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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이유경 (충남대학교, 忠南大學校 大學院)

지도교수
유용만
발행연도
2019
저작권
충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수18

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이 논문의 연구 히스토리 (14)

초록· 키워드

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버섯파리에 살충활성을 나타내는 새로운 Bacillus thuringiensis 균주를 분리 동정과 균주의 활용가능성 검토 및 생물학적 특성을 밝히며, 균주의 내독소단백질과 균주를 활성화 시키는 알려지지 않은 버섯파리의 단백질 분해효소를 분석하였고 활성을 나타내는 plasmid DNA의 분자유전학적 특성을 구명하고자 다양한 실험을 통해 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 버섯파리 재배사의 난방제 해충으로 알려진 버섯파리를 방제하기 위하여 토양으로부터 Bacillus thuringiensis 균주를 분리 동정하였다. B. thuringiensis subsp. kyushuensis CAB464로 동정되었으며, 파리목 해충인 버섯파리에 대해 높은 독성으로 속효성 살충효과를 확인할 수 있었다. B. thuringiensis CAB464 균주는 버섯파리의 섭식 및 용화와 우화를 저해하는 것을 확인할 수 있었으며, 해충에 직접 작용하기도 하지만, 섭식을 저해하여 아사시키는 살충기작도 가지고 있음을 알 수 있었다. 버섯농가에 이용가능성 및 방제효과를 보기 위하여 포트 검정한 결과, B. thuringiensis CAB464 균주는 80.1%의 방제가로 무처리구보다 약 50% 이상의 살충활성을 나타내며 생충율도 무처리구보다 약 38% 이상의 감소를 나타내고 있는 반면에 무처리구는 점점 증가하고 있는 것으로 나타났다. 버섯파리의 전령기기 혼재된 버섯 재배사에서 방제효과를 검정한 결과, 방제가는 1회 처리 후 75.6%, 2회 처리 후에는 81.7%를 나타내었고, 1차 처리보다 2회 처리에서 방제가는 더 높아졌으며, 생충율은 점점 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 B. thuringiensis CAB464 균주는 버섯파리를 방제할 수 있는 신규 미생물살충제로서의 이용가능성을 가지는 것으로 나타난다.

2. 버섯파리에 살충활성을 나타내는 B. thuringiensis CAB464 균주의 내독소단백질의 특성을 확인하고 내독소단백질을 용해하는 알려지지 않은 버섯파리의 단백질분해효소를 분석하였다. B. thuringiensis CAB464 균주는 약 150, 70, 65, 50, 27 kDa 크기의 주요 단백질 밴드 패턴을 형성하였고, 활성독소 양상을 확인하기 위해 소화효소인 trypsin을 처리하였을 때 약 65, 60, 50, 27 kDa의 단백질 밴드를 형성하는 것을 확인할 수 있었다. B. thuringiensis CAB464 균주의 활성독소는 7일차까지 유지하다가 점점 옅어지기 시작하여 15일차에는 밴드가 거의 보이지 않았으며, 이를 통해 활성 독소가 버섯파리 유충에도 지속될 수 있음을 예상할 수 있었다. 버섯파리의 protease 효소도를 측정한 결과, 100, 45, 37, 27 kDa 밴드를 나타났으며, 단백질 분해효소 활성은 pH 7.5~9.5, 37℃에서 최적의 활성을 나타내었다. 버섯파리의 protease는 tannic acid 반응에서 약 80.3%로 가장 효과적으로 억제활성을 나타내었고, 이는 버섯파리 중장액이 serine protease로 속하는 것으로 판단된다. Protease의 특성을 밝히기 위해 높은 기질 특이성을 이용한 결과, trypsin의 기질인 BPVApNA는 91.1±1.9%를 나타내었으며, 버섯파리의 protease는 밝혀진 바가 없기 때문에 버섯파리의 protease 연구에 기초 자료가 될 것으로 사료된다.

