바이오안전성 확보로 LMO 상용화시대 앞당겨
이배체(異倍體)간 hybrid로 꽃가루가 날리지 않는 3배체 포플러 육성
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기사입력 : 2009.05.14 21:04
LMO 상용화의 장벽인 유전자오염 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 꽃이 피지 않는 포플러가 개발되었다. 이는 국립산림과학원 생명공학연구팀이 보통 포플러(2n)에 콜히친 처리로 배수성을 배가시켜 얻어진 4배체(4n; ♂)와 2배체(2n; ♀)간 인공교배로 육성된 3배체(3n) 포플러이다.
목본류는 배추, 수박 등과 같은 농작물이나 동물과는 달리 교배구조, 검정과정의 복잡성 등 기술적 장애가 존재하여 이배체(異倍體)간 인공교배로 얻은 3배체 포플러류는 아직 보고된 바가 없다. 따라서 본 연구결과는 실용성은 물론 원천기술 확보의 의미를 지니고 있다.
국립산림과학원은 육성된 식물체를 국내외 품종•특허 출원을 진행 중이며 본격적 보급은 등록이 될 2011년 이후로 계획하고 있다. 아울러 지금까지 확립된 중금속 정화, 생장촉진 등 강력한 기능을 지닌 외래유전자를 이용한 LMO 육성을 촉진하여 상용화시대를 앞당겨 나갈 것이다.
포플러는 자웅이주(雌雄異株: 암․수나무가 각각 다른 나무)로 개화가 시작되면 수광량(受光量)이 충분한 곳에서는 많은 양의 종자가 달리는 것이 일반적이다. 특히 도심지역의 공원수 혹은 녹음수, 도로변의 가로수의 경우 자동차 공해물질인 이산화탄소의 영향으로 인하여 전원지역보다 꽃이 많이 피어 문제가 발생된다.
포플러는 암꽃이 수정되어 종자가 성숙하는 시기인 5월 초․중순경(경기도 수원 지역)에 종자를 멀리 날려 보내 자손을 증식하기 위한 수단인 “종자솜털”(속칭 꽃가루)이 사회적 문제가 되고 있다. 봄철에 가로수로 식재된 포플러에서 하얗게 날리는 속칭 “꽃가루”는 사실은 꽃가루가 아니라 그 속에 아주 작은 종자가 들어 있는 “종자솜털”로 종족 번식을 위해 눈송이처럼 날리지만 대부분의 사람들이 꽃가루가 날리는 것으로 잘못 알고 있다.
또한 포플러류는 빨리 자랄 뿐만 아니라 식물체 전형성능(totipotency)이 뛰어나 생물공학분야의 모델 수종으로 널리 적용된다. 특히, 근래 LMO 즉, 유전자 변형 식물체 개발 연구에서 목본류 중에서 상용화에 가장 근접한 수종이 포플러로써 미국 등에서 개발된 환경정화 및 바이오매스 생산능력 등이 개량된 LMO 포플러가 상용화를 위한 마지막 포장실험 중에 있다.
하지만 LMO의 상용화와 보급을 위해서 생물다양성협약(CBD)의 부속의정서인 ‘바이오안전성의정서’와 ‘유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률’(LMO법)의 주 목적인 잠재적 위해성을 지닐 수 있는 유전자 변형 생물체의 환경 및 인체에 대한 안전성 확보가 시급한 실정이다. 즉, 화분 비산 등을 통한 도입유전자의 자연생태계로의 확산을 막는 바이오안전성(Biosafety) 확보 방법이 개발되어야한다.
이를 위해 웅성불임 유전자를 도입하여 번식능력을 제거하거나 야생 돌연변이체(예: 봉화1호)를 사용하여 왔으나 유전자 침묵(gene silencing) 같은 내부적인 기작이나 병충해 등 환경적 요인에 의해 개화되기도 하므로 유전자의 탈출 봉쇄에는 한계가 있다.
국립산림과학원 생명공학연구팀은 유전자 변형 생물체의 현장 적용을 제한하는 가장 큰 걸림돌인 도입유전자의 탈출을 막는 생식적 격리 문제를 해결하기 위하여 가장 강력한 수정 후 격리(postzygotic isolation)에 해당하는 3배체(triploid) 식물체 육성연구를 2006년에 착수하였다.
본 연구에서 적용한 3배체 포플러 육성 개념은 4배체의 화분(2n)을 2배체의 암꽃 난세포(n)에 인공수정 하는 것이다(참고 1 및 2). 이때 적용한 4배체는 1960년대초 콜히친 처리 즉, 세포분열시 핵분열 후 방추사 형성을 막아 염색체의 수를 배가시킨 4배체 포플러로, 당시의 기술로는 확인이 어려워 최근 DNA 함량 분석기술로 검증한 개체이다.
