농업 및 축산 분야의 작물 재배, 육종 기술, 환경 제어, 생물학적 특성 및 단백질 분해 효소의 메커니즘에 관한 다양한 연구 정보 doc_id PCY_201708250428294471_2

보리는 대부분 논 이모작 작부형태로 재배가 되고 있어 습해 피해를 최소화해야 한다. 파종양식과 파종작업은 밭과 논 재배에 따라 차이가 있다. 밭에서는 산파나 골 조파를 파종하나 논 재배에서는 습해를 최소화하기 위해 주로 휴립광산파나 휴립세조파로 재배가 이루어지고 있다. 논은 수직배수가 잘되지 않으므로 논 표면에 배수골(휴립)을 만들어 준다. 배수골 간격에 따라 1.5m~2.0m 정도 되게 만들어 주며, 종자의 깊이는 3㎝ 정도가 되도록 흙덮기를 해주어야 된다. 다수확을 하기 위해서는 정밀 파종작업에 의해서 균일하게 출현시키고 입모를 고르게 하는 것이 매우 중요하다. 적습상태에서 파종하는 것이 가장 좋고, 습한 상태에서 무리하게 파종작업을 하면 기계에 의해서 토양의 구조가 파괴되고 발아불량이 되기 쉬우므로 주의한다. 작물육종은 교잡 후 분리집단 내에서 육종목표에 부합하는 표현형을 지닌 개체들을 선발하는 과정으로 숙련된 연구자와 많은 노력이 요구되는 특성검정이 필수적이다. 그러므로 특성검정에 요구되는 인력·노력의 절감뿐 아니라, 유전자형 판정에 근거한 개체선발의 객관성은 분자육종기술의 큰 장점이다. 반면에 개체선발에 분자표지만을 이용하기 위해서는 조사된 표현형과 유전자형간의 일치성이 담보되어야 한다. 이러한 정밀분자표지의 개발은 대규모 분리집단을 이용한 고밀도연관지도의 제작과 각 개체들의 표현형자료를 요구한다. 최근 공개된 벼 유전체 정보와 더불어 전장유전체분석(Re-sequencing)과 확인된 다형성(특히 SNP; single nucleotide polymorphism)을 활용하는 기술의 비약적 발전은 신속·정확한 고밀도연관지도의 제작을 가능케 하였다. 그러나 값비싼 비용과 자료 분석 시 전문연구인력에 대한 높은 의존도 등은 앞으로 해결해야 할 문제점들이다. 분자육종기술을 작물의 유전적 우수성 향상에 이용하기 위해서는 목표형질을 발현하는 공여친(Donor line)의 확보가 선행되어야 한다. 동북아 지역에서 주로 재배되는 자포니카 벼는 유전적 다양성이 협소하여 신규 유전인자들이 인디카 및 야생벼 등 저위도·아열대 생태계에서 자라는 외래 유전자원에서 확보되는 경우가 많다. 우리나라도 Bph18, xa5, Pi40 등 다수의 병해충저항성 유전자들을 외래 유전자원에서 도입하고 정밀분자표지를 개발하여 벼 품종육종사업에 적극 활용하고 있으나, 원연교잡 후대에서 유의하게 발현되는 불임과 열악형질은 최고품질 벼 품종개발의 큰 장애요인이다. 이러한 어려움은 가공·기능성 강화 및 기후변화 대응 등 새로이 부각되고 있는 육종목표를 달성하는 과정에도 지속될 것이다. 결국 우리나라와 같이 쌀의 상품성이 품질에 의해 크게 결정지어지는 여건에서 분자육종의 효율성은 정밀분자표지의 개발·활용보다 수여친(Recurrent line)의 고유한 유전적배경(Haplotype)의 신속·온전한 회복유무에 크게 지배되어 지속적인 여교잡(Backcrossing)이 요구되는 실정이다. 지상 1층(662㎡)과 지하 1층(736㎡)에 환경제어장치 모듈, 환경제어실 및 근권부 관찰실, 생장 조사실을 포함한 첨단의 이상기상연구동을 구축하였다. 환경제어장치 모듈은 최대 광량 1,500μmol/㎡/s까지 가능하며, 기온은 명기와 암기에서 각각 -5~40℃ 및 -10~35℃까지 조절이 가능한데, 정밀도를 ±0.1℃로 구현할 수 있다. 이산화탄소농도는 최대 2,000μmol/mol이고, 특히 인공 강우는 최대 강수량 50㎜/h까지 가능하며, 빗물의 온도는 5~35℃까지 조절할 수 있다. 