[논문]식물의 산업용 지방산 생산을 위한 오일합성 유전자의 기능과 이용 전망

김현욱; 이경렬; 박종석; 노경희; 김순희; 김종범

doi:10.5010/jpb.2010.37.2.220

식물의 산업용 지방산 생산을 위한 오일합성 유전자의 기능과 이용 전망
Acyltransferases for production of industrial oils in transgenic plants 원문보기

Journal of plant biotechnology = 식물생명공학회지, v.37 no.2, 2010년, pp.220 - 227

김현욱 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부) , 이경렬 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부) , 박종석 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부) , 노경희 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부) , 김순희 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부) , 김종범 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부)

초록
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식물 종자오일의 지방산은 인간에 필수 지방산을 공급하는 식용 및 생필품 생산에 필요한 다양한 산업원료로 사용된다. 식물 오일의 식용 및 산업용 적합성과 경제성을 극대화하기 위해 유전공학에 의한 종자오일의 양과 지방산 조성 변형을 위한 대사조절연구가 계속 진행되고 있다. 하지만 식물에 일반적으로 존재하지 않는, 산업적으로 유용한 특이지방산의 합성과 종자오일로의 축적은 한계가 있음이 알려져 있다. 그 이유는 재배가 용이하며 생산성이 높은 오일식물의 acyltransferase가 특이지방산에 대한 기질특이성이 떨어지며 또한 특이지방산에 대한 세포막지질에서 종자오일로 전환시키는 편집기작 (editing mechanism)이 없기 때문으로 사료된다. 최근에 모델식물의 종자오일의 축적에 관여하는 acyltransferase에 관한 유전자들이 클로닝되었고, 특이지방산이 합성되는 인지질에서의 편집기작에 관여하는 acyltransferase 유전자들이 밝혀져 이들 유전자들의 정보를 이용하여 특이지방산을 효과적으로 생산.증진할 수 있는 기술이 개발될 수 있을 것으로 기대한다. 피마자오일의 주성분인 산업용 특이지방산인 리시놀레인 지방산을 오일식물에서 생산하기 위해 이에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 피마자 유전체 데이터베이스에서 존재함을 확인하였다. 이들 유전자들의 도입에 의해 형질전환 식물이 갖고 있지 않은 리시놀레인산에 대한 기질 특이성을 부여하여 종자오일 내의 특이지방산의 생산을 증가시킬 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Fatty acids in seed oil from plants are essential for human nutrients and have been used for industrial purpose. The growing demands of seed oil as food resources and feedstocks for industrial uses have attempted to modify fatty acid composition and to increase oil content in transgenic plants. However, production of unusual fatty acids in transgenic plants are limited, which is not synthesized the level same as original plants. This bottleneck was common for production of several unusual fatty acids in transgenic plants and suggests that there is different for substrate preference in oil metabolic pathway enzymes between host oil plants and original wild plants. Review of acyltransferases involved in acyl-editing and seed oil accumulation of oil plant and wild-plant producing unusual fatty acids will design strategies to maximize the production of unusual fatty acids in transgenic plants. In here, we identified eleven acyltransferase genes in castor based on sequence homology, which will be useful to increase hydroxy unusual fatty acids in transgenic plants.

AI 본문요약
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문제 정의

현재까지 보고되어 있는 종자오일합성에 관여하는 애기장대의 acyltransferase 유전자를 이용하여 피마자 유전자데이터베이스에서 피마자 종자오일생산에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 발굴하였다 (Table 1). 본 연구실에서는 발굴한 11종의 유전자들에 대한 효소활성을 조사하고 이들 유전자와 리시놀레인 지방산 합성유전자인 FAH12를 애기장대에 동시에 도입하여 리시놀레인 지방산 생산 증대에 관한 연구를 수행하고 있다.
2006). 본 총설에서는 모델식물인 애기장대의 오일합성에 관여하는 acyltransferase 유전자의 기능에 대해 조사하였고, 이들 유전자를 이용하여 산업용 지방산인 리시놀레인산 (ricinoleic acid)을 생산하는 형질전환 오일식물 개발을 위해 피마자의 오일합성에 관여하는 acyltransferase 유전자들의 발굴에 관해 기술하였다.

