에너지 생산기관인 미토콘드리아 유전체편집을 통해 식물의 물질대사를 조절하고 생산성을 증대시키는 기술

급격한 환경변화에도 식물 대사조절을 통해 지속가능한 작물 재배가 가능하여 안정적인 식량자원 확보에 기여

향후 5년 : 식물 미토콘드리아 유전자 기능 분석식물 미토콘드리아 유전자편집기술 개발

향후 10년 : 미토콘드리아 유전체편집을 통한 식물성장 조절자유로운 대사조절을 통해 원하는 시기에 원하는 생산성을 내는 식물 개발

1) 미토콘드리아 타겟형 유전자편집기술

- RPF(RNA processing factor)를 통한 미토콘드리아 유전자편집기술 개발

- 미토콘드리아 타겟형 유전자가위 개발

2) 미토콘드리아 유전자에 의한 대사조절 네트워크 분석기술

- 호흡 및 식물대사 과정에서 미토콘드리아 유전자의 역할 규명

- 미토콘드리아 유전체편집을 통해 영향을 받는 대사 네트워크 분석기술 개발

3) 미토콘드리아 유전체편집 시스템의 작물 도입기술

- 주요작물 형질전환기술 개발

- 미토콘드리아 유전체 정밀분석기술 개발

미토콘드리아 유전자는 물질, 에너지 대사와 관련된 다양한 역할을 수행하고 있어 미토콘드리아의 기능조절을 통한 새로운 식물형질 개발이 가능할 것으로 예상 - 식물 내 미토콘드리아 유전자를 편집할 수 있는 기술과 방법이 개발되면서 미토콘드리아 유전체편집에 대한 관심도 증가

미토콘드리아로 단백질을 이동시키는 신호인 MTSmitochondrial targeting sequence)를 이용하여 ZFN과 TALEN과 같은 nuclease를 이용한 미토콘드리아 유전자 편집 기술 개발(Nature Method, 2013)

- MTS를 이용하여 미토콘드리아 유전자편집에 성공하였지만, 해당 기술의 다양한 적용이 어려워 개발한 연구그룹 이외에서의 연구는 미비한 실정

CRISPR/Cas9을 이용한 미토콘드리아 유전자편집 성공

- 핵 이동 신호인 NLS를 가지고 있는 일반적인 CRISPR/Cas9 시스템을 사용하여 미토콘드리아 유전자편집에 성공(BioMed Research International, 2015)

- 하지만 gRNA와 NLS를 가지고 있는 Cas9이 어떻게 미토콘드리아로 이동하는지에 대한 원리가 불분명

RNA-binding 단백질을 이용하여 식물 미토콘드리아 유전자 발현 조절

- Small 연구팀은 2018년 Communications Biology지에 RNA-binding 단백질인 RPF2를 이용하여 미토콘드리아 유전자인 nad6의 기능을 제거했다고 발표

성균관대학교 연구팀은 2015년 CRISPR/Cas9 기술을 통해 미토콘드리아 유전자편집기술 개발

2015년 CRISPR/Cas9 기술을 통해 DNA 사용 없이 농작물 유전자 교정 성공(Nature Biotechnology)

글로벌 식량종자 시장은 2010년 291억 달러(약 32.7조원)에서 연평균 4.7%로 성장하여 2025년 585억 달러(약 65.7조원)로 확대될 전망 - 글로벌 채소종자 시장도 2011년 46억 달러(약 5.2조원)에서 연평균 7.8%로 성장하여 2020년 133억 달러(약 14.9조원)로 확대될 전망 * 출처 : 한국과학기술기획평가원, 신육종기술, 2018유전자편집기술로 대표되는 신육종기술을 활용한 작물개발에 대한 투자가 활발히 이루어지고 있으며 시장규모는 2022년까지 3.7억 달러 (약 4,100억원) 수준으로 증가할 것으로 전망 * 출처 : 한국과학기술기획평가원, 신육종기술, 2018

보다 효율적인 식물재배를 통해 단위면적 당 생산량 및 상품성 증가급격한 환경변화에도 식물 대사조절을 통해 지속가능한 재배가 가능해지면서 안정적인 식량자원 확보

유전체편집기술 등으로 개발된 작물을 기존의 GMO(Genetically modified organim는)와 같이 규제할 것인지에 대한 국가별, 국제적 기준이 명확하지 않은 상황으로, 실용화를 위해 사전에 규제에 대한 논의 필요

미토콘드리아&편집|미토콘드리아&편집|물질대사&편집|대사&편집|미토콘드리아&유전체