조직배양

조직배양은 식물의 잎, 줄기, 뿌리와 같은 조직이나 기관의 일부를 모체에서 분리해 무균적인 배양을 통해 캘러스를 만들거나 식물체를 분화, 증식시키는 기술을 말한다. 대부분의 식물은 다양한 식물조직이나 세포배양을 통해 완전한 식물체를 재생시킬 수 있는 전형성능의 특성을 가지고 있기 때문에 오래 전부터 조직배양 기술이 발달되었다.

식물조직배양의 과정 (출처:한국식물학회)

목차

조직배양 기술은 주로 유용작물의 품종 육성이나 식물생명공학연구에 널리 이용되고 있다. 조직배양의 역사를 알아보면 Haberlandt는 1902년에 개체를 구성하는 각각의 식물세포는 배양할 수 있으며, 또한 생명체로서의 모든 능력을 가지고 있다는 세포의 전분화능을 발표하였는데, 이는 조직배양의 근간이 되었다. 그는 배추속 식물의 줄기를 절단하여 배양하면 절단부위의 세포분열에 의해 세포괴가 형성되는 것을 직접 관찰하였으며, 이 세포괴를 캘러스(callus)라고 명명하였다. 그로부터 30여 년 후 1934년 화이트(White)는 토마토의 뿌리조직을 효모 추출액을 넣은 배지에 장기간 배양하여 식물조직의 인공배양에 성공했다. Skoog와 Martin은 1948년 담배의 캘러스로부터 부정아와 부정근을 유도하였고, Skoog와 Miller는 1957년에 식물호르몬 옥신/사이토키닌 비율에 의해 형태형성이 조절된다고 밝히면서 식물의 재분화에 관한 기본기술이 정립되었다. 한편, Cocking은 1960년에 페튜니아의 원형질체 분리에 성공하였으며, Kenbu 등은 1968년 담배의 엽육세포로부터 원형질체를 분리 배양하여 식물체의 재생에 성공하였다. 최근에는 식물 원형질체를 이용하여 이종 식물간의 세포융합이나 외래 유전자도입에 의한 형질전환 실험이 보편화되어 식물 육종에 널리 활용되고 있다.¹⁾²⁾³⁾

식물의 조직이나 기관 및 세포배양은 사용하는 재료에 따라 다른데, 미성숙한 배를 채취하여 배양하는 배배양, 식물의 잎, 줄기, 뿌리 절편을 사용하는 절편배양, 캘러스를 계대 배양하는 캘러스배양, 액체배지에서 배양하는 현탁배양, 식물의 약이나 화분을 채취하여 배양하는 약배양, 식물세포나 캘러스배양 세포로부터 세포벽을 제거하여 얻은 원형질체를 배양하는 원형질체배양 등이 있다. 이와 같이 조직배양은 사용목적에 따라 다양하게 재료를 선택할 수 있다.

캘러스로부터 식물체의 재분화 (출처: 문정환)

재분화 개체의 발근 (출처: 문정환)

배지는 배양하는 조직이나 세포에 양분을 공급해주는 역할을 한다. 따라서 배지는 기본적으로 식물의 생장에 필수적인 다량영양소(H, C, O, N, P, K, S, Ca, Mg)와 미량영양소(Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl)로 구성되어있다. 또한 이들 무기염류 외에 당, 비타민류, 식물호르몬 등의 유기화합물을 첨가해야 한다. 배양은 일반적으로 광, 습도가 조절되는 무균적인 배양기에서 배양한다. Murashigi와 Skoog는 1962년에 담배 조직배양을 위해 MS배지를 개발하였는데, 지금까지 쌍자엽 식물과 단자엽 식물의 세포배양에 가장 흔히 사용하는 배지이다.⁴⁾ Gamborg는 1968년에 콩의 세포현탁배양을 위해 B5배지를 개발하였다.⁵⁾ 오늘날 여러 종류의 다양한 배양배지들이 개발되어 상업적으로 상품화되어 있다.

1. Haberlandt, G. (1902) Kulturversuche mit isolierten Pflanzenzellen. Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien. Math.-Naturwiss. Kl., Abt. J., 111: 69–92
2. Noé, A. C. (1934) Gottlieb Haberlandt. Plant Physiol., 9: 850–855 
3. Rücker, Waltraud (2003) Plant Tissue Culture. 100 years since Gottlieb Haberlandt. Laimer, Margit; Springer,
4. Murashige T., Skoog F. (1962) A revised medium for rapid growth and bioassays of tobacco tissue cultures. Physiol. Plant, 15: 473-497
5. Gamborg O. L., Miller R. A., Ojima K. (1968) Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp. Cell Res., 50: 148-151