물 생식기관에서 종간 장벽 역할을 하는 단백질의 재설계와 도입을 통해 교배가 어려운 두 종간의 교배 효율을 향상시키는 기술

전통육종 방식의 품종개발 과정에서 큰 어려움 중 하나인 종간 장벽을 제거함으로써 교배가 어려운 우수품종 간의 교배를 통해 우수형질의 식물을 개발

향후 5년 : 식물 생식기관에서 종간 장벽 역할을 하는 단백질과 수용체를 규명하고 분석식물 생식기관에 재설계된 종 인식 단백질을 발현시키는 기술 개발

향후 10년 : 교배가 어려운 가까운 품종 간 교배를 가능하게 하여 신품종 개발다양한 우수 형질의 품종을 개발하여 식량 생산량과 품질을 향상

1) 식물 종 인식 단백질 분석기술 - 식물 생식기관인 화분과 암술머리에는 종을 인식할 수 있는 단백질 신호를 보유 - 식물 종마다 가지고 있는 종 인식 단백질의 특성을 분석하고 단백질을 인식하는 수용체(리셉터)의 기능을 분석하여 향후 응용 가능한 데이터 축적 2) 외래 단백질 발현기술 - 식물 종 인식 단백질을 재설계하여 생식기관에 발현시켜야만 교배의 종간 장벽을 제거 가능 - 화분이나 암술머리에 재설계된 단백질을 발현시켜 다른 종의 화분을 인식할 수 있는 기술

기존 전통육종 방식에 한계를 느끼고 있으며, 식물 교배의 원리 및 단백질 공학기술이 발전함에 따라 새로운 방식의 육종을 통한 신품종 개발이 요구 - 식물 형질전환, 원형질체 재분화기술 등으로 재설계된 단백질을 발현하는 식물을 제작할 수 있으며, 이를 종간 장벽 제거 원리에 적용한다면 이종 간의 교배가 가능할 것으로 전망

암술머리에서 발현되는 단백질인 SPRI1의 조절을 통해 교배가 어려운 품종 간의 교배를 성공시키는 기술 개발 - SPRI1은 암술머리에서 발현하여 같은 종의 화분은 받아들이고 다른 종의 화분은 발달을 저해하는 기능을 함으로써 종간 장벽을 형성 - 교배가 어려웠던 종의 암술머리에서 발현되는 SPRI1을 다른 종에 발현시켜 교배 성공률을 비약적으로 향상시키는 기술 개발 화분관이 씨방을 찾아갈 수 있도록 유도하는 신호 단백질과 그를 인식하는 리셉터를 조절하여 교배가 어려운 종간의 교배를 성공시키는 기술 개발 - 씨방은 자신의 화분관 성장을 올바른 방향으로 유도하기 위해 LURE 펩타이드 호르몬을 분비하며, 이를 화분관 끝에서 발현되는 리셉터가 인식 - 교배가 어려운 종에서 생성되는 LURE와 리셉터를 다른 종에 발현시켜 교배율을 비약적으로 향상시킨 기술 개발

원하는 종의 단백질을 다른 종에 발현시키는 형질전환 기술개발 진행 - 식물 재분화 및 형질전환 기술을 꾸준히 연구하여 주요 작물에 원하는 단백질을 발현시킬 수 있는 시스템을 일부 갖췄으나, 아직 효율이 낮고 특정 품종에서만 가능한 한계를 가지고 있음. 식물 생식기관 및 생식원리에 대한 연구는 해외 사례와 비교하였을 때 연구규모가 작고 연구시스템의 발전이 필요한 상태

식량수요 증가 등으로 세계 종자시장은 지속적으로 상승하고 있는 추세이며, 향후에도 성장가능성이 높을 것으로 예측 - 세계 식량종자시장 규모는 2010년 291억 달러에서 2025년 585억 달러로 연평균 4.7% 성장할 것으로 전망(KISTEP 기술동향브리프, 2018-4)형질전환을 통해 단백질을 도입하여 신품종을 만들어내는 유전자 재조합식품의 시장규모는 2022년까지 3억 6800만 달러 수준으로 증가할 것으로 보이며, 최근 8년간 10배의 성장이 전망되는 유전자가위의 도입을 활용하여 생식기관의 단백질 엔지니어링이 가능(KISTEP 기술동향브리프, 2017.5)

식물 생식의 기본원리를 보다 자세히 이해할 수 있어 향후 교배 기술의 발전에 긍정적인 영향을 끼칠 것으로 전망기존의 전통육종 방식으로는 교배가 어려웠던 이종 간의 교배가 가능해질 경우 정체되어있는 식물 신품종 개발 시장을 크게 활성화시켜 1차산업인 농업분야의 재부흥 기대

단백질 공학은 가능하나, 이를 안정적으로 생식기관에 발현시키기 위해서는 기존의 형질전환 방식 이외에 새로운 기술 필요GMO 규제에서 자유롭기 위해서는 아그로박테리움과 같은 박테리아를 사용하지 않고 물리적인 방법으로 외부에서 단백질을 전달하여 일시적으로 교배 장벽을 제거하는 신기술 필요

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