엽록체 DNA·미토콘드리아 DNA 맞춤 교정 식물 '탄생'

IBS 유전체 교정 연구단, 엽록체 유전자 교정으로 고품질 농작물 기대

[대전=뉴시스] DdCBE를 이용한 식물 소기관 DNA 교정 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단이 시토신 염기교정효소(DdCBE)를 이용해 식물의 엽록체 DNA와 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 바꾸는 데 성공했다고 2일 밝혔다.

이는 식물 소기관의 DNA를 맞춤형으로 교정한 세계 최초의 사례로 농작물 육종에 크게 기여할 것으로 기대된다.

엽록체와 미토콘드리아는 각각 광합성과 에너지 생성을 담당하는 식물 세포 내 소기관이다. 이들의 DNA를 교정하면 광합성 효율, 항생제 저항성 등을 조절해 농업·유전적 가치가 높은 식물을 개발할 수 있다.

이에 앞서 유전체 교정 연구단은 이전 연구에서 DdCBE를 최초로 동물에 적용해 미토콘드리아 DNA 교정에 성공했었다. 이어 이번 연구에서는 DdCBE를 변형해 식물 엽록체 DNA와 미토콘드리아 DNA를 최대 99% 효율로 교정해냈다.

연구진은 이를 위해 먼저 다양한 조합의 DdCBE를 상추와 유채(rapeseed) 세포에 주입해 가장 효율이 높은 DdCBE를 선정해했다.

 이를 세포벽을 인위적으로 제거한 식물 원형질체에 도입, 엽록체 DNA의 시토신(Cytosine) 염기를 티민(Thymine)으로 치환시켜 항생제 저항성을 가진 식물 개체를 제작했다. 이는 DdCBE를 이용해 세계 최초로 식물 세포 소기관의 DNA를 교정한 사례다.

이어 연구진은 DdCBE DNA를 사용하지 않고 DdCBE mRNA를 세포에 직접 도입해 염기 교정의 정확성을 높였다.

 mRNA는 세포 내에서 수일 내 분해되기 때문에 DdCBE mRNA를 사용하면 표적 외 염기의 불필요한 변이 발생(표적이탈)을 억제할 수 있어 오작동을 최소화한 식물 소기관 DNA 염기 정밀교정법을 마련할 수 있다.

이번 연구결과는 네이쳐 플랜츠(Nature Plants, IF 13.256)에 2일(한국시간) 게재됐다.(논문명:Chloroplast and mitochondrial DNA editing in plants)

논문 제1저자인 강범창 선임연구원은 "식물의 엽록체 및 미토콘드리아 DNA를 정밀하게 교정할 수 있게 돼 작물 육종 연구 및 형질 개선에 기여, 식량 문제 해결의 새 길을 열 것"이라고 기대했고 김진수 단장은 "농업 생산성 증대는 물론 이산화탄소 저감을 통해 기후위기를 해소하는 데에도 도움이 될 것이다"고 밝혔다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]