초록 ▼

연구개발목표 및 내용
최종 목표
세계 인구는 훨씬 빠르게 증가하여 2019년 2월 기준 77억에 도달하였으며, 2050년에는 100억 시대를 맞이할 것으로 예측된다. 현재의 경작지 규모가 급증할 여력이 별로 없다는 점을 감안한다면 100억 인구 시대에는 작물 생산량이 헥타르 당 약 5.6명을 충족시켜야 한다. 따라서 고생산성 작물품종 육성은 향후 도래할 범지구적 식량문제 해결에 중요한 부분이다. 엽록체는 광합성을 수행하는 세포 소기관으로, 엽록체 발달은 작물의 성장과 생산성을 결정하는 핵심적인 요소이다. 뿐만 아니라 엽록

연구개발목표 및 내용
최종 목표
세계 인구는 훨씬 빠르게 증가하여 2019년 2월 기준 77억에 도달하였으며, 2050년에는 100억 시대를 맞이할 것으로 예측된다. 현재의 경작지 규모가 급증할 여력이 별로 없다는 점을 감안한다면 100억 인구 시대에는 작물 생산량이 헥타르 당 약 5.6명을 충족시켜야 한다. 따라서 고생산성 작물품종 육성은 향후 도래할 범지구적 식량문제 해결에 중요한 부분이다. 엽록체는 광합성을 수행하는 세포 소기관으로, 엽록체 발달은 작물의 성장과 생산성을 결정하는 핵심적인 요소이다. 뿐만 아니라 엽록체 발달은 작물의 환경스트레스 저항성에도 깊이 관여하고 있다. PAP 유전자는 엽록체 발달을 결정하는 핵심 유전자이며, PAP 유전자 사이의 다양한 상호작용을 통해 엽록체 발달을 조절한다. 따라서 PAP 유전자를 중심으로 엽록체 발달에 관여하는 시스템생물학적 원리 규명은, 엽록체 발달에 관여하는 분자 모듈 재설계와 이를 통한 작물 육종소재 육성에 매우 중요하다. 상기 연구 과제를 통해, 중요 식량작물인 벼 엽록체 발달에 관여하는 OsPAP 유전자를 발굴하고 이들 유전자에 의한 시스템 생물학적 분자 원리를 규명하고자 한다. 또한 CRISPR/Cas9 시스템과 벼 엽록체 발달의 부정적 조절 유전자를 활용하여 엽록체 발달과 생산성이 향상된 벼 육종소재를 육성하고자 한다.
전체 내용
엽록체 발달은 식물 성장과 생산성을 조절하는 중요한 요소이다. 상기 연구 과정을 통해 벼 엽록체 발달에 관여하는 OsPAP 유전자를 중심으로 한, 벼 엽록체 발달의 시스템생물학적 원리를 규명하고자 한다. 또한 최근, CRISPR/Cas9 체계를 통한 우수 작물품종 육성이 활발히 진행되고 있다. 하지만 CRISPR/Cas9을 활용해 엽록체 발달이 향상된 작물품종 육성은 충분히 이루어지고 있지 않으며, 여기에는 엽록체 발달을 부정적으로 조절하는 유전자 발굴이 충분히 이루어져 있지 않기 때문이다. 연구를 통해 본 연구팀은 엽록체 발달을 저해하는 PAP 유전자인 OsFSD3S 유전자를 발굴했으며, 이들 유전자들의 시스템 생물학적 조절 원리를 규명하였으며, CRISPR/Cas9 체계를 활용하여 OsFSD3S의 실제적 활용성 분석과 이를 통한 엽록체 발달이 향상된 벼 육종소재 육성을 이루어 내고자 하였다.

연구개발성과
CRISPR/Cas9 시스템을 활용하여 벼 엽록체 발달에 관여하는 OsPAPs 유전자를 발굴하였으며, 특히 OsPAP3 유전자가 벼 엽록체 발달과 생산성 향상의 핵심 유전자임을 규명하였다. OsPAPs 유전자의 벼 엽록체 발달에 관한 시스템생물학적 원리를 규명하기 위해 OsPAP3 유전자를 중심으로 다른 OsPAPs 유전자들과의 상호작용을 RNA 및 단백질 수준에서 분석하였으며, 이를 통해 벼 엽록체 발달에 OsPAPs 유전자가 밀접한 상호작용을 하고 있음을 규명하였다. 또한, OsFSD3S 유전자 편집 벼 및 과발현 벼 제작/분석을 통해 OsFSD3S 유전자가 벼 엽록체 발달의 부정적 조절 유전자임을 규명하였다. 더 나아가, OsFSD3S 유전자 편집 벼의 다양한 농업적 특성 지표 분석을 통해 OsFSD3S 유전자의 농업적 활용성을 제시하였다.
상기 연구과제를 수행하면서 SCI급 국제논문 총 4편을 (표준영향력지수: 295.34) 게재하였으며, 추가로 형질전환체 개발 213건을 등록하였고 특허 2건을 출원하였다.

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
엽록체는 광합성 및 스트레스 저항성에 관여하는 세포 소기관으로 작물의 성장과 생산성에 깊이 관여하고 있다. 상기 연구과제를 통해, 본 연구팀은 중요 식량작물인 벼 엽록체 발달의 OsPAPs 유전자가 밀접한 상호작용을 하고 있음을 규명하였다. 이 연구 결과는 중요 식량작물인 벼의 엽록체 발달에 관여하는 분자원리 규명 연구에 중요한 자료로 활용될 것이며, 더 나아가, 벼 엽록체 발달을 조절하는 시스템생물학적 분자 모듈의 재설계와 이를 통해 우수 작물품종을 육성하고자 하는 연구에 폭넓게 활용되리라 기대한다. 또한 본 연구팀은
엽록체 발달을 저해하는 부정적 조절인자인 OsFSD3S 유전자를 발굴하였으며, OsFSD3S 유전자 편집 벼 및 과발현 벼 제작/분석을 통해 OsFSD3S 유전자가 엽록체 발달의 부정적 조절 유전자임을 규명하였다. 더 나아가, OsFSD3S 유전자 편집 벼의 생산성 향상 가능성을 제시하였다. 이 연구 결과는 향후 유전자 편집을 통해 엽록체 발달과 생산성이 향상된 작물품종을 육성하고자 하는 연구에 중요한 연구 자료로 활용되리라 기대한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 가. 연구의 배경 ... 5
• 나. 연구의 필요성 및 개요 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 7
• 1) 연구 수행 결과 ... 7
• 2) 목표 달성 수준 ... 25
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 25
• 참고문헌 ... 26
• 끝페이지 ... 27