염기교정 가위로 식물 특정 성질만 바꾸는 형질전환 성공

IBS 김진수 단장 "아데닌 염기교정 가위, 농작물 개발에 즉시 적용 가능"

아데닌 염기교정 가위로 발화시기 유전자의 A가 G로 바뀐 애기장대(왼쪽 사진 가운데)는 크리스퍼 유전자 가위로 해당 유전자 기능을 제거한 것(왼쪽 사진 오른쪽)과 마찬가지로 정상적인 개화 시기에 꽃을 피우지 못했다. 또 잎 색깔 관련 유전자의 A가 G로 바뀐 애기장대들(오른쪽 사진 왼쪽과 가운데)도 크리스퍼 유전자 가위로 유전자 기능이 제거된 개체와 마찬가지로 흰색 잎이 나타나는 알비노 현상을 보였다. Nature Plants 논문 캡처

국내 연구진이 유전자에서 특정 염기 하나만 정확히 바꿀 수 있는 '아데닌 염기교정 가위'(ABE) 기술로 식물체의 꽃 피는 시기를 늦추고 백색 돌연변이(albino mutant)를 일으키는 형질전환에 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 유전체 교정연구단 김진수 단장(서울대 화학부 겸임교수) 연구팀은 5일 국제학술지 '네이처 플랜트'(Nature Plants)에 발표한 논문에서 아데닌 염기교정 가위를 애기장대(Arabidopsis thaliana)와 유채(Brassica napus) 등 다양한 식물에 적용하고, 특히 애기장대의 꽃 피는 시기를 늦추고 알비노 현상을 일으키는 데 성공했다고 밝혔다.

연구팀은 "식물에 아데닌 염기교정 가위를 적용해 교정 효과가 식물개체에 발현되고 후대에 이어진다는 것을 입증한 첫 연구"라며 "이는 아데닌 염기교정 가위가 각종 작물에 원하는 특성을 부여하는 유전자 교정에 사용될 수 있음을 의미한다"고 설명했다.

연구진은 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 바꾸는 인공제한 효소인 아데닌 염기교정 가위를 사용해 애기장대의 개화시기 조절 유전자와 잎 색깔 관련 유전자에 있는 아데닌을 구아닌으로 바뀌게 한 뒤 이를 정상적인 식물체 및 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9)로 해당 유전자의 기능을 제거한 식물체와 성장 과정을 비교했다.

그 결과 발화시기 관련 유전자의 A가 G로 바뀐 애기장대는 크리스퍼 유전자 가위로 해당 유전자 기능이 제거된 것과 마찬가지로 정상적인 개화 시기에 꽃을 피우지 못했다.

또 잎 색깔 관련 유전자의 A가 G로 바뀐 애기장대도 크리스퍼 유전자 가위로 유전자 기능이 제거된 개체와 마찬가지로 흰색 잎이 나타나는 알비노 현상이 나타났으며, 이 형질은 다음 세대에까지 전달되는 것으로 확인됐다.

식물 유전체 연구 권위자인 미국 미네소타대 대니얼 보이타스 교수는 논문과 함께 실린 논평에서 연구진이 염기교정 가위를 이용해 유전자 이중나선절단을 유도하거나 유전자 복구 주형(repair template)을 사용하지 않고도 식물 유전체에 유전적 변화를 정확하게 일으킬 수 있음을 보였다고 평가했다.

김진수 단장은 "아데닌 염기교정 가위를 식물에 적용하기 위해 코돈(유전정보 최소단위)과 프로모터(유전정보를 지니고 있는 DNA 염기서열 앞부분)를 최적화했다"며 "이번 연구는 아데닌 염기교정 가위 기술을 병충해에 강하거나 영양성분이 개량된 농작물 개발 등에 즉시 적용할 수 있음을 확인했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

<연합>