유전공학 기술은 지금까지 발전 유지하여 온 전통 육종기술의 약점을 보완하고 연계할 때만이 무한한 잠재력을 발휘할 수 있기 때문에 농업생산에서 새로운 전기를 마련할 수 있는 품종개발을 전제로 연구 방향을 설정하는 것이 바람직하다. 따라서 우리나라의 품종 보급의 양대 축인 정부 주도의 식량작물 육종사업과 개인 종묘회사가 주도하는 원예작물 육종사업에 필요한 유전공학연구를 수행해야 할 것이며 철저한 현황파악과 성공가능성을 세계 경쟁의 입장에서 분석하여 연구의 우선 순위를 정하고 집중적인 인력 양성과 연구투자를 지속하여야 결실을 얻을 것으로 본다. 유전공학연구의 기본 방향으로는 실용화 촉진을 위한 연구와 원천기술확보를 위한 기초 연구로 대별하여 농가 또는 작물 육종기관에 필요한 연구는 농림부에서 주관하고 원천 기술 확보를 위한 기초연구는 과학기술부에서 주도하여 구체적이고 실현 가능한 정책을 수립 추진하여야 할 것이다. 구체적으로 실용화 촉진연구는 전통 육종 기술의 목표인 획기적 수량증대, 작물의 재배안정성 향상 및 품질 개량범주에 속하는 유전자 전환작물 개발 및 생리활성물질 생산 작물의 개발로 볼 수 있으며 기초 연구로서는 각 작물의 유전체 연구개발과제라고 생각된다. 이미 선진국에서는 몬산토 등 대기업을 중심으로 대두, 옥수수, 감자, 유채 등 주요 작물에서 제초제 저항성, 내충성, 내병성 등 유전자 전환작물을 상용화하여 농업 생산비를 절감하고 수량성을 향상시키는 등 기술 부가가치를 높이고 있으며, 이들 수확물을 수출하거나 또는 종자로 수출하여 농업의 상업화와 국제화를 추진하고 있는 동시에 지적소유권을 선점하고 그 기술까지 수출하고 있는 실정이다. 국내에서도 유전공학 연구가 어느 정도 수행되어 벼를 비롯한 주요 농작물의 형질 전환 기술이 정립되었고 다양한 소재로부터 개발된 신기능성 형질전환작물이 개발되고 있으나 아직은 농가 및 농장에 보급되지 못하고 연구소나 대학 실험포장에 격리 실험을 실시 중에 있다. 또한 기초 연구인 유전체 연구로 국, 공립연구소 및 대학 실험실에서 벼, 배추, 고추 등 일부 작물에서 산발적으로 시작되어 유전자 지도 작성 및 유용 유전자 개발 등 필수적인 연구를 시작하고 있으나 연구비와 인력 부족으로 국제 경쟁력을 갖추지 못하고 있다. 그러므로 앞으로의 과제는 연구 중에 있는 과제들을 보다 활성화하여 연구결과를 조속히 얻도록 노력해야 하며 새로 시작하는 과제는 연구기관의 능력과 연구 후의 실용화를 촉진할 수 있도록 일괄 system 확립을 전제로 하는 협동연구체제로 수행하는 것이 바람직하다. 그 동안 식량작물의 종자개량 및 보급사업은 정부주도로 국공립 연구소를 중심으로 수행되어 왔으나 앞으로는 민영화 및 기업화를 촉진하는 정책을 추진하여야 외국의 종자회사 또는 농업 생산자와 경쟁할 수 있는 농기업 체제가 탄생될 것이다. 또한 국공립 연구 기관은 대학 및 개인회사연구소의 농업 연구를 지원하는 Infra system 확충을 목표로 연구 방향을 수정해야 할 것이며 유전 자원 연구, 작물 유전체 연구 등 직접적으로 수익성이 없는 기초적 연구에 치중하여 나라 전체의 연구 수준을 향상시키도록 노력해야 21세기에 농업에서 국제 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 보여진다.
