Molecular genetic analysis for antiviral potato development

Abstract

감자 잎말림병 바이러스, 감자바이러스 Y, 감자바이러스 X는 감자 생산을 가장 저해하는 강력한 병원성 바이러스이다. 이러한 바이러스는 감자 생산량 감소의 주요 원인이 된다. 이러한 바이러스에 의한 피해를 최소하하기 위하여 32종의 감자에서 바이러스에 저항성이 있는 감자종을 선발하였다. 현재 한국에서 가장 피해가 큰 감자바이러스 Y-O (PVY-O)를 윈터, 알칩, 골든, 썸머, 얼리 등 32종의 감자에 즙액접종시켜 표현형, 전자현미경 사진, PVY의 지표식물인 Burley21을 이용한 방법 그리고 ELISA (면역학적인 기법을 이용한 단백질의 분석방법) 방법, RT-PCR(역전사-중합효소연쇄반응)을 사용하여 항바이러스성이 제일 강한 골든 감자종을 선발하였으며 그 특성을 알아보았다. PVY-O 에 감염된 식물체는 2-3주가 지난 후 모자이크 반점, 황화현상, 잎의 괴사, 엽맥의 투명화 및 무증상 등등의 형태학적 변화를 보였다. 32종의 감자종에서 선발한 PVY-O에 가장 잘 감염이 잘 되는 감자종인 윈터와 PVY-O에 가장 저항성이 강한 골든을 이용하여 CP (외피단백질) 유전자의 발현양을 분석하기 위하여 RT-PCR을 수행한 결과 PVY-O에 감염이 된 윈터에서는 CP 유전자가 많이 발현되었으나 PVY-O에 감염된 골든에서는 CP 유전자가 발현되지 않았다. 그리고 Ry (PVY 저항성 유전자)유전자를 이용하여 RT-PCR한 결과 윈터에서는 Ry 유전자가 거의 발현되지 않았으며 PVY-O에 감염된 골든에서는 바이러스에 감염되지 않은 골든보다 많은 양의 Ry 유전자 발현이 유도되었다. 이로부터 Ry 유전자는 유도유전자임을 알 수 있으며 골든은 PVY-O에 저항성이 가장 강한 감자종임을 재차 확인하였다. 골든의 항바이러스 활성을 알아보기 위하여 골든에서 추출한 단백질을 냉동·건조하여 PVY-O에 처리하여 ELISA로 검정한 결과 바이러스의 측정수치가 줄어들었으며, 골든 단백질 혹은 펩타이드 A3을 감자 바이러스 Y와 함께 윈터에 처리하여RT-PCR 혹은 ELISA 방법으로 검정한 결과 바이러스의 감염도가 줄어든 것을 볼 수 있었다. PVY의 저항성 유전자인 Ry 유전자를 바이러스에 감염이 잘 되는 윈터 혹은 얼리 감자종에 형질전환시켜 항바이러스성 감자종을 개발할 수 있으며, 이 종에서 항바이러스성 활성을 검토할 수 있으며, SMAP-29, HP (2-20), A3, P5 등 펩타이드와 항바이러스성 단백질을 이용하여 생물농약을 만듬으로써 감자 바이러스에 의한 생산량 감소를 최소화할 수 있을 것으로 사료된다.|Potato Leafroll Virus (PLRV), Potato Virus Y (PVY) and Potato Virus X (PVX) are major viral pathogens in potato (Solanum tuberosum). These viruses cause considerable crop damage and significantly reduce yields. To mitigate these problems, we screened virus-resistant potatoes from 32 varieties. We infected PVY-O onto healthy potato leaves by sap-inoculation. The potato leaves infected by PVY showed various symptoms including mosaic, yellowing, necrosis, mottle, vein clearing and vein bending, etc. We used Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) test and RT-PCR for virus detection and screened virus-resistant potatoes from 32 varieties including Rchip, Golden, Summer and Winter. Winter line showed severe mosaic symptom, but Golden did not show any phenotype changes by PVY-O infection. The RT-PCR result showed that PVY CP (coat protein) gene was expressed in Winter but not in Golden, and Ry gene was overexpressed in PVY-infected Golden than in virus-free plants. We tried to find the possibility that protein extract can kill virus infecting the potato leaves. OD value in PVY-O infected Winter protein was reduced by applying Golden protein. Peptide A3 also can inactivate PVY-O. We assumed that virus-resistant potatoes have antiviral protein. In order to create virus-resistant potato plants, Ry, PVY resistant gene, can be transformed to virus susceptible potatoes as Winter and Early for development of antiviral potato varieties. The application of peptides, SMAP-29, HP (2-20), A3, P5 and analogous antiviral protein to potatoes the crop loss and significantly increase the yields and natural antiviral drugs can be made by using virus resistant Golden variety but it needs further research.