| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 ○ 유전자교정된 제초제 내성 옥수수 또는 콩 총 3점 확보 ○ 제초제 벤타존 내성 콩 육성 ○ 유전자교정용 유전자원 교배재료 및 사료용 우수 계통 육성 및 선발 ○ 전체 내용 < 주관 > ○ CRISPR/Cas9 base-editing system vector 개발: 옥수수의 ALS, EPSPS 타켓 벡터; 콩의 EPSPS 타켓 벡터 ○ CRISPR/Cas9 base-editing system을 이용한 콩, 옥수수의 형질전환체 확보 및 교정체 선발 < 제1공동 > ○ 야생콩 및 재배콩 핵심집단 GWAS를 통한 유전양상 구명: ○ RIL 집단을 이용한 벤타존 내성 genomic region 확인 ○ F2 집단을 이용한 QTL seqenceing으로 후보유전자 결정 ○ 콩에서 벤타존 내성 후보유전자변이 확인 및 벤타존 내성 정도 검정 ○ 벤타존 처리와 무처리간 콩 생육특성 조사 ○ 해외시장 현지 적합 콩 선발, 잡초종 및 잡초방제 시스템 조사 ○ 해외시장 및 국내에 적응하는 콩 선발 및 콩 육성을 위한 인공교배 < 제2공동 > ○ 유전자 교정용 유전자원 교배 및 자료 제공 ○ 제초제 저항성 유전자 교정 계통과 교배를 위한 사료용 우수 계통 육성 및 선발 ○ 유전자교정된 옥수수의 형질전환체 또는 RNP-transfection 재분화체의 증식 □ 연구개발성과 < 주관 > ○ Cambia 벡터 backbone을 이용하여 ALS, EPSPS 타켓을 위한 base-editor vector 총 8개를 개발함: 2020년 콩 EPSPS-1, EPSPS-2 총 2개; 옥수수 ALS-1, EPSPS 5-1, 5-2 총 3개; 2021년 옥수수 ALS-1, EPSPS 5-3, 5-4 총 3개 ○ ALS, EPSPS 유전자의 유전자교정 validation을 통하여 최종 sgRNA를 선정함. ○ Agrobacterium-mediated transformation을 수행하기 위하여 옥수수는 농업과학원 거점센터에 의뢰하였고 콩은 툴젠에서 동아대에 형질전환체 위탁개발을 요청함. ○ 확보된 형질전환체에서 DNA를 추출하여 Deep.seq으로 교정체 여부를 분석함. 콩은 아직 교정체를 확인하지 못하였으나, 옥수수는 교정체 22개를 확보함. ○ 옥수수 교정체는 여러 이유로 T1 종자를 위한 수정이 제대로 되지 않았고 3개 line에서만 극소수의 종자를 확보함. 이후 2개 라인에서 분리과정시 교정이 되지 않은 개체로 판명되었으며 한 라인만 최종 교정체로서 선발이 되었음. 그러나 그마저 타겟 사이트 외에 C to T로 치환되어 stop codon으로 됨으로 제대로 성장이 안되었음. 옥수수 경우 국내에서 처음으로 base-editing 기술로 교정체를 개발했다는 것이 성과임. < 제1공동 > ○ 야생콩 및 재배콩 핵심집단 GWAS를 통한 유전양상 구명: 재배콩과 야생콩 핵심집단을 이용하여 GWAS를 실시하였고 콩 유전체의 다양한 부분에서 벤타존 반응을 조절하는 것으로 확인 되었음 ○ RIL 집단을 이용한 벤타존 내성 genomic region 확인: 대풍콩과 한남콩 집단을 이용하여 11본 염색체에 major QTL이 있는 것을 확인하였고 분석 결과 UDP-glycosyltransferase가 존재하는 것으로 확인이 되었으나 정밀검정 결과 벤타존 내성을 조절하는 유전자가 아닌 것으로 확인이 되었음. ○ F2 집단을 이용한 QTL seqenceing으로 후보유전자 결정: CMJ416(T) x CMJ169(S), CMJ091(T) x CMJ404(S)의 F2 집단에서 내성과 감수성 개체에서 얻은 QTL sequencing 결과 각각의 집단에서 6번 염색체와 11번 염색체에서 벤타존 내성과 연관성이 있는 유전체 영역이 있는 것으로 나타났음 ○ 콩에서 벤타존 내성 후보유전자변이 확인 및 벤타존 내성 정도 검정: Kato et al. (2020)에 의하여 밝혀진 유전자를 바탕으로 핵심집단의 콩에 대하여 haplotype을 분석하였고 haplotype 별 벤타존 내성 정도를 확인하였으나 한국 핵심집단은 이 유전자와 관련성이 없는 것으로 나타났음. ○ 벤타존 처리와 무처리간 콩 생육특성 조사: 벤타존 처리 후 다양한 생리학적인 지표를 통해 벤타존 내성과 감수성 품종간 차이를 확인하였음. 