유전공학 기술은 지금까지 발전 유지하여 온 전통 육종기술의 약점을 보완하고 연계할 때만이 무한한 잠재력을 발휘할 수 있기 때문에 농업생산에서 새로운 전기를 마련할 수 있는 품종개발을 전제로 연구 방향을 설정하는 것이 바람직하다. 따라서 우리나라의 품종 보급의 양대 축인 정부 주도의 식량작물 육종사업과 개인 종묘회사가 주도하는 원예작물 육종사업에 필요한 유전공학연구를 수행해야 할 것이며 철저한 현황파악과 성공가능성을 세계 경쟁의 입장에서 분석하여 연구의 우선 순위를 정하고 집중적인 인력 양성과 연구투자를 지속하여야 결실을 얻을 것으로 본다. 유전공학연구의 기본 방향으로는 실용화 촉진을 위한 연구와 원천기술확보를 위한 기초 연구로 대별하여 농가 또는 작물 육종기관에 필요한 연구는 농림부에서 주관하고 원천 기술 확보를 위한 기초연구는 과학기술부에서 주도하여 구체적이고 실현 가능한 정책을 수립 추진하여야 할 것이다. 구체적으로 실용화 촉진연구는 전통 육종 기술의 목표인 획기적 수량증대, 작물의 재배안정성 향상 및 품질 개량범주에 속하는 유전자 전환작물 개발 및 생리활성물질 생산 작물의 개발로 볼 수 있으며 기초 연구로서는 각 작물의 유전체 연구개발과제라고 생각된다. 이미 선진국에서는 몬산토 등 대기업을 중심으로 대두, 옥수수, 감자, 유채 등 주요 작물에서 제초제 저항성, 내충성, 내병성 등 유전자 전환작물을 상용화하여 농업 생산비를 절감하고 수량성을 향상시키는 등 기술 부가가치를 높이고 있으며, 이들 수확물을 수출하거나 또는 종자로 수출하여 농업의 상업화와 국제화를 추진하고 있는 동시에 지적소유권을 선점하고 그 기술까지 수출하고 있는 실정이다. 국내에서도 유전공학 연구가 어느 정도 수행되어 벼를 비롯한 주요 농작물의 형질 전환 기술이 정립되었고 다양한 소재로부터 개발된 신기능성 형질전환작물이 개발되고 있으나 아직은 농가 및 농장에 보급되지 못하고 연구소나 대학 실험포장에 격리 실험을 실시 중에 있다. 또한 기초 연구인 유전체 연구로 국, 공립연구소 및 대학 실험실에서 벼, 배추, 고추 등 일부 작물에서 산발적으로 시작되어 유전자 지도 작성 및 유용 유전자 개발 등 필수적인 연구를 시작하고 있으나 연구비와 인력 부족으로 국제 경쟁력을 갖추지 못하고 있다. 그러므로 앞으로의 과제는 연구 중에 있는 과제들을 보다 활성화하여 연구결과를 조속히 얻도록 노력해야 하며 새로 시작하는 과제는 연구기관의 능력과 연구 후의 실용화를 촉진할 수 있도록 일괄 system 확립을 전제로 하는 협동연구체제로 수행하는 것이 바람직하다. 그 동안 식량작물의 종자개량 및 보급사업은 정부주도로 국공립 연구소를 중심으로 수행되어 왔으나 앞으로는 민영화 및 기업화를 촉진하는 정책을 추진하여야 외국의 종자회사 또는 농업 생산자와 경쟁할 수 있는 농기업 체제가 탄생될 것이다. 또한 국공립 연구 기관은 대학 및 개인회사연구소의 농업 연구를 지원하는 Infra system 확충을 목표로 연구 방향을 수정해야 할 것이며 유전 자원 연구, 작물 유전체 연구 등 직접적으로 수익성이 없는 기초적 연구에 치중하여 나라 전체의 연구 수준을 향상시키도록 노력해야 21세기에 농업에서 국제 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 보여진다.
The main objective of this topic is to establish strategies and to plan biotechnology researches which are related to the agricultural improvements especially focusing on the crop breeding in Korea. From 1960's to 1980's government policy had been emphasized to develope high yielding cultivars for t...