제안 방법

1999). 둘째, 세제, 플라스틱, 코팅의 원료로 유용한 에루스산 (22:1)을 고함유로 생산하는 유채 개발에 있어서, 유채의 내재 LPAT의 경우 sn-2 위치에 에루스산을 거부하는 성질 (Bernerth and Frentzen 1990; Taylor et al. 1991)이 있어 이를 극복하고자 22:1-CoA에 특이성을 갖는 LPAT를 유채에 도입하여 TAG의 sn-2 위치에 에루스산의 증가를 보았다 (Lassner et al. 1995; Brough et al. 1996; Zou et al. 1997; Katavic et al. 2001; Taylor et al. 2002).
DGAT의 지방산에 대한 기질특이성과 DGAT 유전자의 과다발현에 의한 오일량 증대의 가능성에 대한 연구들이 수행되었다. 종자의 발달단계별 microsomal 분획에 의해 DGAT의 기질특이성을 조사하였다. 홍화에서 DGAT는 특정지방산에 친화성을 보이기보다는 다양한 종류의 DAG와 acyl-CoA에 활성을 보였다 (Ichihara et al.
오일식물 및 모델식물인 애기장대에는 특이지방산인 리시놀레인 지방산을 종자오일로 전환에 관여하는 유전자가 원래 피마자의 오일합성에 관여하는 유전자와는 다를 것으로 생각되어, 피마자의 오일합성에 관여하는 acyltransferase와 인지질의 편집 (editing)에 관여하는 acyltransferase 유전자들을 발굴 도입하면 오일식물에서 리시놀레인 지방산 생산을 증진시킬 수 있을 것으로 사료된다. 현재까지 보고되어 있는 종자오일합성에 관여하는 애기장대의 acyltransferase 유전자를 이용하여 피마자 유전자데이터베이스에서 피마자 종자오일생산에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 발굴하였다 (Table 1). 본 연구실에서는 발굴한 11종의 유전자들에 대한 효소활성을 조사하고 이들 유전자와 리시놀레인 지방산 합성유전자인 FAH12를 애기장대에 동시에 도입하여 리시놀레인 지방산 생산 증대에 관한 연구를 수행하고 있다.

성능/효과

2004). 이결과는 PDAT가 세포막 성분인 인지질에서 특이지방산을 제거하여 저장지질인 TAG 형태로 전환시켜 안정된 세포막지방산 성분 유지에 관여함을 보여준다. 세포막의 인지질에 존재하면 해가 되는 특이지방산을 생산하는 식물의 예를 들면, 피마자, 크레피스 등의 야생식물들이다.
최근에 모델식물의 종자오일의 축적에 관여하는 acyltransferase에 관한 유전자들이 클로닝되었고, 특이지방산이 합성되는 인지질에서의 편집기작에 관여하는 acyltransferase 유전자들이 밝혀져 이들 유전자들의 정보를 이용하여 특이지방산을 효과적으로 생산․증진할 수 있는 기술이 개발될 수 있을 것으로 기대한다. 피마자오일의 주성분인 산업용 특이지방산인 리시놀레인 지방산을 오일식물에서 생산하기 위해 이에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 피마자 유전체 데이터베이스에서 존재함을 확인하였다. 이들 유전자들의 도입에 의해 형질전환 식물이 갖고 있지 않은 리시놀레인산에 대한 기질 특이성을 부여하여 종자오일 내의 특이지방산의 생산을 증가시킬 것으로 기대된다.

