목원대 김문자 교수 연구팀
국내 최초, 식물 ""화분배양"" 기술개발 성공
■ 국내 재래종 고추 이용,
세계 최초로 다량의 배와 식물체 획득에 성공!!
■ 모든 농작물에 적용 가능,
우수한 신품종개발로 농업 경쟁력 확보에 기여!!
목원대학교 생명산업학부 김문자(金文子,58) 교수 연구팀이 국내 최초로 식물의 배(胚)를 대량으로 생산하는 화분배양(花粉培養)기술 개발에 성공했다. 이 기술은 화분이 캘러스 상태를 지나지 않고, 바로 배(胚)로 발달하여 형성하는 반수체에 콜히친이라는 약제를 처리하여 염색체를 두 배(培)로 배가시키는 방법이다. 이러한 과정을 거치면 손쉽게 유전적으로 순수한 계통의 식물체를 얻을 수 있다.
지금까지 형질전환에 이용한 체세포 유래의 캘러스(callus)는 형질전환체을 얻어내기 위해 다년간의 시간이 필요했으나, 이번 김 교수의 기술개발로 그 과정이 줄어들어 단기간에 형질전환체 생산이 가능하여 높은 경제적 파급효과가 기대된다. 이 기술은 식물의 유용형질을 가진 식물체 개발에 획기적인 토대를 마련한 것으로 식물생명공학 연구 발전에 진일보를 이룬 것으로 평가받고 있다.
화분배양 기술은 시작 단계부터 단세포 집단을 이용하므로 형질전환 및 돌연변이 유기에 매우 유리하여, 불완전한 키메라 상태의 형질전환체나 돌연변이체가 아닌 완전한 형질 전환체나 변이체(solid mutant) 획득이 가능하다. 아울러 콜히친 처리를 거쳐 반수성에서 단번에 배가반수체(순종)를 생성하는 것이 가능해져 곧바로 품종개발로 활용할 수 있게 되었다. 또한, 종래에 이용되었던 약배양(葯培養) 방법은 체세포 배(胚)가 발생할 가능성이 높았으나, 이 화분배양 기술을 이용하여 이러한 우려를 말끔히 씻게 되었고, 단기간에 걸쳐 형성되는 배는 발생비율을 수십 배에서 수백 배까지 높였다.
반수성 세포집단을 이용함으로써 열성돌연변이의 이용도 가능해졌으며, 유용한 돌연변이는 곧바로 순종으로 만들 수 있다. 비용 면에서도 직경 6.5cm인 배양접시에 250,000개의 화분을 배양하여 변이체를 선발하므로 종전의 방법에 비해 비용을 크게 낮췄다. 이 기술 개발로 유용 돌연변이체 생산에도 획기적인 발전을 기대할 수 있게 되었다. 또한 이 기술은 단세포인 화분을 배양하여 배로 발달시키도록 하는 것이므로 식물의 배 발생을 분자 단계에서 연구하는 것이 가능해져 식물생명분야의 기초연구에 매우 유용하게 활용될 전망이다.
지금까지 화분배양 기술이 매우 중요함에도 불구하고 개발하지 못한 것은 화분만을 분리하여 배양할 경우 배를 얻기가 어려웠기 때문이며 전 세계적으로도 성공한 식물이 많지 않다. 화분배양에 성공하여 다량의 배를 획득한 식물로는 유채를 포함하여 밀, 보리, 벼, 담배 등 소수의 식물에 지나지 않으며, 이 또한 다른 식물에는 적용이 어려운 것으로 나타났다.
김 교수 팀이 실험에 성공한 고추의 화분배양은 세계적으로 다수(多數)의 배(胚)를 획득한 전례가 없으며, 소수의 다핵화분을 획득하였을 뿐이다. 그러나 이번에 김 교수연구팀에서는 국내 재래종 고추 품종을 이용하여 세계최초로 대량의 배와 식물체를 획득하는 개가를 올렸다. 이로써 식물화분배양 분야는 세계적으로 앞선 기술을 보유하게 되었고, 이를 통해 우리 나라는 우수한 식물생명공학의 기반 기술을 확보하게 되었다.
이번에 개발된 기술은 그 동안의 성과를 바탕으로 앞으로 화훼농업, 채소, 과수농업과 다른 중요 농작물 등에 적용될 예정이며, 유용한 유전자가 들어간 우수 형질의 식물체를 개발하기 위해 타 연구 기관과 공동연구 프로젝트도 적극 추진할 계획이다.
김문자 교수 042-829-7581
연구실 :
011-9420-5974
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※ 용어설명
■ 캘러스(callus)
유상조직(癒傷組織)·유합조직·칼루스라고도 한다. 현재는 식물체에서 잘라낸 조직을 옥신을 함유한 배지(培地)에서 배양하거나, 어떤 종류의 식물에 상처를 내거나, 상구(傷口)를 옥신으로 처리하거나 할 때에 생기는 특수한 조직 또는 세포덩어리를 말한다.
■ 콜히친
백합과의 콜키쿰(Colchicum autumnale)의 종자에 함유되어 있는 알칼로이드.
■ 키메라
하나의 식물체 속에 유전자형이 다른 조직이 서로 접촉하여 존재하는 현상.
■ 반수체
염색체의 수가 정상 식물체의 반수에 해당하는 식물체
■ 소포자
관다발식물의 조포체(造胞體)에 생기는 웅성의 생식세포. 양치식물의 포자에는 암수의 구별이 없으나, 수생양치류, 부처손류, 물부추류와 몇 가지 고생대(古生代)의 화석양치류에서는 포자가 대·소 두 형으로 분화하여 포자에 자웅성(雌雄性)이 구별된다. 소포자는 웅성의 포자인데, 발아하여 웅성배우체가 된다.
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