The main objective of this topic is to establish strategies and to plan biotechnology researches which are related to the agricultural improvements especially focusing on the crop breeding in Korea. From 1960's to 1980's government policy had been emphasized to develope high yielding cultivars for the self sufficient supply of the staple food crops. As a result, considerable increase of rice production has been made with accumulating technology and man's powers. Recently genetically modified crops harboring useful characteristics have been developed using biotechnology and released in the developed countries. National research institutes and private companies have been developed biotechnology researches to establish competitive capabilities, however they have not been successfully used in commercialization. Therefore it is necessary to promote the practical. application by connecting molecular technology with conventional breeding. Proposed research projects are; (1) basic researches including plant genome studies, (2) developing new cultivars through gene transformation, (3) screening and producing antioxidants, secondary metabolite substances and edible vaccines. To set a government policy, both domestic and international research trends were reviewed and possibility of success based on the economic view point were discussed. The intellectual property and preservation of environment play a key role to decide the research priority. It is also necessary for us to make one step system for the distribution of research resources such as microorganisms, genes cloned, plant seeds and research informations for promoting research activities.
The main objective of this topic is to establish strategies and to plan biotechnology researches which are related to the agricultural improvements especially focusing on the crop breeding in Korea. From 1960's to 1980's government policy had been emphasized to develope high yielding cultivars for the self sufficient supply of the staple food crops. As a result, considerable increase of rice production has been made with accumulating technology and man's powers. Recently genetically modified crops harboring useful characteristics have been developed using biotechnology and released in the developed countries. National research institutes and private companies have been developed biotechnology researches to establish competitive capabilities, however they have not been successfully used in commercialization. Therefore it is necessary to promote the practical. application by connecting molecular technology with conventional breeding. Proposed research projects are; (1) basic researches including plant genome studies, (2) developing new cultivars through gene transformation, (3) screening and producing antioxidants, secondary metabolite substances and edible vaccines. To set a government policy, both domestic and international research trends were reviewed and possibility of success based on the economic view point were discussed. The intellectual property and preservation of environment play a key role to decide the research priority. It is also necessary for us to make one step system for the distribution of research resources such as microorganisms, genes cloned, plant seeds and research informations for promoting research activities.
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문제 정의
남북 교류가 활발해질 것을 전제한다면 북한의 주식이 벼, 옥수수, 감자 순으로 중요성이 부각되기 때문에 감자 genome 연구는 북한의 감자 개량사업에 큰 도움이 될 것으로 전망된다. 몇 년 전 북한에서는 농산물 증산을 위한 유전공학 연구 개발을 미국 등 선진국에 지원 요청한바 있으며 구체적으로 벼, 옥수 수, 감자의 유전공학 기술을 발전시키고자 하였다. 이러한 맥 락에서 감자에 대한 genome 사업은 낙후된 감자 육종사업을 지원할 뿐 아니라 앞으로 남북통일에 대비한 연구사업이 될 것으로 추측된다.
본 원고에서는 생명공학과 관련되어 있는 농업 분야 중에서 작물분야에 한정하여 현재 당면한 문제점을 분석하고 이러한 문제점을 극복할 수 있는 연구방향을 제시하고자 하였다.
제안 방법
295 clonee 새로운 expressed sequence tag (EST)이었으며 많은 유전자들이 arabidopsis에서 보고된EST와 높은 상동성을 보였다고 보고하였다. 충남대 학교 임용표 교수 (500 clone)와 경상대학교 조무제 교수 (2, 500 clones) 등도 유용한 유전자를 cloning하기 위하여 배 추 cDNA의 염기서열 분석을 실시하였으며 다수의 유전자에 대하여 full sequence를 GeneBank 데이터베이스에 등록하고 있다.
성능/효과
우리나라의 잡초성 벼에서 분리한 DNA 단편인 pKRD는 벼 genome에서 많은 copy 수를 갖고 있어서 품종마다 다양한 hybridization pattern을 보였다. 이 염 기 배열 정보를 근거로 고안한 40여 종의 primer는 벼의 품종분 류는 물론, 미생물, 동물종을 PCR로 분류하는데 탁월한 효과가 있음이 밝혀졌다. 지금까지의 연구결과를 종합하여 보면Universal Rice Primer (URP)는 20개의 핵산으로 구성된 oligomer로 55℃ 이상의 annealing 온도에서 종간, 종내 계통 간 특이적이며 재현성 높은 PCR Banding pattern이 보임으 로써 종 구분 또는 혼종 구별에 확실하고 간편한 방법으로 이용성이 높음이 실증되었다.
