α-토코페롤 고 함유 형질전환 콩 및 그의 제조방법 document_id A220623060663

콩(Glycine max (L.) Merr.)의 원산지는 우리나라를 포함한 동북아시아이며, 우리나라는 삼국시대 초기부터 오곡중의 하나로 재배되었으며 최근까지 국민영양상 주요한 단백질 급원으로 이용되어왔다. 서양에는 18세기 이후 콩이 전파되어 재배되었으며, 2007년 전 세계에서 생산된 219.8백만톤의 콩 재배지를 살펴보면, 남미지역이 52%, 미국이 32%를 차지하였다(www.soystat.com/2008). 콩은 주요한 단백질 및 지방의 급원일 뿐만 아니라 비타민 A, B, D, E도 풍부하여, 우리나라를 비롯한 동양에서는 주로 식용으로 이용되어 왔지만 서양에서는 가공식용 및 사료용 등으로 많이 이용되어 왔다(조재영 외, 2007 四訂 田作 향문사 서울: ISBN 89-7187-003-6 93520, 270-329쪽). 최근에는 웰빙(well-being) 식품과 자연적인 먹을거리를 찾으면서 콩의 소비가 증가하고 있다. 특히 콩에 풍부한 토코페롤이 심혈관 질환 및 암을 예방하며 면역기능을 보조하고 항산화작용으로 노화와 관련된 퇴행성 질환을 예방 및 완화할 수 있다(Pryor WA., 2000 Vitamin E and heart disease: Basic science to clinical intervention trials. Free Radic. Biol. Med. 28: 141-164)고 알려지면서 그 수요가 점차 증가하고 있다. 토코페롤은 지용성 항산화물질로 비타민 E로 잘 알려져 있다. 토코페롤은 광합성을 하는 녹색식물과 세균에서만 합성할 수 있기 때문에 인간은 이들을 섭취하여 보충할 수밖에 없다. 토코페롤은 방향족 고리의 메틸기(-CH3) 수와 위치에 따라 알파(α-), 베타(β-), 감마(γ-), 델타(δ-) 등 4개의 동족체가 존재하며, 이들 중 활성이 가장 높고 인체 내 혈관에서 바로 이용될 수 있어 효과가 뛰어난 α-토코페롤은 γ-토코페롤보다 비타민 E 활성이 약 10배 이상 높다. 하지만 콩을 비롯한 대부분의 유지작물에 존재하는 토코페롤은 γ-토코페롤이 60~65%이며, δ-토코페롤이 20~26%를 차지한다. 따라서 다양한 작물에서 생물 활성을 증가시키려는 연구가 절실히 요구되어 왔다. 콩 형질전환에 있어서 필수적인 재분화 체계 확립과 조직배양기술은 이미 많은 연구자들로부터 시도되었다. 콩의 조직배양 연구는 상배축(epicotyl)(Wright MS. et al., 1987 Initiation and propagation of Glycine max L. Merr.: Plants from tissue-cultured epicotyls. Plant cell tissue and Organ culture 8: 83-90), 초생엽(primary leaf)(Wright MS. et al., 1987 Regeneration of soybean (Glycine max L. Merr.) from cultured primary leaf tissue. Plant cell Rep. 6: 83-89), 미숙배(immature embryo)(Christianson ML. et al., 1983 A morphogenetically competent soybean suspension culture. Science 222: 632-634), 자엽(Lippmann L et al., 1984 Induction of somatic embryos in cotyledonary tissue of soybean, Glycine max L. Merr. Plant Cell Reports 3: 215-218), 원형질체(Myers JR et al., 1989 Plant regeneration of wildGlycine species from suspension culture-derived protoplasts. Plant Cell Reports 8: 112-115) 등을 이용한 재분화 체계가 확립되었다. 