내성품종이 벤타존 처리 후 광합성 관련 지표들이 빠르게 회복되었고 식생지수도 대조구와 큰 차이를 보이지 않았음. 포장에서 수량검정을 실시하였음. ○ 해외시장 현지 적합 콩 선발, 잡초종 및 잡초방제 시스템 조사: 코비드 19에 의해 1년차에는 연구원이 방문하지 못하였지만 해외 대상지역의 현지 협력자에 의해 69개의 다양한 콩을 검정하여 재배 가능한 계통을 비쉬켓에서는 31개를 선발하였고 잘랄아바트에서는 22개를 선발하였음. 이를 바탕으로 2년차에는 추가적인 검정을 실시하고 있고, 백신 접종 후 연구원이 방문하여 연구활동을 실시하여 3개의 우수한 계통을 선발하였음 ○ 해외시장 및 국내에 적응하는 콩 선발 및 콩 육성을 위한 인공교배 : 벤타존 내성관련 유전연구와 벤타존에 강한 콩 품종육성을 위해 다양한 교배조합으로부터 집단육성을 하였고 육성된 자원으로 신품종을 육성하기 위한 육종을 진행하고 있음 < 제2공동 > ○ 유전자교정용 유전자원 교배 및 제공: 주관연구기관인 툴젠에 1년차와 2년차에 각각 3회씩 제공 ○ 우수 계통 육성 및 선발: 해피바이오텍이 자체 보관 중인 계통을 활용하여 1개품종 보호출원 및 기술이전 하였으며, 우수계통 10계통은 해피바이오텍 자체관리 ○ 유전자교정 계통 채종 및 계통육성: 2021년 ㈜툴젠에서 인수한 유전자교정 된 종자를 받아 경북대학교 GM 전용 비닐하우스에서 재배하여 후대 종자를 채종하였음. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 < 주관 > ○ Base-editing 기술을 이용하여 옥수수, 콩의 형질전환체를 개발하고 분석하여 교정체를 확보하는 과정을 통해서 연구력 위상이 제고 됨. ○ 제초제저항성 콩과 옥수수를 개발한다면 해외에서 생산해서 국내로 수입할 예정임 ○ non-GMO임으로 public concern을 피해갈 수 있기 떄문에, 수입대체 품목으로 각광을 받을수 있으며 실제로 GMO 수입량을 줄일수 있음 ○ 유채 등 다른 작물의 제초제저항성 개발이 가능함 ○ 유전자교정 기술을 활용할 경우 기존 육종방법인 관행육종, GMO육종, 돌연변이 육종기술보다 비용과 기간을 절반 이하로 줄일 수 있음. < 제1공동 > ○ 한국 콩 자원의 벤타존 내성과 감수성 데이터 - 관련 데이터를 기반으로 분석된 내용은 학술논문 발표를 통해 콩 연구자들에게 공유 - 벤타존 내성 콩 품종 육성의 자원으로 이용하고, 국내의 콩 연구자들과 정보 공유 - 벤타존 내성을 조절 유전자 확인을 위한 유전연구의 재료로 이용 ○ GWAS의 결과 및 mapping 결과 - 관련 데이터를 기반으로 분석된 내용은 학술논문 발표를 통해 콩 연구자들에게 공유 ○ 내성과 감수성 콩 간의 생리적 지표 및 이미지 지표 결과 - 현재 SCI급 논문에 투고하여 심사를 받고 있음. 게재되면 콩 연구자들과 공유하여 신속한 표현형 선발을 위한 방법 개선에 이용 ○ 육성된 다양한 계통 - 벤타존 내성 콩 품종 육성을 위한 재료로 이용 - 벤타존 내성 조절 유전자 확인을 위한 연구재료로 이용 ○ 키르기스스탄 검정 결과 - 키르기스스탄에서 우수한 품종 육성을 위한 자원으로 이용 < 제2공동 > ○ 활용계획 - 제초제 저항성 유전자 교정 계통은 사료용 옥수수의 모본 및 부본으로 활용하여 F1 조합 작성 - 제초제 저항성 유전자 교정 계통은 찰옥수수 및 단옥수수 계통 육성에 활용 ○ 기대효과 - 제초제 저항성 품종의 보급으로 농가 소득 증대 - 유전자 교정 옥수수 품종은 우선적으로 GM 품종이 판매되고 있는 필리핀, 베트남에 농가 실증시험 및 판매로 수출 시장 확보 - 제초제 저항성 품종의 판매로 고용 창출 (출처 : 요약문 2p) |
