초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
유전자 교정기술을 통한 국내 내재해성 증진 밀 개발을 위하여 조직배양, 형질전환 조건 수립 및 수발아 관련 유전자 탐색을 목표로 함.
1) 밀 형질전환 시스템 구축 및 유전자 교정 원천기술 확보
2) 수발아 저항성 관련 유전자의 기능 분석 및 고효율 sgRNA 서열 확보
3) SNP chip 데이터 활용 내재해성 연관 SNP 정보 및 유용 유전자 발굴

전체 내용
○ 안정적인 국내 밀 형질전환 시스템 개발
▪ 스피드 브리딩을 활용한 밀 생육조절실을 구

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
유전자 교정기술을 통한 국내 내재해성 증진 밀 개발을 위하여 조직배양, 형질전환 조건 수립 및 수발아 관련 유전자 탐색을 목표로 함.
1) 밀 형질전환 시스템 구축 및 유전자 교정 원천기술 확보
2) 수발아 저항성 관련 유전자의 기능 분석 및 고효율 sgRNA 서열 확보
3) SNP chip 데이터 활용 내재해성 연관 SNP 정보 및 유용 유전자 발굴

전체 내용
○ 안정적인 국내 밀 형질전환 시스템 개발
▪ 스피드 브리딩을 활용한 밀 생육조절실을 구축하였다.
▪ 스피드 브리딩 조건 및 embryo rescue 기술을 통한 식물체 세대 촉진을 하였다.
▪ 최적 조건 캘러스 유기를 위한 시스템을 구축하였다.
▪ Agrobacterium-mediated 밀 형질전환 시스템을 적용하였다.
▪ GRF-GIF chimera gene을 이용한 식물 재분화를 개선하였다.
▪ 국내 밀 품종에 적용 가능한 조직배양 시스템을 구축하였다.
▪ 품종 별 샘플 채취시기별 재분화 및 plantlet 조사를 통한 조직배양 효율을 분석하였다.
▪ Particle bombardment를 이용한 국내 품종 형질전환을 수행하였다.
○ 수발아 저항성 종자 개발을 위한 유용 유전자 분석
▪ 수발아 저항성 연관 VDAC 유전자의 gRNA 분석을 통한 밀 유전자 교정 시스템을 구축하였다.
▪ 모델 식물의 VDAC homoeologous gene 유전자 교정을 통한 유전자의 수발아 기능 분석을 수행하였다.
▪ 해외 사례인 수발아 저항성 유전자 QSD1의 유전자 기능 분석을 수행하였다.
▪ QSD1 유전자 교정의 국내품종 적용을 위한 gRNA 효율성 분석 및 선발하였다.
○ SNP chip 데이터 활용 밀 수발아 저항성 유용 유전자 동정
▪ 밀 핵심집단 및 수발아 저항성 RIL 집단 SNP genotype 활용 GWAS 분석을 수행하였다.
▪ 수발아 및 종피색 관련 유용 SNP 발굴 및 gRNA를 탐색하였다.
○ 원형질체 분리 최적 조건 확립 및 transfection 시스템 개발
▪ 국내 밀 품종 적용을 위한 최적의 protoplast isolation 조건을 확립하였다.
▪ GFP 활용 국내 밀 protoplast transfection 효율을 검정하였다.

연구개발성과
○ Speed breeding 시스템을 도입한 안정적인 연중 미성숙배 공급 시스템을 구축하였다(연 2~3 → 15회) .
○ 국산밀 품종의 조직배양 최적 조건을 구축하여 미성숙배 채취시기별 재분화율을 분석통해 조직배양 효율이 가장 우수한 국내 밀 장려품종(백강)을 선발하였다.
○ 재분화 효율 증진을 위한 GRF4-GIF1 chimera gene을 도입을 통해 개선된 밀 Agrobacterium-mediated transformation 기술 구축 및 형질전환체를 개발하였다.
○ Particle bombardment를 이용하여 QSD1 유전자 교정용 벡터를 도입한 국내품종 ‘백강’밀 형질전환 식물체를 개발하였다.
○ 모델식물 유전자 교정을 통한 수발아 저항성 유전자 VDAC (주관)의 기능 검정을 통한 GA와의 연관성 확인과 및 밀 VDAC 유전자 교정 시스템을 구축하였다.
○ 해외 연구 성공사례에 따른 QSD1 (공동) 유전자의 국내 밀 적용을 위한 품종간 기능 분석 및 국내밀 적용을 위한 신규 gRNA 표적 서열을 확보하였다.
○ 국내 밀 핵십집단 활용 GWAS 분석을 통한 수발아 및 종피색 연관 신규 SNP 및 유용 유전자를 발굴하여 gRNA 선발에 활용되었다.

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ Speed breeding을 도입을 통하여 연중 안정적인 미성숙배의 공급이 가능해지고 GRF-GIF의 도입을 통해 재분화의 효율이 증가하게 되면 밀 Agrobacterium 형질전환을 통한 밀 유전자 교정 식물체의 개발에 가속화가 될 것이며, 밀 형질전환의 어려움을 해결하기 위한 기술의 고도화에 기여할 것으로 예상된다.
○ 본 연구진이 발굴해낸 수발아 저항성 유용유전자 VDAC는 GA와의 관계를 증명함으로써 기존의 수발아 매커니즘에서 밝혀지지 않은 novel 유전자임을 밝혀 다양한 분자육종 연구와 수발아 저항성 신품종 육성이 기대된다.
○ 국내품종 ‘백강’밀의 형질전환 식물체는 현재 유전자 교정 여부를 확인 중에 있으며, 추후 국립식량과학원이 보유하고 있는 다양한 다양한 국내품종에 유전자 교정 기술을 적용하여 품종별 가공적성 및 불량형질을 고려한 새로운 육종 소재 개발을 목표로 하고 있다.
○ 수발아 저항성 분석 유전집단(RIL) 및 한국형 밀 핵심집단의 SNP genotype data 활용 GWAS 분석으로 수발아, 종피색 관련 유용 SNP을 통해 기능 분석을 통하여 유전자 교정에 적용될 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행내용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 13
• 1) 연구 수행 결과 ... 13
• 2) 목표 달성 수준 ... 76
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 77
• 5. 연구개발성과 및 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 77
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 78
• <붙임 1> 주요 결과 요약서 ... 80
• 참고 문헌 ... 83
• 끝페이지 ... 84