이배체(異倍體)간 교배과정에서 낮은 임성(동배체간 교배의 1% 이하) 뿐 아니라 4배체 화분채취 및 인공교배 적기 판정 등의 어려움으로 인해 3년간에 걸친 수많은 시행착오를 거쳐 마침내 2008년에 23개체의 3배체 포플러를 얻었다. 목본류는 배추, 수박 등과 같은 농작물이나 동물과는 달리 교배구조, 검정과정의 복잡성 등 기술적 장애가 있어 이배체(異倍體)간 인공교배로 얻은 3배체 포플러류는 아직 보고된 바가 없다. 물론, 자연계에서 선발된 3배체 포플러가 유럽과 미국에서 보고된 바 있다. 또한, 최근 중국에서 오랜 배수체 육종의 결과로 3배체가 개발되고 있으나 중국은 4배체 x 2배체 교배가 아닌 2배체의 자성배우체에 반수체의 웅성배우체를 교배시키는 기법을 사용하였다.
3배체는 일반적으로 정상적인 2배체 식물보다 생장이 빠르므로 바이오매스 생산이 월등한 3배체 슈퍼 클론을 선발하여 바이오매스 생산에 이용할 수 있다. 즉, 미국의 미네소타에서 발견된 자연 3배체 P. tremuloides의 경우 38년 동안 매년 ha당 14.6 m3의 높은 생장을 나타내었고, 목재와 펄프 특성에서도 긴 섬유장과 높은 목재 밀도를 가지고 있음이 보고되었다.
본 연구에서 개발한 3배체 포플러 1년생묘의 섬유장을 분석한 결과 평균 5.7μm를 나타내어 2배체의 4.7μm 보다 긴 것으로 나타났으며, 도관 길이 또한 3배체가 6.1μm로 2배체의 3.9μm에 비해 우수한 것으로 나타났다.
국립산림과학원은 육성된 식물체를 국내외 품종•특허 출원을 진행 중이며, 본격적 보급은 등록이 될 2011년 이후로 계획하고 있다. 아울러 지금까지 확립된 중금속 정화, 생장촉진 등 강력한 기능을 지닌 외래유전자를 이용한 LMO 육성 촉진으로 LMO 상용화시대를 앞당겨 나갈 것이다.
3배체 포플러 포지 생장
이번에 육성된 3배체는 가장 강력한 수정 후 격리(postzygotic isolation)의 예로서 그 자체가 번식능력이 결여되어 완전한 생식적 격리가 가능하다. LMO 즉, 유전자 변형 생물체의 상용화를 제한하는 가장 큰 걸림돌인 도입유전자의 탈출을 막음으로 생명공학분야에 획기적 기여는 물론 매년 봄이면 찾아오는 불청객 “꽃가루”나 “종자 솜털”을 근본적으로 해결할 수 있게 되었다.목본류는 배추, 수박 등과 같은 농작물이나 동물과는 달리 교배구조, 검정과정의 복잡성 등 기술적 장애가 존재하여 이배체(異倍體)간 인공교배로 얻은 3배체 포플러류는 아직 보고된 바가 없다. 따라서 본 연구결과는 실용성은 물론 원천기술 확보의 의미를 지니고 있다.
국립산림과학원은 육성된 식물체를 국내외 품종•특허 출원을 진행 중이며 본격적 보급은 등록이 될 2011년 이후로 계획하고 있다. 아울러 지금까지 확립된 중금속 정화, 생장촉진 등 강력한 기능을 지닌 외래유전자를 이용한 LMO 육성을 촉진하여 상용화시대를 앞당겨 나갈 것이다.
포플러는 자웅이주(雌雄異株: 암․수나무가 각각 다른 나무)로 개화가 시작되면 수광량(受光量)이 충분한 곳에서는 많은 양의 종자가 달리는 것이 일반적이다. 특히 도심지역의 공원수 혹은 녹음수, 도로변의 가로수의 경우 자동차 공해물질인 이산화탄소의 영향으로 인하여 전원지역보다 꽃이 많이 피어 문제가 발생된다.
포플러는 암꽃이 수정되어 종자가 성숙하는 시기인 5월 초․중순경(경기도 수원 지역)에 종자를 멀리 날려 보내 자손을 증식하기 위한 수단인 “종자솜털”(속칭 꽃가루)이 사회적 문제가 되고 있다. 봄철에 가로수로 식재된 포플러에서 하얗게 날리는 속칭 “꽃가루”는 사실은 꽃가루가 아니라 그 속에 아주 작은 종자가 들어 있는 “종자솜털”로 종족 번식을 위해 눈송이처럼 날리지만 대부분의 사람들이 꽃가루가 날리는 것으로 잘못 알고 있다.
