초록 ▼

Ⅱ. 연구 배경
1. 벼 도열병 내구 저항성과 변이 병원균에 대한 광범위 저항성을 갖는 유전자 발굴 및 이의 응용에 관한 연구의 필요성
(가) 전 세계적으로 가장 심각한 손실을 일으키는 도열병은 매년 변이가 심하여 변종의 출현으로 인한 품종의 저항성 상실의 원인이 됨.
(나) 국가 경제의 안정에 중요한 식량 생산의 안정화를 위해서 경제 산업적으로 유용한 고부가가치 유전자를 확보하고 GM 작물을 개발하여 우량종자를 개발 및 이의 대량 생산에 관한 연구가 필요함.
(다) Pi5는 광범위 도열병 저항성 유전자로서 검

Ⅱ. 연구 배경
1. 벼 도열병 내구 저항성과 변이 병원균에 대한 광범위 저항성을 갖는 유전자 발굴 및 이의 응용에 관한 연구의 필요성
(가) 전 세계적으로 가장 심각한 손실을 일으키는 도열병은 매년 변이가 심하여 변종의 출현으로 인한 품종의 저항성 상실의 원인이 됨.
(나) 국가 경제의 안정에 중요한 식량 생산의 안정화를 위해서 경제 산업적으로 유용한 고부가가치 유전자를 확보하고 GM 작물을 개발하여 우량종자를 개발 및 이의 대량 생산에 관한 연구가 필요함.
(다) Pi5는 광범위 도열병 저항성 유전자로서 검증된 벼 형질전환 기술을 이용하여 도열병에 강한 저항성을 가지는 친환경 우수 GM 벼 품종의 개발이 가능함.
2. 벼의 미네랄 함량 증가로 식물 생장 촉진 및 인류의 건강 증진에 관한 연구의 필요성
(가) 미네랄 함량은 식물과 동물 모두에서 생장과 발달에 중요한 요소임.
(나) 곡류에 들어있는 미네랄의 대부분은 피틴(phytin)에 결합되어있어 장내 흡수가 어려움. 쌀의 경우도 70-80%의 미네랄이 피틴에 붙어있어 곡류를 주식으로 하는 사람들은 미네랄 결핍에 걸리기 쉬움. 철과 아연의 부족으로 인한 건강문제 해결에 기여하기 위하여 몸에 흡수가 잘되는 철과 아연이 많은 GM 벼 품종을 육성하는 것은 전통적인 육종 방법의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 제시됨.
(다) 금속 이온들과 결합하여 이온의 흡수, 이동과 항상성 유지 역할을 하는 킬레이터인 니코티아나민(Nicotianamine, NA)의 양을 조절하여 미네랄을 증가시키는 방법이 발굴됨. 따라서 벼에서 분리된 NA 합성 효소인 니코티아나민 합성효소(Nicotianamine synthase, NAS) 유전자와 벼 형질전환 기술을 이용하여 미네랄 강화 GM 벼 개발이 가능함.
Ⅲ. 주요 연구성과
1. 병 저항성 강화 GM 벼 개발
(가) 벼 도열병 저항성 강화 벼 개발을 위하여 Pi5-1/Pi5-2-pCAMBIA의 운반체를 제작 하여 계통을 선발했으나 크기가 큰 운반체의 형질전환의 어려움으로 운반체의 정상구조를 유지한 계통을 선별하지 못함.
(나) 대안으로 Pi5-1-pCAMBIA, Pi5-2-pCAMBIA 을 형질전환 후 교배를 통해서 목적 계통을 얻고자 운반체를 제작하여 Pi5-2-pCAMBIA 도입 형질전환 계통 분리함.
(다) 다른 대안으로 Pi5-1-genomic/Pi5-2-cDNA-pCAMBIA의 운반체를 제작하여 계통을 선별중임.
2. 미네랄 강화 GM 벼 개발
(가) 미네랄 강화 벼 개발을 위하여 PGluC:NAS2, PRCC2:NAS2, PZmubi:NAS2, PGT1:NAS2 운반체를 제작함.
(나) 운반체의 copy 개수, intergenic 여부, 목적형질 획득 여부 등을 고려하며 최종 우수계통 PGluC:NAS2 5계통, PRCC2:NAS2 1계통을 선발함.
(다) 3세대 세대진전 후 homozygous 계통 분리함.
(라) 3세대 세대진전 후 homozygous 계통으로 농업형질 분석함. 이를 통하여 최종 우수 계통 PGluC:NAS2 4계통, PRCC2:NAS2 1계통을 선발함.
Ⅳ. 파급효과
1. 기술적 측면
(가) 2개의 도열병 저항성 유전자를 한 번에 벼에 도입하는 기술 개발을 바탕으로 벼 GM 품종을 조기에 실용화함. 벼 GM 계통의 목적형질 분석을 통하여 광범위 도열병 저항성을 검정할 수 있음. 이를 바탕으로 Pi5 도열병 저항성 기작 규명을 통한 벼 병 저항성 신호전달의 새로운 모델을 제시함.
(나) 농업형질이 우수하고 미네랄이 강화된 GM 벼를 개발함으로서 미래에 있을 종자전쟁에서 교두보를 확보할 수 있을 것으로 기대됨. 특히 미네랄이 피틴에 결합되어 실제 생체 내 흡수가 어려운 형태인 일반적인 벼 품종과는 달리, 개발된 GM 벼는 니코티아민과 결합된 형태로서 생체 내 흡수를 통한 이용성이 매우 높음.
(다) 일반적인 벼 품종은 호분층에 미네랄을 소량 함유한 반면, 개발된 GM 벼는 배유 특이적인 promoter를 이용하여 미네랄을 배유에 풍부하게 함유하여 가공 백미를 이용한 식재료에 직접적인 활용성이 매우 높음.
2. 경제적․산업적 측면
(가) 농업형질이 우수하고 도열병에 강한 저항성을 보이고, 미네랄이 강화된 GM 벼를 개발함으로서 미래에 있을 종자전쟁에서 교두보를 확보할 수 있을 것으로 기대됨.
(나) 지속적인 내구 저항성을 갖는 도열병 저항성 품종의 개발을 바탕으로 증가된 병 저항성에 의한 생산량의 증가를 가져올 것으로 판단됨.
(다) 농약의 과다사용으로 인한 환경오염 문제, 농업 종사자의 고령화, 농업인구의 감소등으로 인한 벼 농업의 변화가 필요한 현실에 병 저항성 벼 개발은 약제 살포에 필요한 노동력 및 시간의 절감효과, 농약 사용의 감소로 인한 환경오염의 감소 등을 가져와서 경제 산업적으로 가치가 매우 높음.
(라) 미네랄 결핍에 의한 질환을 예방하여 국민의 건강 증진에 기여할 수 있음.

