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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 유전자편집기술들의 발달과정과 기술별 차이점, 안전성평가와 관련한 기술 분류 방법 등을 논하고 2016년부터 2018년 5월까지의 식물의 유전자편집과 관련된 논문의 발표 현황을 기술별, 식물별로 조사하였다. 또한 실용화가 가능한 작물의 개발에 관한 연구논문들을 병저항성 작물, 유용단백질 또는 물질의 대량생산, 가뭄 등의 환경스트레스 저항성, 다수확작물 개발 등으로 분류하여 검토하였다.
- 또한 미국 USDA의 동·식물검역청(APHIS)에서 승인된 유전자 편집 작물들의 현황과 향후 실용화 또는 상용화가 가능할 것으로 전망되는 작물들에 관하여 조사하였다.
- 본 논문은 현재까지 개발된 유전자편집 기술들의 작용기작 및 장･단점 등을 비교하고 이들 기술로 개발된 유전자편집(site-directed mutagenesis, SDN)작물들의 안전성 평가를 위한 분류 기준 등을 살펴보았다. 또한 2016년부터 2018년 5월 현재까지 발표된 유전자편집 식물 개발과 관련된 논문들을 조사하여 ZFN, TALENS, CRISPR기술별 발표 논문 추세를 조사한 결과 CRISPR기술을 적용한 연구건수가 절대적으로 많았다.
- 이러한 기술의발전은 보다 정교하고 ‘off-target’는 최소화하고 ‘transgenefree’한 생물체를 개발하여 기존의 유전자변형생물체의 규정에서 정하는 범주에 속하지 않는 유전자편집 생물체를 개발하는 것이 목적이다.
제안 방법
- SDN기술이 작물에 응용되기 시작하면서 European Food Safety Authority (EFSA)의 GMO 패널그룹에서는 “게놈의 목표로 하는 특정 DNA단편의 이중나선을 자르고 그 위치에 돌연변이를 유발하거나 특정 카셋트를 삽입하는 모든 기술들”을 총칭하여 SDNs기술에 포함하기로 하였으며 현재까지 개발된 zinc finger nuclease (ZFN), transcription activator-like effector nuclease (TALEN), clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)기술 뿐만 아니라 향후 개발될 것으로 전망되는 모든 관련된 새로운 기술들을 포함하도록 하였다(EFSA, 2012).
- 따라서 본 논문에서는 유전자편집기술들의 발달과정과 기술별 차이점, 안전성평가와 관련한 기술 분류 방법 등을 논하고 2016년부터 2018년 5월까지의 식물의 유전자편집과 관련된 논문의 발표 현황을 기술별, 식물별로 조사하였다. 또한 실용화가 가능한 작물의 개발에 관한 연구논문들을 병저항성 작물, 유용단백질 또는 물질의 대량생산, 가뭄 등의 환경스트레스 저항성, 다수확작물 개발 등으로 분류하여 검토하였다. 또한 미국 USDA의 동·식물검역청(APHIS)에서 승인된 유전자 편집 작물들의 현황과 향후 실용화 또는 상용화가 가능할 것으로 전망되는 작물들에 관하여 조사하였다.
- Soyk 등(2017a)은 이러한 부의 상위작용(negative epistasis)현상을 분자생물학적으로 밝히기 위하여 수천 점에 달하는 재배용 토마토 품종과 야생종 등을 총 망라하여 유전육종 분석과 염기서열 분석 결과를 비교 조사하여 enhancer-of-jointless2(ej2)의 locus를 확인 하였으며 유전자편집기술로 J2와 EJ2는MADS-box유전자인 SEPALLATA4 (SEP4) family에 속한다는 사실을 밝혔다. 뿐만 아니라 제3, 제4의 SEP4 family에 해당하는 RIN과 LIN유전자들을 확인하여 유전자편집기술을 적용하여 각각의 기능을 확인하였다. 이렇게 유전자 편집된 각각의 개체 간 교배를 통하여 각각의 유전자량(gene dosage)비율이 적절하게 조합되어 수량이나 과일의 크기, 무게, 그리고 jointless특성을 보유한 토마토 계통을 확보하였다.