현재 국 내에는 한국 종자협회에 등록된 회사가 51개사이다. 이들 종 묘회-들이 품종을 등록한 품종을 분류하여 보면 16개 회사 가 채소전반의 종자를 육종 판매하는 것으로 나타났으며 17 개 회사는 2~3개 과에 속하는 채소종자, 나머지 회사는 한두 종의 종자만을 취급하는 것으로 나타났으며, 대부분의 회사는 100명 이하의 고용원으로 회사를 운영하고 10명 미만의 회사 도 28개나 된다. 그러므로 각 작물종자의 육종 system을 갖 출 수 있는 능력이 없을 뿐 아니라 특정한 작물에 대하여 전 문성을 갖고 있는 연구원들이 거의 없는 실정이다.
이 염 기 배열 정보를 근거로 고안한 40여 종의 primer는 벼의 품종분 류는 물론, 미생물, 동물종을 PCR로 분류하는데 탁월한 효과가 있음이 밝혀졌다. 지금까지의 연구결과를 종합하여 보면Universal Rice Primer (URP)는 20개의 핵산으로 구성된 oligomer로 55℃ 이상의 annealing 온도에서 종간, 종내 계통 간 특이적이며 재현성 높은 PCR Banding pattern이 보임으 로써 종 구분 또는 혼종 구별에 확실하고 간편한 방법으로 이용성이 높음이 실증되었다. 현재 서린 과학에서 이 기술을 이용하여 SRILS Uniprimer Kit를 개발하여 판매하고 있으며 사용자가 차츰 증가하는 추세에 있다.
후속연구
농촌진흥청 농업과학기술원과 명지대 학교는 그동안 국내에서 분석한 벼 유전정보를 모두 data base화하여 "Korea Rice Genome Data base Network" 를 설 치하고 미국 농무부에서 주관하는 rice genome internet mirro site를 구축하여 필요한 정보를 연구원에게 제공하고 있다. 그러나 벼 cDNA 유전자는 50, 000개 정도로 추정되고 특히 조직 특이적 유전자 등은 거의 연구된 바가 없으며, 품 종별 또는 근연 종간의 유전자 차이 등 많은 연구가 계속되 어야 할 것이다. 특히 최근 미국, 일본 등 선진국에서 대규모 연구사업을 추진하고 있을 뿐 아니라, 몬산토 등 기업체에서 도 벼 genome 연구를 추진하고 있어, 국제 경쟁력을 얻기에 어려움이 예견된다.
현재 세계적으로 벼, 옥수수 arabidopsis 등 몇몇 중요한 작물 에서 상당한 양의 염기서열이 결정되고 유전자의 기능이 밝 혀지는 등 실용성이 가시화되고 있지만 아직은 제한적인 작 물에서 일부의 유전자가 개발되고 있으므로 우리나라에서도 적절한 투자와 노력을 기울이면 유전자를 대량으로 개발하여 생명공학 수준의 획기적 발전은 물론 특허권을 주장할 수 있는 기본재료와 원천기술을 확보할 수 있을 것으로 전망된다. 그러나 이 연구는 작물 전체 게놈의 염기서열을 대상으로 하기 때문에 많은 투자와 상당한 시일을 요하는 대규모 사업이 므로 중요한 작물들의 우선 순위를 결정하고 집중적 연구를 추진하여야 소기의 목적을 달성할 수 있을 것이다.
그러나 이들 중 몇몇 병을 제외하고는 저항성 소재가 없거나 저항성 기작이 간단하지 않다. 따라서 새로운 저항성 소재를 부단히 탐색하는 동시에 분자유전학 등의 새로운 기 술을 적용하여야 내병성 품종 육성에 성공할 수 있을 것이다. 이 경우 큰 기업으로 흡수된 몇몇 대기업들은 자체적으로 문제를 해결할 수 있을 것이나 이들을 제외한 나머지 기업은 공공 (국가 연구소 및 대학)의 도움 없이는 사실상 육성의 어 려움이 적지 않을 것이므로 새로운 연구협조 체제가 제시되 어야 할 것이다.