후속연구

후자의 대사는 일반적 TAG 형성에 관여하는 Kennedy pathway와는 다른 PC에서 합성된 특이 지방산이 저장오일로 전환 축적될 수 있는 acyl-editing 기작이라 할 수 있다. 그래서 특이지방산에 기질친화성을 갖는 acyltransferase와 acyl-editing에 관여하는 유전자와 그 효소기작을 밝힐 수 있다면, 오일작물에서 산업용 특이지방산 생산량을 증진시킬 수 있는 전략을 세울 수 있을 것이다.
첫째로는 생산하고자 하는 특이지방산 합성에 사용되는 acyl-CoA와 인지질 (phospholipid) 사이의 기질의 차이 (dichotomy)를 극복하며 인지할 수 있는 새로운 합성유전자 및 두 기질 사이를 순조롭게 전환 시키는 효소 유전자의 발굴이 필요하다. 둘째는 형질전환 식물자체가 갖고 있는 내재 acyltransferase 효소단백질은 특이지방산에 대한 기질특이성이 없어서, 원래 생물유래의 특이지방산에 기질 친화성을 갖는 acyltransferase 유전자의 발굴이 필수적일 것으로 기대된다. 최근의 몇몇 연구결과에서 종자오일의 지방산 조성의 변화를 위한 성공적인 대사공학을 위해서는 특이지방산에 대해 효소활성을 갖는 acyltransferase의 역할이 매우 중요함을 보여주고 있다 (Burgal et al.
피마자오일의 주성분인 산업용 특이지방산인 리시놀레인 지방산을 오일식물에서 생산하기 위해 이에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 피마자 유전체 데이터베이스에서 존재함을 확인하였다. 이들 유전자들의 도입에 의해 형질전환 식물이 갖고 있지 않은 리시놀레인산에 대한 기질 특이성을 부여하여 종자오일 내의 특이지방산의 생산을 증가시킬 것으로 기대된다.
2007). 첫째로는 생산하고자 하는 특이지방산 합성에 사용되는 acyl-CoA와 인지질 (phospholipid) 사이의 기질의 차이 (dichotomy)를 극복하며 인지할 수 있는 새로운 합성유전자 및 두 기질 사이를 순조롭게 전환 시키는 효소 유전자의 발굴이 필요하다. 둘째는 형질전환 식물자체가 갖고 있는 내재 acyltransferase 효소단백질은 특이지방산에 대한 기질특이성이 없어서, 원래 생물유래의 특이지방산에 기질 친화성을 갖는 acyltransferase 유전자의 발굴이 필수적일 것으로 기대된다.
그 이유는 재배가 용이하며 생산성이 높은 오일식물의 acyltransferase가 특이지방산에 대한 기질특이성이 떨어지며 또한 특이지방산에 대한 세포막지질에서 종자오일로 전환시키는 편집기작¹⁾ (editing mechanism)이 없기 때문으로 사료된다. 최근에 모델식물의 종자오일의 축적에 관여하는 acyltransferase에 관한 유전자들이 클로닝되었고, 특이지방산이 합성되는 인지질에서의 편집기작에 관여하는 acyltransferase 유전자들이 밝혀져 이들 유전자들의 정보를 이용하여 특이지방산을 효과적으로 생산․증진할 수 있는 기술이 개발될 수 있을 것으로 기대한다. 피마자오일의 주성분인 산업용 특이지방산인 리시놀레인 지방산을 오일식물에서 생산하기 위해 이에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 피마자 유전체 데이터베이스에서 존재함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식물 종자오일의 지방산은 어디에 사용되는가?	식물 종자오일의 지방산은 인간에 필수 지방산을 공급하는 식용 및 생필품 생산에 필요한 다양한 산업원료로 사용된다. 식물 오일의 식용 및 산업용 적합성과 경제성을 극대화하기 위해 유전공학에 의한 종자오일의 양과 지방산 조성 변형을 위한 대사조절연구가 계속 진행되고 있다.
	식물 오일은 한계점은 무엇인가?	식물 오일의 식용 및 산업용 적합성과 경제성을 극대화하기 위해 유전공학에 의한 종자오일의 양과 지방산 조성 변형을 위한 대사조절연구가 계속 진행되고 있다. 하지만 식물에 일반적으로 존재하지 않는, 산업적으로 유용한 특이지방산의 합성과 종자오일로의 축적은 한계가 있음이 알려져 있다. 그 이유는 재배가 용이하며 생산성이 높은 오일식물의 acyltransferase가 특이지방산에 대한 기질특이성이 떨어지며 또한 특이지방산에 대한 세포막지질에서 종자오일로 전환시키는 편집기작 (editing mechanism)이 없기 때문으로 사료된다.
	11개의 acyltransferase 유전자는 어떤 역할을 할 것으로 추정되는가?	증진할 수 있는 기술이 개발될 수 있을 것으로 기대한다. 피마자오일의 주성분인 산업용 특이지방산인 리시놀레인 지방산을 오일식물에서 생산하기 위해 이에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 피마자 유전체 데이터베이스에서 존재함을 확인하였다. 이들 유전자들의 도입에 의해 형질전환 식물이 갖고 있지 않은 리시놀레인산에 대한 기질 특이성을 부여하여 종자오일 내의 특이지방산의 생산을 증가시킬 것으로 기대된다.

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Zheng P, Allen WB, Roesler K, Williams ME, Zhang S, Li J, Glassman K, Ranch J, Nubel D, Solawetz W, Bhattramakki D, Llaca V, Deschamps S, Zhong GY, Tarczynski MC, Shen B (2008) A phenylalanine in DGAT is a key determinant of oil content and composition in maize. Nat Genet 40:367-372

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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