Restriction Enzyme-Mediated Integration 방법으로 확보한 Fusarium oxysporum 형질전환체의 후자리산 생성능 분석

Abstract

후자린산(FA)는 Fusarium 속 균이 생성하는 독소로서 다른 곰팡이독소보다 독성은 낮으나 다른 독소와 중복 오염시 전체 독성을 증진시키는 것으로 알려졌다. 현재까지 FA 생합성 관련 효소나 유전자가 Fusarium oxysporum에서 밝혀지지 않았기 때문에 본 연구에서는 관련 생합성 유전자의 발굴을 위해 제한효소를 통한 무작위 삽입 형질전환방법인 REMI를 이용하여 FA 생성 F. oxysporum 균주의 생합성유전자의 결손을 시도하였다. F. oxysporum 균주 2주를 대상으로 REMI를 시도한 결과, 평균 3.2주 (<TEX>$1{\mu}g$</TEX> DNA 당)의 효율로 7,100주 이상의 형질전환체를 육성하였다. FA 미생성 형질전환체를 스크리닝 하기 위해 FA가 함유된 배양액에서 다양한 식물종자의 발아여부를 조사한 결과, 11종의 종자 중 가장 감수성인 배추종자를 선발하였다. 각 형질전환체는 Czapek-Dox broth에서 3주간 배양한 후 배양여액을 배추종자의 발아여부 검정에 사용하였다. 검정결과 총 5,000여 주의 REMI 형질전환체 중 53주의 배양여액에서 종자가 발아하지 않아, 이들을 FA 미(저) 생성 추정 형질전환체로 선발하였다. 이중 26주의 FA 생성량을 HPLC로 분석한 결과, 2주의 형질전환체에서 모균주 생성량의 1% 이하의 FA가 검출되었다. 이 중 형질전환체 1주로부터 REMI 벡터 삽입 부위 게놈 DNA의 염기서열(252 bp)을 확보하였으며, 이 부위는 F. fujikuroi의 미동정 게놈부위와 93% 유사성이 있음을 확인하였다. 이 부위의 FA생성 관련성 증명을 위해서는 추후 연구가 필요하다. Fusaric acid (FA) is a mycotoxin produced by Fusarium species. Its toxicity is relatively low but often associated with other mycotoxins, thus enhancing total toxicity. To date, biosynthetic genes or enzymes for FA have not been identified in F. oxysporum. In order to explore the genetic element(s) for FA biosynthesis, restriction enzyme mediated integration (REMI) procedure as an insertional mutagenesis was employed using FA producing-F. oxysporum strains. Genetic transformation of two F. oxysporum strains by REMI yielded more than 7,100 transformants with efficiency of average 3.2 transformants/<TEX>${\mu}g$</TEX> DNA. To develop a screening system using phytotoxicity of FA, eleven various grains and vegetable seeds were tested for germination in cultures containing FA: Kimchi cabbage seed was selected as the most sensitive host. Screening for FA non-producer of F. oxysporum was done by growing each fungal REMI transformant in Czapek-Dox broth for 3 weeks at <TEX>$25^{\circ}C$</TEX> then observing if the Kimchi cabbage seeds germinated in the culture filtrate. Of more than 5,000 REMI transformants screened, fifty-three made the seeds germinated, indicating that they produced little or fewer FA. Among them, twenty-six were analyzed for FA production by HPLC and two turned out to produce less than 1% of FA produced by a wild type strain. Sequencing of genomic DNA regions (252 bp) flanking the vector insertion site revealed an uncharacterized genomic region homologous (93%) to the F. fujikuroi genome. Further study is necessary to determine if the vector insertion sites in FA-deficient mutants are associated with FA production.