보다 4배 이상 존재하는 것으로 분석되었다. 인삼 모상근세포주와 캘루스의 유기산은 모상근 세포주가 34.64 mg으로 가장 많이 존재하는 것으로 조사되었다.

미치광이풀의 모상근 뱌양에 의해 의학적으로 중요한 물질인 scopolamine과 hyoscyamine 생산을 증진시키기 위해 3종의 곰팡이와 1종의 효모 유래의 생물학적 elicitor를 supernatant와 homogenate의 형태로 처리하였다. Elicitor 중 Candida albicans는 supernatant와 homogenate 모두 scopolamine 생산성을 증가시켰다. Fusarium solani의 homogenate와 C. albicans의 supernatant 처리로 hyoscyamine 함량이 증가되었다. 그러나 나머지 fungus strain도 대조구에 비해 tropane alkaloids의 생산을 다소 증가시켰다. 본 연구에서는 C. albicans가 tropane alkaloids 생산에 적합한 elicitor임으로 구명되었다. 본 연구 결과는 미치광이풀 모상근 대량배양에 의한 tropane alklaoids 대량생산에 기여할 것이다.

기내 배양 과정에서 식물성장조절물질의 처리 없이도 성장속도가 매우 빠르고, 모식물체와 동일한 성분의 대사물질을 생합성하는 화학적 전형성능을 나타내는 형질전환된 뿌리 즉, 모상근을 이용하여 약리물질을 생산하고자 대황 모상근을 유도하고 이로부터 추출한 물질의 세포독성을 조사하였다. 1. 수층과 클로로포름 층으로부터 얻은 대황 모상근 추출물 모두 농도의 증가에 따라 세포에 미치는 독성이 증가하였다. 2. 클로로포름층으로부터 얻은 대황 모상근 추출물이 수층으로부터 얻은 대황 추출물보다 세포에 미치는 독성이 크게 나타났다. 클로로포름층 분획의 MTT50, NR50 SRB50은 각각 289.3μg/ml, 302.7μg/ml, 433.8μg/ml이었고, 수층 분획물의 MTT50, NR50 SRB50은 각각 475.8μg/ml, 428.3μg/ml, 549.5μg/ml 이었다. 3. 세포독성 측정방법에 따라 차이를 보였으며 수층 분획의 경우 NR정량법에서 클로로포름층 분획의 경우 MTT정량법에서 독성 정도가 더 높게 나타났다.

약용식물의 기내 (in vitro) 배양에 의한 유용물질의 생산을 위하여 대황 (Rheum undulatum L.)의 유묘 조직 절편에 Agrobacterium rhizogenes A4을 감염시켜 형질전환을 유도하였다. 형질전환된 부정 근인 모상근은 WPM 배지에서 RCM 배지의 3.4배의 성장률 증가를 나타내었으며, 지표 물질인 tannin의 생산량 또한 동일 배지에서 가장 높았다. 배지내 식물성장조절물질의 처리에 의한 모상근의 성장 및 tannin 생산촉진 효과는 식물성장조절물질을 처리하지 않은 대조구에 비해 2 mg/L IAA 처리구와 0.5 mg/L ABA 처리구에서 각기 1.7배의 성장 (0.72 g dry weight/flask)과 1.4배의 tannin (0.67 mg/g fresh weight)의 생산량 증가를 가져왔다. 배지내 탄소원인 sucrose 는 3%와 5%에서 최대성장 (0.54 g dry weight/flask)과 tannin 생산 (0.46 mg/g fresh weight)을 보였으며, chitosan의 농도는 50 mg/L 처리구에서 tannin의 생합성에 영향을 주었다.

시호 모상근 태양에선 MS와 RCM 배지를 기본배지로 하는 몇 가지 배지를 사용하여 생장과 사이코사포닌 함량을 비교하였으며, 그 중 MS와 3RCM 두 배지에서 보이는 생장과 성분 함량의 차이가 뿌리의 조직학적 차이와 연관이 있는지를 조사하였다. 모상근의 생장은 생중량은 MS배지가 건중량은 3RCM 배지가 각각 양호하였으며, MS와 3RCM의 건중량에 대한 생중량의 비가 각각 7.6%와 14%로 MS 배지가 함수량이 높았다. 사이코사포닌 함량은 MS배지에서는 극히 낮은 함량을 나타내었으나, 3RCM 배지에서는 총함량에서 국내 1년산 재배근의 약 2.2~5.5배의 함량을 나타내었다. 한편, 두 배지에서 배양한 시료의 근단부와 뿌리끝 1 cm 부근에서는 조직학적인 큰 차이를 관찰할 수 없었으나, 성숙대에서 는 MS 배지 보다 3RCM 배지에서 목부 사부 세포들의 발달이 보다 뚜렷하고, 3RCM 에서는 많은 세포에서 탄닌을 함유하는 것으로 추정되는 진한 염색의 액포 또는 세포 소기관이 관찰되었다. 따라서 이러한 세포 소기관의 발달은 사이코사포닌을 포함한 2차대사물질의 생합성과 연관이 았는 것으로 사료된다.

인삼 뿌리 절편으로 부터 모상근 유기를 위한 최적 조건을 확립하고자 Agrobacterium rhirogenes와 인삼 뿌리 절편의 항생제 내성 조사 및 최적의 모상근 유도 배지를 조사하기 위하여 수행하였다. NaOCl로 인삼 뿌리를 멸균하였을 때, 오염 정도가 감소하면서 조직의 손상이 일어나지 않는 NaOCl의 농도는 7% NaOCl에서 15-20분, 9% NaOCl에서 5분으로 나타났다. 인삼근은 년수가 증가할수록 오염 정도가 심하였으며, 특히 6년근중 표피가 있는 처리구는 오염 정도가 매우 높았다. Agrobacterium의 성장억제를 위한 항생제는 tetracycline이 가장 효과적이었으며, 30mg/L 이상의 농도에서 균의 성장이 억제되었다. 하지만 30mg/L tetracycline에서 인삼 조직이 고사하였으며, cefotaxime(500mg/L), carbenicillin(500mg/L)에서 균의 성장을 완전히 억제하였으며, 조직의 손상이 일어나지 않았다. 3년근 인삼에서 모상근 유도을 위한 배지로는 1/2MS 배지에 500mg/L의 cefotaxime이 첨가된 배지가 가장 좋았으며, 인삼 뿌리 절편에 Agrobacterium을 발라주는 것 보다는 균과 공동배양할때가 절편이 좋았다. Agrobacterium접종 2주 후부터 callus가 유기되기 시작한 후, 다시 2주 후에 모상근이 유도되었다. 유도된 hairy roots는 PCR에 의하여 rol C유전자를 조사함으로서 형질전환체임을 확인하였다.