- 한편 이들 발표논문들의 연구목적에 대한 내용을 조사한 결과를 Figure 3에 제시하였다. 연구 목적 또는 내용을 protocol 확립, gene function 연구, 안전성에 관한 연구, 실용화와 관련된 연구 등 크게 4 그룹으로 분류하여 계수한 다음 실용화관련 연구는 다시 세분하여 유용단백질 또는 물질의 생산을 위한 대사공학연구, 병 저항성 작물 개발에 관한 연구, 가뭄 등의 환경스트레스 저항성연구, 수량증대와 관련된 연구 그리고 기타 등으로 구분하여 조사하였다. 그 결과 첫째로 protocol 확립 즉 식물별 실험조건, 효율증진, “off-target”율 감소, PAM 영역과 target RNA 합성, 운반체 내 클로닝 등의 바이오 부품 제작, multiplexing-editing조건 설정 등에 관한 연구건수가 110건으로 가장 많았으며 이들 연구 중에는 제초제저항성유전자인 5´-enolpyruvylshikimate–3-phosphate synthase(EPSPS) (Sauer et al.
- 뿐만 아니라 제3, 제4의 SEP4 family에 해당하는 RIN과 LIN유전자들을 확인하여 유전자편집기술을 적용하여 각각의 기능을 확인하였다. 이렇게 유전자 편집된 각각의 개체 간 교배를 통하여 각각의 유전자량(gene dosage)비율이 적절하게 조합되어 수량이나 과일의 크기, 무게, 그리고 jointless특성을 보유한 토마토 계통을 확보하였다. 이러한 연구결과는 기존의 전통육종기술로 해결이 어려운 한계점을 최신 유전자편집기술로 해결한 경우로 전통육종전문가와 분자육종전문가와의 협동에 의한 대표적인 성공사례라고 할 수 있겠다.
- 따라서 Soyk 등(2017b)은 토마토의 SELF-PRUNING 5G (SP5G)유전자의 첫번째 exon 부위를 target로 하여 유전자편집을 시도한 결과 일장의 길이에 관계없이 조기개화를 하는 계통을 확인하였다. 저자들은 SP5G유전자를 찾기 위하여 재배종 토마토 품종의 육종 모본인 야생종 즉 Solanum pimpinellifolium, Solanum cheesmaniae, Solanum galapagense에 대한 수집 종을 대상으로 일장의 길이가 개화에 미치는 장일효과를 조사하였다. 그 결과 S.
대상 데이터
- 식물의 종류도 벼와 애기장대가 각각 22건과 19건으로 많았으며, 그 외 담배, 콩, 감자, 밀, 옥수수 등 다양한 종류의 식물에 적용되고 있는 것으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 Pubmed database (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/)를 이용하여 Plants, ZFN, TALEN, CRISPR 등을 각각 키워드로 사용하여 2016년부터 2018년 5월 현재까지 발표된 논문을 조사하여 분석하였다. 그 결과 예상한 바와 같이 ZFN과 TALEN기술을 이용한 논문 발표 건수는 2016년도는 각각 3건과 14건, 2017년도에는 각각 3건과 4건이 발표되었으나 2018년도 5월까지는 각각 1건과 3건으로 낮은 수준을 유지하였다.
- 따라서 식물의 게놈 내 목표로 하는 특정 DNA단편만 인식하여 편집할 수 있는 정확도를 높이는 site-directed nuclease(SDN)기술을 접목하기 위한 연구가 활발하게 진행되었다. 이 기술은 기본적으로 목표로 하는 DNA 단편만 정확하게 인식하는 분자와 이 부위를 절단하는 핵산가수분해효소(nuclease)로 구성되어 있다. SDN기술이 작물에 응용되기 시작하면서 European Food Safety Authority (EFSA)의 GMO 패널그룹에서는 “게놈의 목표로 하는 특정 DNA단편의 이중나선을 자르고 그 위치에 돌연변이를 유발하거나 특정 카셋트를 삽입하는 모든 기술들”을 총칭하여 SDNs기술에 포함하기로 하였으며 현재까지 개발된 zinc finger nuclease (ZFN), transcription activator-like effector nuclease (TALEN), clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)기술 뿐만 아니라 향후 개발될 것으로 전망되는 모든 관련된 새로운 기술들을 포함하도록 하였다(EFSA, 2012).