작물 육종기술은 각 작물마다 특성이 다양하고 취급하는 방법과 적용하는 기술이 달라 작목별로 모든 단계의 작업과 기술을 갖추어야 좋은 품종의 종자를 생산할 수 있다. 따라서 종묘회사들 간에 작물별로 전문성을 확보하여 집중 개발하여 야 종자 판매의 세계 경쟁이 가능하고 종자의 판매 규모도 확대될 수 있을 것이다.
셋째로 앞으로는 환경친화형 재배양식이 도입될 것에 대비하여 각종 병해에 강한 품종의 육성이 시급하다. 주요 병해 로는 무, 배추의 바이러스병, 노균병, 무사마귀병, 뿌리마름병, 무름병, 고추바이러스병, 세균성 점무늬병, 탄저병, 역병 등이다.
몇 년 전 북한에서는 농산물 증산을 위한 유전공학 연구 개발을 미국 등 선진국에 지원 요청한바 있으며 구체적으로 벼, 옥수 수, 감자의 유전공학 기술을 발전시키고자 하였다. 이러한 맥 락에서 감자에 대한 genome 사업은 낙후된 감자 육종사업을 지원할 뿐 아니라 앞으로 남북통일에 대비한 연구사업이 될 것으로 추측된다.
농어촌진흥공사가 수행하고 있는 영농 규모화사업의 가상적 효과 분석에 의하면 장기적으로 20~25 ha의 경작 규모로 농사를 지었을 때 농기계의 수익률이 가장 큰 것으로 검토 보고하고 있다. 이러한 영농규모확대는 날로 고령화되고 있는 농촌 노동력 문제를 해결할 수 있는 유일한 대안이므로 기계화 재배에 대비한 작물재배 기술과 품종개발이 필요할 것으로 전망된다.
특히 환경 스트레스 저항성 작물 개발 연구는 우리나라와 같이 경지면적이 협소하여 식량자급률이 낮은 지역에서 한계 농지에서 작물재배지로 확대할 수 있는 유일한 돌파구라고 생각되어 중요성이 더욱 크다. 즉, 벼 등 식량작물에서 염해 저항성이 증가되면 빠른 시일에 간척지 재배가 가능할 것이 고, 건조 저항성이 높으면 야산 등 한계농지에서도 작물 재배 가 가능할 것이며, 내한성이 증가되면 북한지역의 농업생산성 이 크게 향상될 것이므로 환경 스트레스 저항성 작물개발 연구를 강화시켜 나가야 할 것으로 전망된다. 최근 농업과학기 술연구소에서 건조 저항성 작물개발의 일환으로 연구개발하고 있는 trehalose 유전자, glucose phosphate dehy-drogenase유전자는 한발과 염해에 견디는 정도를 크게 높임으로써 환 경재해 저항성 작물개발에 큰 희망을 주고 있다.
어떤 종류의 채소나 향신료는 이들 항혈전, 항천식 작용을 하는 물질들을 생산하는 것으로 알려져 있으며 이러한 물질을 채소에서 다량 생산 되도록 유도할 경우 채소의 소비량과 부가가치를 높일 수 있을 것이다. 특히 버섯류, 산채류 및 해조류 등이 이러한 항혈 전 둘질을 다량 함유하고 있으므로 이들의 추출 및 정제기술 도 연구 대상이 될 것이다.
또한 유전자의 기능을 탐구하는 functional genome 기술과 더불어 computer와 연결하여 분석할 수 있는 bioinformatics 기술이 새로이 창안되고 전세계적인 관심 속에서 발전하고 있다. 현재 세계적으로 벼, 옥수수 arabidopsis 등 몇몇 중요한 작물 에서 상당한 양의 염기서열이 결정되고 유전자의 기능이 밝 혀지는 등 실용성이 가시화되고 있지만 아직은 제한적인 작 물에서 일부의 유전자가 개발되고 있으므로 우리나라에서도 적절한 투자와 노력을 기울이면 유전자를 대량으로 개발하여 생명공학 수준의 획기적 발전은 물론 특허권을 주장할 수 있는 기본재료와 원천기술을 확보할 수 있을 것으로 전망된다. 그러나 이 연구는 작물 전체 게놈의 염기서열을 대상으로 하기 때문에 많은 투자와 상당한 시일을 요하는 대규모 사업이 므로 중요한 작물들의 우선 순위를 결정하고 집중적 연구를 추진하여야 소기의 목적을 달성할 수 있을 것이다.
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