Cultivated strawberry (Fragaria x ananassa Duch.) is an economically very important fruit crop in the world. The aim of this study was to investigate the changes of soluble sugar composition in strawberry fruit. We isolated full cDNA encoding an AGPase small subunit (FagpS) from strawberry cv. Niyobou. The nucleotide length of FagpS cDNA clone was 1826bp. which the cDNA has an open reading frame deriving 57kDa. To modulate the soluble sugar contents of fruits, we obtained transgenic plants that incorporate an antisense orientation of FagpS in strawberry cv. Anther under the control of the fruit-dominant ascorbate peroxidase (APX) promoter. Several independent transgenic and regenerated plants were obtained and propagated in the greenhouse for agronomical tract analysis. Most transgenic fruits did not show significant differences in weight, and hardness when compared with control fruits of strawberry. While starch contents in fruit of transgenic lines were decreased about 27% to 69%, total soluble sugar contents were increased about 16% to 37% in transgenic plants. These results show HPLC analysis of sugar composition at four stages of fruit development, the increase of sugar contents of fruits in transgenic lines compared with wild plants particularly detected in the transition from the turning to the red stage. This results were confirmed by northern analysis which showed the steady-state levels of AGPase mRNA drastically reduced in red stage of fruits in all the transgenic plants. Therefore, these results supported that AGPase expression in the transgenic lines was controlled by APX promoter. The analysis of AGPase transcript levels in other tissues transgenic plants showed that AGPase mRNA expression is similar to control plants. Starch staining of leaf and pollen by I2-KI also show the similar data compared with wild plants. Therefore, our results indicated that AGPase gene is a candidate for changes of sugar composition in strawberry fruit.
딸기를 포함한 과실의 당도는 과실중의 glucose 및 fructose, sucrose의 함량에 의해 결정된다. 이들은 다음과 같은 과정을 거쳐 만들어진다. Source 조직인 잎에서 광합성에 의해 생산된 glucose는 sucrose 형태로 sink 조직인 과육에 전류된 후 invertase에 의해 fructose와 glucose로 분리되고, 대부분의 glucose는 AGPase 효소의 의해 starch 합성의 전구물질로 변환된다. 본 연구는 유전자조작기법으로 과실에서 특이적으로 우세하게 발현되는 APX promoter를 이용하여 AGPase의 발현을 감소시켜 과일의 starch 함량을 줄이고, 당의 함량을 증가시키고자 하였다. 즉, 대사제어에 의한 탄수화물의 배분에 대한 연구를 수행하였다.
이에 본 연구에서 AGPase small subunit(FagpS)를 암호화하는 유전자를 cloning하여, APX promoter 밑에 역방향으로 발현시키는 벡터를 제작하여 딸기 형질 전환체를 얻었다. 얻어진 딸기 형질전환체로부터 runner 증식을 통해 대량증식을 하였다. 대조군 딸기 및 형질전환된 딸기로부터 당도(˚Brix), 무게, 경도를 측정하였으며, HPLC를 통해 과실에서 glucose 그리고 fructose, sucrose의 함량을 정량화하였다. 이러한 결과를 토대로 대조군 과실과 비교 분석하였다. 또한, starch 함량도 비교 분석하였다. 딸기 과실의 발육단계별로 나누어 northern blot을 통해 FagpS의 발현 감소를 확인하였고, 딸기의 잎, 화분, 뿌리에 대한 FaspS 유전자 발현차이의 유무도 조사하였다. 형질전환체로부터 과육 이외의 조직에서 FagpS 유전자의 발현을 비교분석하고자 잎, 화분, 뿌리로 채취하여 northern blot을 통해 분석한 결과, 대조군 조직과 비교하였을 때, 대부분 형질전환체에서 전체적으로 감소는 볼 수 없었으나, 화분에서 감소함을 보였다. 잎과 꽃가루에서 starch 함량을 비교한 결과 대조군 식물과 차이를 볼 수 없었다.
결론적으로, AGPase 효소를 과육 우세 발현 promoter와 antisense 억제기법으로 과실이 익어가는 단계에서 대사제어를 함으로써 효과적으로 딸기 과육에서 FagpS 유전자를 억제하였으며, 이러한 결과가 과육의 수용성 당 함량이 증가되었으며, starch 함량은 감소함을 확인하였다.