식물 형질전환시 목적하는 유전자를 도입하기 위해서는 일반적으로 아그로박테리움을 이용하거나 입자충격법(particle bombardment)을 이용하는데, 콩 형질전환도 아그로박테리움(Hinchee MAW. et al., 1988 Production of transgenic soybean plants using Agrobacterium-mediated DNA transfer. Bio/technology 6: 915-922; Chee PP. et al., 1989 Transformation of soybean(Glycine max) by infecting germinating seeds with Agrobacterium tumefaciens. Plant physiol. 91: 1212-1218)을 이용하거나 입자충격법 등이 사용되어 왔다(McCabe DE. et al., 1988 Stable transformation of soybean (Glycine max) by particle acceleration. Bio/Technology 6: 923~926; Christou P. et al., 1988 Stable transformation of soybean callus by DNA-coated gold particles. Plant Physiol. 87: 671-674). 형질전환 효율을 높이고 재현성을 향상시키기 위하여 다양한 연구가 시도되었으며 시스테인(L-cysteine), 글루타치온(glutathione)과 같은 황화합물을 첨가하거나(Olhoft P. and Sommer D. 2001 L-Cysteine increases Agrobacterium-mediated T-DNA delivery into soybean cotyledonary-node cells. Plant cell Rep. 20:706-711), 초음파(Trick HN et al., 1997 SAAT: sonication-assisted Agrobacterium-mediated transformation. Transgenic Research 6: 329-336) 및 미숙배를 이용하여 식물체로 발달시키기도 하지만 재료를 구하기가 어려운 문제점이 있다. 따라서, 아직까지 형질전환 효율이 낮고 재현성이 낮은 문제점을 안고 있으므로 보다 효율적이고 안정적인 재분화 시스템 및 형질전환 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 콩의 재배에는 잡초 방제가 큰 문제이기 때문에 식물 생명공학 기술을 이용하여 제초제저항성 작물을 개발하려는 연구가 가장 먼저 시도되었으며 1996년에 글리포세이트(glyphosate) 제초제저항성을 나타내는 라운드업레디(Roundup Ready) 콩이 상업화된 이후 제초제저항성 콩은 2007년 전체 생산면적 91백만 헥타르중 64%에서 재배되고 있다(James C. 2008 Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2007 www.ISAAA.org). 포스피노트리신(phosphinothricin, PPT)은 바스타(basta, 바이엘크롭사이언스)의 주성분으로서 식물의 글루타민 합성을 저해시키고 그 결과 암모니아 축적으로 인한 식물체의 광합성 저해작용으로 식물체를 고사시키는 비선택성 제초제이다. 이러한 PPT 제초제 성분에 대한 저항성 유전자인 bar 유전자(bialaphos resistance gene)는 PPT를 아세틸화하여 무독화 시키는 효소인 포스피노트리신 아세틸전이효소(phosphinothricin acetyltransferase, PAT)의 유전자로서 스트렙토마이세스 하이그로스코피커스(Streptomyces hygroscopicus)로부터 클로닝 되어(Thompson CJ. et al., 1987 Characterization of the herbicide-resistance gene bar from Streptomyces hygroscopicus. EMBO 6: 2519-2523) 제초제저항성 식물체 개발에 많이 이용되고 있다. 제초제저항성, 병해충저항성 및 기능성물질을 생산하는 새로운 품종들을 개발하기에는 기존의 교잡육종만으로는 한계가 있었다. 하지만 최근 발달한 생명공학 기술은 유용유전자를 식물체에 도입하여 발현시킴으로서 목적하는 새로운 형질을 얻을 수 있으며, 전통적인 교잡육종과는 달리 식물이 본래 가지고 있던 형질은 그대로 유지하면서, 빠른 시간 내에 품종 육성이 가능하다는 장점이 있다. 지금까지 다양한 방법들이 연구되어 왔음에도 불구하고 콩 형질전환은 효율성과 재현성이 낮고 일부 품종만을 형질전환에 이용할 수 있는 문제점이 있다.