환경 스트레스에 잘 견디는 ‘재해내성’ 농작물 개발

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2004-10-13 10:00

서울--(뉴스와이어)--한국생명공학연구원(생명硏, 원장 양규환 梁奎煥) 환경생명공학연구실 곽상수 박사팀과 식물세포공학연구실 이행순 박사팀은 농촌진흥청 바이오그린21사업의 지원을 받아 연구팀이 개발한 환경스트레스 조건에서 강하게 발현하는 산화스트레스 유도성 프로모터를 이용하여 엽록체에 외부 환경 스트레스에 잘 견디도록 조절하는 유전자를 도입하여 복합적인 환경 스트레스에 강한 내성을 갖는 형질전환 감자와 고구마의 대량생산 기술개발에 성공했다고 12일 밝혔다.

작물이 가뭄, 냉해, 고온 등 외부 환경으로부터 받는 스트레스로 수확량이 최대 30%까지 감소하기 때문에 이를 극복할 수 있는 작물을 개발하려는 연구가 세계적으로 치열하게 전개되고 있다.

연구팀은 우리나라에서 많이 재배되고 있는 『대서』 감자와 『율미』 고구마를 대상으로 연구팀이 개발한 환경스트레스 조건에서 강하게 발현하는 SWPA2 프로모터를 사용하여 항산화효소 CuZnSOD와 APX 유전자를 엽록체에 동시에 과발현시켜 형질전환 감자와 고구마를 개발했다.

연구팀은 온실규모에서 이번에 개발된 작물들을 대상으로 활성산소를 대량 생산해 제초활성을 나타내는 파라쾃(상품명 그라목손)과 이상기온 조건에서 일반 작물들과 비교실험한 결과, 형질전환 감자는 산화스트레스와 고온, 형질전환 고구마는 산화스트레스와 저온에 모두 강한 내성을 보여 이들 작물이 복합적인 환경스트레스에 견디는 능력이 탁월하다는 것을 확인했다. (참고자료-1, 3)

이번에 개발된 형질전환 감자와 고구마는 농촌진흥청 고령지농업연구소와 작물과학원 목포시험장을 통해 내년 봄부터 본격적인 포장시험에 들어갈 계획이다.

곽상수 박사는 “현재 우리나라의 식량자급률은 30% 수준”이라며, “포장시험에서 유용성이 입증되면 우리나라 식량자급률 향상은 물론 북한의 식량문제에도 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구에 이용된 엽록체 항산화기구 조절기술은 다른 모든 식물체에도 적용이 가능해 복합재해내성 농작물 개발과 향후 사막화 방지 등 생태계 보전 및 복원을 위한 환경식물 개발에도 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

용어설명

산화스트레스: 독성을 가지고 있는 활성산소에 의해 세포가 받는 피해를 말하며, 인체에는 암 등 각종 질병과 노화의 원인이 될 뿐 아니라 식물체에는 생산성 감소에 크게 영향을 준다. 가뭄, 고온/저온, 환경오염물질 등 열악한 환경조건에서 증가되는 산화스트레스는 작물 생산성 감소를 초래한다.

엽록체: 식물공장의 가장 중요한 세포내 소기관으로 산소농도가 높을 뿐 아니라 고에너지 전자전달계가 존재하기 때문에 환경스트레스 조건에서 활성산소를 다량으로 생산하기 때문에 높은 산화스트레스를 받기 쉽다.

형질전환 작물: 산화스트레스 유도성 SWPA2 프로모터 발현 조건에서 항산화효소 CuZnSOD (CuZn-superoxide dismutase)와 ascorbate peroxidase (APX) 유전자를 동시에 엽록체에 과발현시킨 작물을 말한다. SWPA2 프로모터는 각종 스트레스를 받았을 때 강하게 작동하는 식물 프로모터로 연구팀에 의하여 개발되어 미국, 일본 등 국제특허에 등록된 산업적 가치가 높은 식물유전자 프로모터이다.

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