성능/효과
- 2016). CRISPR-Cas9 시스템을 이용하여 eIF4E단백질의 N-말단과C-말단에 유전자편집이 일어나도록 디자인하여 도입한 결과 작은 크기의 결실 또는 단일염기의 삽입과 결실이 나타났으며, N-말단과 C-말단에 모두 유전자편집이 일어난 homozygous T3 세대를 선발하여 병저항성 검정을 하여 본 결과Cucumber vein yellowing virus (Ipomovirus), potyviruses Zucchiniyellow mosaic virus, Papaya ring spot mosaic virus-W에 대하여 immunity 또는 저항성을 보였다고 하였다.
- Braatz 등(2017)은 유채의 종자 탈립저항성을 증진시키기 위하여 2종의ALCATRAZ(ALC) homoeologs를 target로 유전자편집을 수행하였다. T0개체들의 후대교배육종으로 transgene-free homozygous knock-out line을 확보한 후 탈립성을 조사한 결과 대조 구에 비하여 저항성이 현저하게 증가한 것을 확인하였다. 이 연구결과 역시 향후 다른 우수 유채 재배종뿐만 아니라 수확하기 전에 종자가 탈립하는 경향이 강하여 손실을 가져오는 다른 작물에도 활용이 가능할 것으로 전망된다.
- 저자들은 SP5G유전자를 찾기 위하여 재배종 토마토 품종의 육종 모본인 야생종 즉 Solanum pimpinellifolium, Solanum cheesmaniae, Solanum galapagense에 대한 수집 종을 대상으로 일장의 길이가 개화에 미치는 장일효과를 조사하였다. 그 결과 S. galapagense가 단일효과가 가장 높아서 단일 처리 하에 개화기가 빨랐으나 장일 처리 하에서는 개화기가 아주 늦은 것을 확인하였다. 따라서 S.
- gov/pubmed/)를 이용하여 Plants, ZFN, TALEN, CRISPR 등을 각각 키워드로 사용하여 2016년부터 2018년 5월 현재까지 발표된 논문을 조사하여 분석하였다. 그 결과 예상한 바와 같이 ZFN과 TALEN기술을 이용한 논문 발표 건수는 2016년도는 각각 3건과 14건, 2017년도에는 각각 3건과 4건이 발표되었으나 2018년도 5월까지는 각각 1건과 3건으로 낮은 수준을 유지하였다. 반면에 CRISPR기술을 이용한 논문은 2016년도에 65건, 2017년도에는 100건으로 거의 두 배 가까이 증가하였으며 2018년도 5월까지 조사에서도 48건으로 향후 지속적으로 늘어날 것으로 예상되었다(Fig.
- 또한 CRISPR기술이 적용된 식물의 종류를 조사하여 본 결과를 Figure 2에 요약 하였다. 그 결과를 보면 애기장대와 벼가 각각 46건으로 가장 높은 건수가 발표되었다. 이는 Hilscher 등(2017)이 2005년부터 2015년까지 발표된 논문에서 조사한 결과와 유사하였다.
- 이들 작물들을 보면 갈변이 안되는 버섯, 흰가루병 저항성 밀, 가뭄저항성 옥수수, 궤양병 저항성 감귤(citrus),풍미가 우수한 토마토, 곰팡이병저항성 바나나 등을 발표하였다. 그러나 면밀히 분석한 결과 버섯, 밀, 옥수수, 감귤은 본 논문의 실용화연구사례(Table 1)와 미 농무성의 승인 현황(Table 2)에서 이미 언급한 것들이었으나 바나나와 토마토는 본 연구에서 조사한바 아직까지는 유전자 편집기술을 적용한 연구결과 또는 논문이 공식적으로 발표되지는 않은 것으로 확인되었다.
