Genetic variations of γ-/ω-gliadin and Spa (storage protein activator) in 40 Korean wheat cultivars were evaluated to provide genetic information for improving end-use quality in wheat breeding programs. Korean wheat cultivars were classified into 13 patterns at the Gli-1 locus based on the allelic variation using A-PAGE (acidic-polyacrylamide gel electrophoresis). Seven, five, and six alleles were identified at Gli-A1, Gli-B1, and Gli-D1 loci, respectively. Allele-specific PCR markers for γ-gliadin corresponded to specific allele at Gli-1 loci on A-PAGE, which Gli-A1f, Gli-A1h and Gli-A1l alleles corresponded to GliA1.2, Gli-B1h and Gli-B1f alleles corresponded to GliB1.2 and Gli-D1f, Gli-D1m and Gli-D1o alleles corresponded to GliD1.1. DNA markers for γ-45 and γ-42 also corresponded to the γ-gliadin patterns around 40kDa on A-PAGE, except in Sukang, Ol and Joongmo2003. However, allelic specific PCR markers for ω5-gliadin did not correspond to that of A-PAGE. Three alleles were identified at Spa-A1 locus, whereas there was no variation at Spa-B1 and Spa-D1 loci.

Rice flour is used in many food products. However, dough made from rice lacks extensibility and elasticity, whereas that of wheat is suitable for many food products including breads. We have produced marker-free transgenic rice plants containing a wheat TaGlu-Ax1 gene encoding the HMG-GS from the Korean wheat cultivar ‘Jokyeong’ using the Agrobacteriummediated co-transformation method. The TaGlu-Bx7-own promoter was inserted into a binary vector for seed-specific expression of the TaGlu-Ax1 gene. Two expression cassettes comprised of separate DNA fragments containing only TaGlu-Ax1 and hygromycin phosphotransferase II (HPTII) resistance genes were introduced separately to the Agrobacterium tumefaciens EHA105 strain for co-infection. Each EHA105 strain harboring TaGlu-Ax1 or HPTII was infected to rice calli at a 3:1 ratio of TaGlu-Ax1 and HPTII, respectively. Then, among 210 hygromycin-resistant T0 plants, we obtained 20 transgenic lines with both TaGlu-Ax1 and HPTII genes inserted into the rice genome. We reconfirmed integration of the TaGlu-Ax1 gene into the rice genome by Southern blot analysis. Transcripts and proteins of the wheat TaGlu-Ax1 were stably expressed in the rice T1 seeds. Finally, the marker-free plants harboring only the TaGlu-Ax1 gene were successfully screened at the T1 generation.

Development of transgenic plant increasing crop yield or disease resistance is good way to solve the world food shortage. However, the persistence of marker genes in crops leads to serious public concerns about the safety of transgenic crops. In the present study, we developed marker-free transgenic rice inserted high molecular-weight glutenin subunit (HMW-GS) gene (Dx5) from the Korean wheat cultivar ‘Jokyeong’ using Agrobacterium-mediated co-transformation method. The Dx5’s own promoter was used for protein expression. Two expression cassettes comprised of separate DNA fragments containing only the Dx5 and hygromycin resistance (HPTII) genes were introduced separately into Agrobacterium tumefaciens EHA105 strain for co-infection. Each EHA105 strain harboring Dx5 or HPTII was infected into rice calli at a 3: 1 ratio of EHA105 with Dx5 gene and EHA105 with HPTII gene expressing cassette. Then, among 270 hygromycin-resistant transformants, we obtained 27 transgenic lines inserted with both the Dx5 and HPTII genes into the rice genome. We reconfirmed integration of the Dx5 gene into the rice genome by Southern blot analysis. Wheat Dx5 transcripts in T1 rice seeds were examined with semi-quantitative RT-PCR. Protein expression of the Dx5 was analyzed with Western blot using polyclonal antibody recognising x-type of glutenin subunits in T1 seeds. It was suggested that the protein-processing system was conserved between rice and wheat. Finally, the marker-free plants containing only the Dx5 gene were successfully screened at the T1 generation.

국내 밀 품종 조경, 금강 그리고 중국 밀 품종인 Chinese spring의 genomic DNA를 주형으로 LMW-GS 특이 프라이머세트를 이용하여 3개의 새로운 LMW-GS i 타입 유전자를분리하였고 이들의 분리된 유전자는 각 각 조경 II-2, CSIII-5 그리고 금강 6-12로 명명하였다. 이들의 유추 아미노산을 분석한 결과 20개의 시그널 펩타이드, 이소루신으로 시작하는 N-말단 부분 그리고 글루타민이 많은 반복도메인 그리고 C-말단 부분으로 구성되어 있으며 조경 II-2와 CS III-5는 전형적인 LMW-GS i-type 유전자처럼 C-말단에 8개의 시스테인 잔기가 있었다. 금강 6-12는 특이하게도 하나 더 많은 9개의 시스테인 잔기가 존재하였는데 이 여분의 시스테인 잔기는7번째 시스테인 잔기의 11잔기 앞에 존재하며 TAT(타이로신)이 TGT(시스테인)로 바뀐 결과이다. LMW-i 타입 글루테닌 유전자들 간의 SNP와 InDel을 확인하기 위해서 본 연구에서 클로닝 된 조경 II-2, CS III-5 그리고 이전에 본 그룹에서 확인된 조경 HQ619933와 기존 문헌에 나와 있는 6배 체 밀 유래의 10개의 LMW-GS i 타입 유전자들과 다중염기서열 분석을 실시하였고, 이들 사이에서 15개의 SNP와 1개의 insertion이 확인되었다. 밀 품종 조경의 Glu-A3 단백질을 동정하기 위해 글루테닌을 추출 이차원전기영동을 하고 Glu-A3c 위치의 스팟을 절취하여 in-gel digestion한 후 LC-ESI MS/MS 분석을 수행한 결과 조경의 i 타입 LMW-GS 유전자 좌는 Glu-A3c로 확인되었다. LMW-i 타입 글루테닌 유전자들의 연관 관계를 분석하기 위해 본 연구 그룹에서 클로닝 한 조경 II-2, CS III-5, 금강 6-12 그리고 조경 HQ6199333와 Genebank DB의 35개의 LMW-i 타입 글루테닌 유전자의 유추 아미노산 서열을 이용하여 Phylogenic tree를 완성하였다. 이들 39개의 계통도 분석 결과 이배체 밀과 4배체 밀의 LMi 타입 글루테닌이 육배체 밀의 LMW-i 타입 글루테닌과 크게 나눠지는 것을 확인하였으며, 육배체 밀의 LMW-i 타입 글루테닌들은 Glu-A3a부터 GluA-3g까지 7개 subgroup으로 나눠지는 것을 확인하였다. 금강 6-12는 GluA-3a와 GluA-3c 사이에 존재하였고 조경 II-2와 CS III-5는 GluA-3d와 일본 연질 밀인 농림 61의 AB062878과 같은 subgroup에 존재하였고 조경 HQ6199333은 Glu-A3c subgroup에 위치하였다. LMW-i 타입 글루테닌 유전자들의 유추 아미노산 다중서열분석결과 반복 도메인은 length polymorphism은 179～149개 정도의 long 타입과 91, 51, 10, 2개의 short 타입으로 나눠지고 이것은 long 타입과 short 타입 LMW-i 타입 글루테닌 유전자를 구분 할 수 있는 마커의 근거가 된다.