이상기상연구동은 자연 환경 조건을 실시간으로 구현할 수 있는 첨단 연구동으로 돌발환경 조건을 그대로 재현함으로써 수확량 예측모델 등 이상기상 대응기술 개발에 크게 기여할 것으로 판단된다. 지렁이는 환형동물 빈모류이며 세계적으로 약 6,000종이 있다고 알려져 있다. 몸체는 길고 원통형이며 양 끝은 가늘다. 같은 구조를 갖는 여러 개의 몸마디로 되어 있으며 체표에는 강모가 있다. 자웅동체이며, 서로 정액을 교환하는 방법으로 번식한다. 셀룰레이스 등의 효소를 소화관 내에 분비하며, 낙엽·부식(腐植)·분(糞) 등의 부패한 생물체를 먹이로 하는 토양동물 군으로서 토양의 경운, 교반활동 등의 중요한 역할을 한다. 동애등에는 파리목으로 숲, 축사, 음식물쓰레기장 등 유기성폐기물이 야적되어 있는 장소에서 서식하며 성충 한 마리가 100~1,000개의 알을 낳는다. 유충 기간은 15~20일 정도로 성숙한 유충의 크기는 20㎜ 정도이며 가축분뇨, 음식물쓰레기 등을 섭식하며 분해한다. 먹이를 섭식하는 동안 50~60℃의 열을 발생하며 유충 섭식기간에 정보화학물질(infochemical)이라는 물질을 분비하여 타종의 파리가 번식할 수 없도록 쫓아낸다. 또한 유기물 내 세균과 곰팡이 등의 미생물을 섭식 처리하거나 항생물질 분비로 미생물 발생을 억제한다. 전용단계(번데기 전 단계)에서 안전하게 용화하기 위해 이동하는데 주로 밤에 이루어지며 100m까지도 이동한다. 칼파인은 칼슘 의존성 시스테인-단백질 분해효소로서, 단백질 분해효소의 활성을 가진 단위체1과 칼파인의 3차-접힘 구조에 관여하는 단위체2로 구성되어 있다. 한우의 칼파인은 사람과 98.2%의 서열 유사성을 가지고 있으며, 특히 단백질 분해기능을 담당하는 활성자리는 기능 모티프가 매우 잘 보존되어 있다. 또한 세포 내 칼슘이온들도 단위체1에 주로 결합을 하여 칼파인을 활성화 한다. 칼파스타틴은 칼파인의 활성구조(칼슘이 결합된 구조)만을 인지하여 억제한다. 한우 염색체 7번에 위치하는 칼파스타틴는 각각의 도메인마다 칼파인의 억제활성이 다르다(칼파인 억제활성도 높은 순서는 도메인1 > 도메인4 > 도메인3 > 도메인2이다.) 칼파인은 15개의 아형이 존재하며, 아형별로 발현되는 조직과 그 세부구조가 달라서, 활성화에 필요한 칼슘이온의 농도와 주요 기능 면에서 차이가 난다. 예를 들어 한우의 칼파인 아형1과 2는 서열유사성 62.5%를 가지며, 발현되는 조직과 분해되는 기질의 특이성에서는 차이가 없지만, 활성화되는데 필요한 칼슘이온의 농도는 10-50μM(아형1), 300-500μM(아형2)로 다르다. 칼파인 아형3은 주로 근육에 많이 발현이 되며, 과활성화되면 다발성경화증의 원인이 되기도 한다. 한우 29번 염색체에 존재하는 ‘칼파인’은 고기를 연하게 하는데 관여하는 단백질 분해효소로서 반드시 칼슘이 결합해야만 효소로서 작용을 한다. 칼슘이 결합되지 않으면 세포질에서 비활성 상태로 존재하다가, 세포 내 칼슘의 농도가 증가함에 따라 활성화되어 세포막으로 이동하여 단백질을 분해한다. 칼파인에 칼슘이 결합되면, 분해되는 단백질의 출구로 작용하는 활성자리의 양 옆에 위치한 루프(loop)들이 닫혔다가 열리는 구조적 변이가 일어나면서 칼파인은 활성화가 된다. 하지만 칼슘의 농도가 너무 높아지면, 칼파인 효소를 조절하는 ‘칼파스타틴’ 단백질의 활성이 높아져 오히려 고기의 연도를 감소시킨다. 칼파스타틴은 세포 내에 존재하는 자연적인 칼파인 억제 단백질로 4개의 도메인 서열을 이용하여 동시에 과활성화된 칼파인을 억제한다. 이에 따라 칼파스타틴이 많이 발현되면 질긴 고기를 생성하는 경향이 있다. 칼파스타틴이 칼파인을 조절할 때, 칼파스타틴도 칼파인의 활성자리에서 분해되는 기질 단백질과 유사한 서열패턴을 가지지만, 나선모양의 뒤틀림 구조를 가짐으로써 칼파인에 의해 분해되지 않도록 방어한다.