- 또한 Shi 등(2017)은 가뭄에 강한 내 한발 옥수수를 개발하기 위하여 에틸렌 생합성에 관여하는 ARGOS8유전자의 발현양이 조직 특이적이고 절대적으로 낮아 이 유전자의 프로모터를 모든 조직과 모든 발달시기에 발현양이 보다 높은 GOS2유전자의 프로모터와 교체하기 위하여 DNA수선을 위한 주형가닥 즉 공여 DNA분자의 양쪽에 homology arm을 두고 GOS2 유전자의 프로모터 단편을 포함하도록 하여 HDR기작을 이용한 CRISPR유전자편집을 시도하였다. 다양한 유전자편집 옥수수 계통의 포장시험결과 개화기에 가뭄스트레스를 준 경우에도 에이커 당 5bushels까지 수확량이 증대한 계통을 확인하였다. 이 경우는 공여 DNA를 사용하여 400 bp에 해당하는 GOS2유전자의 프로모터를 ARGOS8유전자의 프로모터에 삽입하거나 치환한 경우에 해당한다.
- galapagense가 단일효과가 가장 높아서 단일 처리 하에 개화기가 빨랐으나 장일 처리 하에서는 개화기가 아주 늦은 것을 확인하였다. 따라서 S. galapagense와 재배종 토마토와의 교배조합 중 F2집단을 장일 조건에서 재배한 후 조기에 개화하는 것과 개화기가 늦은 그룹별로 quantitative traitlocus sequencing (QTL-seq)을 수행하여 단일염기다형성을 보이는 cDNA를 찾아 비교분석한 결과 개화기가 늦은 그룹에서 두 종류의 유전자, SINGLE FLOWER TRUSS (SFT, encoding florigen)와 이와 homolog인 SP5G(Solyc05g053850)를 찾았다. 저자들은 이미 기존에 개화 억제 기능을 보인 것으로 보고된SP5G유전자(Cao et al.
- 본 논문은 현재까지 개발된 유전자편집 기술들의 작용기작 및 장･단점 등을 비교하고 이들 기술로 개발된 유전자편집(site-directed mutagenesis, SDN)작물들의 안전성 평가를 위한 분류 기준 등을 살펴보았다. 또한 2016년부터 2018년 5월 현재까지 발표된 유전자편집 식물 개발과 관련된 논문들을 조사하여 ZFN, TALENS, CRISPR기술별 발표 논문 추세를 조사한 결과 CRISPR기술을 적용한 연구건수가 절대적으로 많았다. 또한 애기장대와 벼를 대상으로 수행한 연구건수가 가장 많았으며, 담배와 토마토, 밀, 옥수수 등이 그 뒤를 이었다.
- 2014), 전통 육종기술로는 5년 이상의 장시간이 소요되어 많은 어려움이 있었다. 본 연구는 유전육종학자들에 의하여 핑크색 토마토는 노란색인 naringenin chalcone이 축적되지 않은 결과이며 이는 Y유전자 즉 R2R3-MYB전사인자를 암호 하는 유전자가 knock-out된 결과라는 것이 밝혀졌기 때문에 가능하였다.
- 둘째, 실용화를 위한 연구로 작물별 육종전문가들에 의한 육종목표 설정 또는 기존의 전통 육종기술로 해결 할 수 없는 한계점 등에 관한 도전과제의 발굴이 필요하다. 본 연구에서 검토한 바와 같이 현재까지 개발된 수많은 재배종 또는 야생종 토마토의 육종 역사 및 품종별 문제점을 파악하고 이들 수집 종에 대한 유전육종 분석 결과와 negative epistasis현상 등을 일으키는 유전자들에 대한 분석 등을 체계적으로 수행한 결과 수량이 증대된 토마토 계통 또는 개화기 조절이 가능한 토마토 계통을 개발할 수 있었다. 마지막으로 유전자편집 작물에 대한 안전성 평가체계 구축이다.