또한 포플러류는 빨리 자랄 뿐만 아니라 식물체 전형성능(totipotency)이 뛰어나 생물공학분야의 모델 수종으로 널리 적용된다. 특히, 근래 LMO 즉, 유전자 변형 식물체 개발 연구에서 목본류 중에서 상용화에 가장 근접한 수종이 포플러로써 미국 등에서 개발된 환경정화 및 바이오매스 생산능력 등이 개량된 LMO 포플러가 상용화를 위한 마지막 포장실험 중에 있다.
하지만 LMO의 상용화와 보급을 위해서 생물다양성협약(CBD)의 부속의정서인 ‘바이오안전성의정서’와 ‘유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률’(LMO법)의 주 목적인 잠재적 위해성을 지닐 수 있는 유전자 변형 생물체의 환경 및 인체에 대한 안전성 확보가 시급한 실정이다. 즉, 화분 비산 등을 통한 도입유전자의 자연생태계로의 확산을 막는 바이오안전성(Biosafety) 확보 방법이 개발되어야한다.
이를 위해 웅성불임 유전자를 도입하여 번식능력을 제거하거나 야생 돌연변이체(예: 봉화1호)를 사용하여 왔으나 유전자 침묵(gene silencing) 같은 내부적인 기작이나 병충해 등 환경적 요인에 의해 개화되기도 하므로 유전자의 탈출 봉쇄에는 한계가 있다.
국립산림과학원 생명공학연구팀은 유전자 변형 생물체의 현장 적용을 제한하는 가장 큰 걸림돌인 도입유전자의 탈출을 막는 생식적 격리 문제를 해결하기 위하여 가장 강력한 수정 후 격리(postzygotic isolation)에 해당하는 3배체(triploid) 식물체 육성연구를 2006년에 착수하였다.
본 연구에서 적용한 3배체 포플러 육성 개념은 4배체의 화분(2n)을 2배체의 암꽃 난세포(n)에 인공수정 하는 것이다(참고 1 및 2). 이때 적용한 4배체는 1960년대초 콜히친 처리 즉, 세포분열시 핵분열 후 방추사 형성을 막아 염색체의 수를 배가시킨 4배체 포플러로, 당시의 기술로는 확인이 어려워 최근 DNA 함량 분석기술로 검증한 개체이다.
이배체(異倍體)간 교배과정에서 낮은 임성(동배체간 교배의 1% 이하) 뿐 아니라 4배체 화분채취 및 인공교배 적기 판정 등의 어려움으로 인해 3년간에 걸친 수많은 시행착오를 거쳐 마침내 2008년에 23개체의 3배체 포플러를 얻었다. 목본류는 배추, 수박 등과 같은 농작물이나 동물과는 달리 교배구조, 검정과정의 복잡성 등 기술적 장애가 있어 이배체(異倍體)간 인공교배로 얻은 3배체 포플러류는 아직 보고된 바가 없다. 물론, 자연계에서 선발된 3배체 포플러가 유럽과 미국에서 보고된 바 있다. 또한, 최근 중국에서 오랜 배수체 육종의 결과로 3배체가 개발되고 있으나 중국은 4배체 x 2배체 교배가 아닌 2배체의 자성배우체에 반수체의 웅성배우체를 교배시키는 기법을 사용하였다.
3배체는 일반적으로 정상적인 2배체 식물보다 생장이 빠르므로 바이오매스 생산이 월등한 3배체 슈퍼 클론을 선발하여 바이오매스 생산에 이용할 수 있다. 즉, 미국의 미네소타에서 발견된 자연 3배체 P. tremuloides의 경우 38년 동안 매년 ha당 14.6 m3의 높은 생장을 나타내었고, 목재와 펄프 특성에서도 긴 섬유장과 높은 목재 밀도를 가지고 있음이 보고되었다.
본 연구에서 개발한 3배체 포플러 1년생묘의 섬유장을 분석한 결과 평균 5.7μm를 나타내어 2배체의 4.7μm 보다 긴 것으로 나타났으며, 도관 길이 또한 3배체가 6.1μm로 2배체의 3.9μm에 비해 우수한 것으로 나타났다.
국립산림과학원은 육성된 식물체를 국내외 품종•특허 출원을 진행 중이며, 본격적 보급은 등록이 될 2011년 이후로 계획하고 있다. 아울러 지금까지 확립된 중금속 정화, 생장촉진 등 강력한 기능을 지닌 외래유전자를 이용한 LMO 육성 촉진으로 LMO 상용화시대를 앞당겨 나갈 것이다.