3. B. thuringiensis CAB464 균주의 crystal protein에 관여하는 plasmid DNA의 분자유전학적 특성을 구명하고자 하였다. B. thuringiensis CAB464 균주가 가지고 있는 cry genes을 확인해본 결과, cyt2Aa 유전자를 가지고 있음을 알 수 있었다. 모기 유충에 살충활성이 있다고 보고되어 있으며, cyt2Aa 유전자로 인해 버섯파리에 대한 살충활성이 높음을 추측할 수 있었다. Crystal protein이 생성되지 않는 mutant 균주는 spore만이 관찰되어 crystal protein을 생성하는 능력이 소실되었으며, 버섯파리에 생물활성을 검정한 결과, 107(cfu/ml) 배양액에서 최대 16.7%의 사충률을 나타내며, 살충활성 능력을 가지지 않는 것으로 판단된다. Crystal protein을 형성하지 않기 때문에 균주가 갖는 crystal protein band에서 결실이 나타남을 확인할 수 있으며, cyt gene이 존재하지 않음을 의미한다. 따라서, B. thuringiensis CAB464의 mutant 균주는 살충성 단백질이 완전히 존재하지 않음이 확인 되었다. B. thuringiensis CAB464 균주가 가지고 있는 cyt2Aa 유전자의 cloning을 통해서 cyt2Aa 유전자는 버섯파리의 살충활성에 관여함을 확인하였다.

목차

서 론 1
제 1 장. 버섯파리에 살충활성이 있는 B. thuringiensis 균주의 탐색 및 생물학적 특성 6
1. 재료 및 방법 8
1) 토양시료 채취 8
2) B. thuringiensis 균주의 탐색 및 동정 8
3) B. thuringiensis 균주의 형태적 특성 9
① 위상차현미경 9
② 주사전자현미경 9
4) 시험곤충 10
① 버섯파리 10
② 작은뿌리파리 10
③ 빨간집모기, 흰줄숲모기, 토고숲모기 10
5) 생물활성검정 11
① 버섯파리와 작은뿌리파리에 대한 독성 검정 11
② 빨간집모기, 토고숲모기, 흰줄숲모기에 대한 독성 검정 11
③ 반수치사농도(LC50) 11
6) B. thuringiensis CAB464 균주의 활용가능성 검정 12
① 섭식저해 검정 12
② 포트 방제효과 검정 12
③ 버섯 재배사에서의 방제효과 조사 12
2. 결과 및 고찰 15
1) B. thuringiensis 균주의 탐색 및 동정 15
2) B. thuringiensis 균주의 생물활성검정 19
3) B. thuringiensis subsp. kyushuensis CAB464 균주의 형태학적 특성 26
4) B. thuringiensis CAB464 균주 처리시 버섯파리의 섭식 및 생장율의 저해 효과 28
5) B. thuringiensis CAB464 균주의 포트검정 35
6) 버섯재배사에서의 방제효과 37
제 2 장. B. thuringiensis subsp. kyushuensis CAB464 균주의 내독소 단백질에 대한 생화학적 특성 46
1. 재료 및 방법 48
1) Parasporal inclusions 준비 48
2) 버섯파리 마쇄액, 담배거세미나방과 파밤나방의 중장액 준비 48
3) SDS-PAGE 분석 49
4) 버섯파리 protease의 zymogram 분석 50
5) B. thuringiensis 균주와 protease inhibitor 준비 50
6) Protease inhibitor의 저해효과 분석 52
7) 버섯파리 protease의 활성 측정 52
2. 결과 및 고찰 53
1) SDS-PAGE 53
2) 버섯파리 마쇄액, Chymotrypsin, Trypsin으로 소화시킨 B. thuringiensis 균주의 분해 차이 58
3) 버섯파리 protease의 zymogram 분석 62
4) 버섯파리 마쇄액에 대한 protease inhibitor의 저해효과 66
5) 버섯파리의 protease 활성 측정 69
제 3 장. B. thuringiensis subsp. kyushuensis CAB464 균주의 crystal protein에 관여하는 유전자의 특성 구명 72
1. 재료 및 방법 74
1) Plasmid DNA 추출 74
2) PCR 분석 75
3) Plasmid curing 80
4) 생물활성 검정 80
5) SDS-PAGE 분석 81
6) Crystal-coding plasmid DNA의 Gel extraction 82
7) Cyt2Aa 유전자 cloning 84
8) Electro transformation 86
2. 결과 및 고찰 87
1) Plasmid DNA 분석 87
2) Cry-type 유전자 동정 89
3) Mutant 균주의 형태적 특성 96
4) 살충활성 검정 97
5) SDS-PAGE 분석 98
6) Mutant PCR 분석 100
7) Crystal-coding plasmid DNA 102
8) Crystal-coding plasmid DNA의 gel extraction 104
9) Cyt2Aa 유전자 cloning 106
10) pHT1K-Cyt2Aa/Cry-B의 PCR 분석 111
11) pHT1K-Cyt2Aa/Cry-B의 SDS-PAGE 114
12) pHT1K-Cyt2Aa/Cry-B의 생물활성 검정 115
결 론 117
참 고 문 헌 123
초 록 140
ABSTRACT 143

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