- 이 로드맵은 중국(Chinese Academy of Sciences), 미국(플로리다 대학교), 스페인(Instituto de Biologia Molecular Celularde Plantas), 이스라엘(히브리대학교)등으로 구성된 국제공동연구 팀이 발표한 것으로 전 세계적으로 398여종의 상업용과 오랫동안 자가 채종으로 유지하여 온 계통 및 야생종계통을 수집하여 조사한 결과 현재의 상업용 계통에는 거의 존재하지 않거나 사라져 버린 guaiacol, methyl salicylate등을 포함한 13종의 향기성분을 확인하였으며 이들의 생합성 대사에 관여하는 유전자들을 확인하였다. 뿐만 아니라 현재까지 토마토의 육종 목표인 대과계통을 육성하기 위한 육종과정을 거치면서 토마토 과실내 당의 함량이 감소되는 결과를 초래하였다는 사실을 확인하였다. 이들 저자들은 향후 이러한 연구결과를 바탕으로 확인된 유전자들을 target로 CRISPR유전자편집기술을 적용하면 풍미가 우수한 새로운 계통을 조기에 개발 할 수 있을 것이라고 로드맵을 제시하였다.
- 연구자들은 글루텐 단백질의주성분인 α-gliadins은 약 100여종의 유전자에 의하여 암호되어 있으며 이중 coeliac disease 증상에 주요한 immunodominant로 작용하는 것으로 알려진 33-mer 펩타이드를 목표로 하여 CRISPR 유전자편집을 시도한 결과 21개체에서 다양한 유전자에 돌연변이가 유발된 것을 확인하였으며 모든 개체가 낮은 α-gliadins함량과 함께 면역반응도 85%이하의 수준으로 감소되었다고 하였다.
- 2017) 아직까지 유전자편집기술이 적용된 논문이나 자료들은 확인할 수 없었다. 이 로드맵은 중국(Chinese Academy of Sciences), 미국(플로리다 대학교), 스페인(Instituto de Biologia Molecular Celularde Plantas), 이스라엘(히브리대학교)등으로 구성된 국제공동연구 팀이 발표한 것으로 전 세계적으로 398여종의 상업용과 오랫동안 자가 채종으로 유지하여 온 계통 및 야생종계통을 수집하여 조사한 결과 현재의 상업용 계통에는 거의 존재하지 않거나 사라져 버린 guaiacol, methyl salicylate등을 포함한 13종의 향기성분을 확인하였으며 이들의 생합성 대사에 관여하는 유전자들을 확인하였다. 뿐만 아니라 현재까지 토마토의 육종 목표인 대과계통을 육성하기 위한 육종과정을 거치면서 토마토 과실내 당의 함량이 감소되는 결과를 초래하였다는 사실을 확인하였다.
- galapagense와 재배종 토마토와의 교배조합 중 F2집단을 장일 조건에서 재배한 후 조기에 개화하는 것과 개화기가 늦은 그룹별로 quantitative traitlocus sequencing (QTL-seq)을 수행하여 단일염기다형성을 보이는 cDNA를 찾아 비교분석한 결과 개화기가 늦은 그룹에서 두 종류의 유전자, SINGLE FLOWER TRUSS (SFT, encoding florigen)와 이와 homolog인 SP5G(Solyc05g053850)를 찾았다. 저자들은 이미 기존에 개화 억제 기능을 보인 것으로 보고된SP5G유전자(Cao et al. 2016)에 대한 CRISPR기술을 적용하여 성공적인 연구결과를 얻었다.