Abstract ▼

A development of GM crops transformed with economically useful and valuable genes can contribute to production of improved rice varieties and significantly to the stabilization of national food production. In this research program, Pi5-1 and Pi5-2, rice blast resistance genes showing broad resistanc

A development of GM crops transformed with economically useful and valuable genes can contribute to production of improved rice varieties and significantly to the stabilization of national food production. In this research program, Pi5-1 and Pi5-2, rice blast resistance genes showing broad resistance spectrum to various blast isolates and rice Nicotianamin synthase, OsNAS2, synthesizing nicotianamin as a chelate binding with metal ions to adjust the mineral content were introduced in Dongjinbyeo for developing disease resistance and mineral fortified GM rice. At first, each genes were introduced into the pCAMBIA3301 vector for rice transformation, which includes bar gene as transgenic selection marker, to construct four binary vectors: Pi5-2 / Pi5-1-pCAMBIA3301, PGluC: NAS2-pCAMBIA3301, PRCC3: NAS2-pCAMBIA3301, and PZmUbi1:NAS2-pCMABIA3301, and we transformed Dongjinbyeo. After selecting transgenics harboring 1 copy intergenic T-DNA, we verified the acquired characteristics such as rice blast resistance and enriched level of mineral and agromomic traits, resulted in final selection of six transgenic lines; five lines for PGluC: NAS2-pCAMBIA33015 and one line for PRCC3: NAS2-pCAMBIA3301. Increased content of mineral in seed was observed in all six transgenic lines, and it could be expected to become a useful resource for the development of GM crops.