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[미국] 질병 저항성 유전자변형작물 개발

  • 2019-07-03
  • 조회수 : 13
미국 노스 캐롤라니아에 있는 듀크 대학(Duke University)의 연구진들이 식물의 수확량과 적응력을 해치지 않으면서도 병원체에 내성을 갖는 GM작물 개발에 성공했다.

식물들은 흔하게 미생물, 바이러스, 곰팡이와 같은 병원체들에게 공격 받기 때문에 작물 생산을 향상시키는 방법에 살충제도 포함된다. 최근에는 높은 수준의 면역 단백질을 발현하는 유전자 변형된 병원체 저항성 작물도 개발되었다. 식물의 면역 반응에서 핵심 조절자 중 하나가 NPR1 유전자이다. 하지만 NPR1 유전자를 과다발현 시킨 질변 저항성 품종들은 보다 약한 적응력을 보이며, 농업제품에도 잘 사용하지 않는다. 사람도 면역 반응이 너무 높아지면 문제가 되는 것처럼 NPR1의 과다 발현의 결과로 저항성은 발생하지만 덜 건강한 식물이 만들어지는 것이다. 다른 말로 말하면, 저항성을 얻으면 적응력에 패널티를 가함으로 균형을 맞춘다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 감염이 발생하였을 때만 면역 반응이 일시적으로 활성화하는 식물을 만드는데 노력을 하고 있다.

지난 달, 듀크 대학 Xinnian Dong 교수 연구팀이 Nature에 발표한 2건의 논문에서 일시적인 면역 반응의 성공을 보고하였다. 병원체의 감염이 전사(transcription) 수준에서 식물 면역반응 활성화를 촉진시켜 면역 방어 관련 단백질로 번역(translation)될 수 있는 전달자의 풀(pool)을 제공하는 것은 잘 알려져 있다. 흥미롭게도 Dong 박사의 최근 연구에서 유전자 발현 변화와 함께 번역 효율에 변형이 이루어지는 것을 발견했다. 번역 메커니즘의 변형은 면역 반응에 핵심적인 단백질 산물을 인코딩하는 전달자의 우선 번역을 가능하게 한다. 연구팀은 여기서 빠른 번역 유도를 담당하는 배열을 찾았으며, 이들 배열을 유전자에 옮기게 되면, 번역 효율이 높아지는 것을 확인하였다. 이어서 NRP1 유전자에 번역 향상 인자를 융합시킴으로써 NRP1 전사체의 빠른 번역을 가능하게 하였다. 감염이 발생했을 때만 전사되는 유전자를 만들기 위하여 연구팀은 병원체 반응 인자들을 배열에 추가했다.

이렇게 연구팀은 감염되었을 때에만 면역 방어 반응이 높아져서 병원체 저항을 하고, 평상시에는 건강한 상태를 유지하는 병원체 저항성 GM식물을 만들어냈다. 이런 면역 활성화 접근법은 GM쌀과 애기장대에서 확인되었으며, 세균과 곰팡이 감염에 대한 보호를 제공하였다.

병원체 저항성 GM쌀은 농부들이 감염으로 인하여 농지에서 많은 손실을 보기 때문에 농업 분야에서 매우 중요하다. 특히 항상 농약을 사용할 수밖에 없는 후진국에서 이들이 중요할 것이다.

전문가들은 이번 결과의 활용에 대해 긍정적으로 전망하고 있다. 다음 단계로는 면역체계를 향상시킨 여러 작물들을 대상으로, 더 다양한 병원체들을 시험하는 것이라고 한다. 50년 이내에 농업에서 화학물질을 이용하는 것이 역사 속의 이야기가 되고 유전 공학이 식물의 질병 통제에 이용하는 것을 희망해 본다. 관련 URL: https://www.medicalnewsbulletin.com/disease-resistant-genetically-modified-crops/ 자세한 내용은 관련URL을 참고하여 주시기 바랍니다.
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