후속연구
- 전자의 경우에는CsLBO1유전자의 프로모터 부위에 존재하는 effector bindingelement (EBEPthA4)에 돌연변이를 유발하였기 때문에 병원균인 Xanthomonas가 생산하는 effector역할을 하는 PthA4가 인식을 하지 못하여 감수성 유전자인 CsLOB1유전자의 발현을 활성화하지 못하여 저항성을 보이는 경우에 해당한다. 그리고 후자의 경우에는 CsLBO1유전자의 coding region역시 병저항성에 knock-out 될 경우 저항성을 나타낸 것을 증명한 경우로 향후 식물-병 상호반응에 관여하는 수많은 작물 병의방제에 응용이 될 수 있을 것으로 전망한다. Malnoy 등(2016)은 과수인 포도와 사과에 CRISPR기술을 이용한 유전자편집연구결과를 발표하였다.
- 본 연구단은 첫째, 작물별 유전자편집기술의 적용을 위한 기초기술들로서 원형질체, 캘러스, 현탁세포, 종자 등에 적용하기 위한 기초연구, HDR 또는 NHEJ의 효율성연구, ‘off–target’를 줄이기 위한 최적조건 연구, 유전자편집에 필요한 재조합DNA 또는 RNA 운반체의 식물체 조직 내 도입 방법, 도입운반체의 발현 조절 및 후대 안정성에 관한 연구(조직 또는 식물발달 시기별 발현 유도 등)에 집중하여야 할 것으로 사료된다. 둘째, 실용화를 위한 연구로 작물별 육종전문가들에 의한 육종목표 설정 또는 기존의 전통 육종기술로 해결 할 수 없는 한계점 등에 관한 도전과제의 발굴이 필요하다. 본 연구에서 검토한 바와 같이 현재까지 개발된 수많은 재배종 또는 야생종 토마토의 육종 역사 및 품종별 문제점을 파악하고 이들 수집 종에 대한 유전육종 분석 결과와 negative epistasis현상 등을 일으키는 유전자들에 대한 분석 등을 체계적으로 수행한 결과 수량이 증대된 토마토 계통 또는 개화기 조절이 가능한 토마토 계통을 개발할 수 있었다.
- ‘off-target’ 의 확인방법, 다면발현효과에 의한 비의도적 형질 발현, 모본과 상이한 농업적 형질 및 특성 조사, 포장시험 등이 동시에 수행되어야 한다. 또한 관련 정부 행정담당 부처와 함께 안전관리 관련 규정의 개정작업도 서둘러야 할 것이다. EU국가 등을 중심으로 국제적인 동향을 파악하여야하며 우리나라와 같은 주요 곡물 수입 국가들과 공조체제를 유지하는 것 또한 중요하다.
- 이 외에도 단위결실 토마토, 웅성불임성 이용 hybrid벼, 탈립 저항성 증진 등으로 응용 범위가 점점 다양화되어 가고 있음을 알 수 있었다. 또한 미국 농무성의 동·식물 검역소에서 허가를 득한 CRISPR유전자편집 작물의 건수도 해마다 증가하여 조만간 이들이 국제 종자시장에 출시될 것으로 전망된다.
- 본 연구단은 첫째, 작물별 유전자편집기술의 적용을 위한 기초기술들로서 원형질체, 캘러스, 현탁세포, 종자 등에 적용하기 위한 기초연구, HDR 또는 NHEJ의 효율성연구, ‘off–target’를 줄이기 위한 최적조건 연구, 유전자편집에 필요한 재조합DNA 또는 RNA 운반체의 식물체 조직 내 도입 방법, 도입운반체의 발현 조절 및 후대 안정성에 관한 연구(조직 또는 식물발달 시기별 발현 유도 등)에 집중하여야 할 것으로 사료된다.
- T0개체들의 후대교배육종으로 transgene-free homozygous knock-out line을 확보한 후 탈립성을 조사한 결과 대조 구에 비하여 저항성이 현저하게 증가한 것을 확인하였다. 이 연구결과 역시 향후 다른 우수 유채 재배종뿐만 아니라 수확하기 전에 종자가 탈립하는 경향이 강하여 손실을 가져오는 다른 작물에도 활용이 가능할 것으로 전망된다.
- 또한 Ueta 등(2017)은 토마토를 대상으로 단위결실의 조절에 핵심역할을 하는 SlIAA9유전자를 목표로 CRISPR-Cas9유전자편집을 수행하여 얻은 재 분화 식물체로부터 잎의 형태학적 특성이 변형이 되면서 종자가 없는 과실을 생산하는 즉 단위결실의 특성을 나타내는 개체를 확인하였다. 이 연구결과는 향후 다른 토마토 품종은 물론 다른 주요 원예작물의 단위결실 육종에 크게 이용될 것으로 전망한다. 또한 토마토의 경우 수확 후 저장기간에 신선도가 떨어지면서 품질이 저하되는 저장성이 큰문제가 되고 있다.
- 뿐만 아니라 현재까지 토마토의 육종 목표인 대과계통을 육성하기 위한 육종과정을 거치면서 토마토 과실내 당의 함량이 감소되는 결과를 초래하였다는 사실을 확인하였다. 이들 저자들은 향후 이러한 연구결과를 바탕으로 확인된 유전자들을 target로 CRISPR유전자편집기술을 적용하면 풍미가 우수한 새로운 계통을 조기에 개발 할 수 있을 것이라고 로드맵을 제시하였다.
- Zhou 등(2016)은 벼의 thermo-sensitive male sterility(TGMS)에 관여하는 것으로 알려진 TMS5 유전자를 target로하여 유전자편집을 수행하여 11종의 상업적으로 유용한 “transgene clean” TGMS 계통을 단 1년 만에 선발할 수 있었다.이러한 접근 방법으로 향후 웅성불임계통을 이용한 잡종 벼품종 생산에 크게 응용될 것으로 기대된다. Braatz 등(2017)은 유채의 종자 탈립저항성을 증진시키기 위하여 2종의ALCATRAZ(ALC) homoeologs를 target로 유전자편집을 수행하였다.
- 두 번째로는 특정 유전자의 knock-out으로 기능을 확인하는 functional genomics에 해당하는 연구 건수가 많았다. 이러한 추세는 향후 CRISPR기술을 이용한 식물의 발달, 구조, 생식등 다양한 세포, 생화학적 기능을 해석하는 연구 추세가 급격하게 증가할 것으로 예측할 수 있다. 그 다음은 농업적으로 유용한 형질을 도입하여 향후 실용화 또는 상업화를 목적으로 한 연구로서 구체적으로 보면 유용단백질 또는 물질의 생산을 위한 대사공학연구건수가 10건, 병 저항성 작물 개발에 관한 연구가 8건, 가뭄 등의 환경스트레스 저항성이 2건, 수량증대와 관련된 연구건수가 2건, 그리고 화색변경, 저장수명 연장, 단위결실 등에 관련된 기타건수가 7건이 발표되었다.
- Malnoy 등(2016)은 과수인 포도와 사과에 CRISPR기술을 이용한 유전자편집연구결과를 발표하였다. 저자들은 포도의 흰가루병(powderymildow disease)을 일으키는 Erysiphe necator에 감수성인 유전자인 MLO-7 그리고 사과의 화상병을 일으키는 Erwiniaamylovora에 감수성 유전자인 DIPM-1, DIPM-2, DIPM-4를 target로 각각 포도와 사과의 원형질체를 이용하여 CRISPR유전자편집을 시도한 결과 성공적인 삽입 및 결실을 확인하였으며 향후 재분화식물체의 확보와 함께 병저항성 검정 등의 후속 연구결과가 기대된다.
- 이러한 유전자편집기술로 제작한 ‘transgene free’작물의 개발 건수가 해마다 증가하고 있으며 조만간 미국을 중심으로 한 작물들이 국제곡물 시장에 출시될 것으로 전망된다. 특히 향후 몇 년간 SDN-1과 SDN-2에 해당하는 작물들의 개발이 집중될 것으로 예상된다.
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