16.16: 유전자 변형 식물

형질전환(transgenesis)이라고 하는 재조합 DNA 기술은 종종 유기체에서 외부 유전자를 추가하거나 해로운 유전자를 제거하는 데 사용됩니다. 이러한 유전자 변형 유기체를 형질전환 유기체라고 합니다.

최초의 형질전환 식물은 1983년에 개발된 담배 식물로 담배 모자이크 바이러스에 대한 내성을 보였습니다. 그 이후로 작물 식물의 농업, 관상용 및 원예 가치를 향상시키기 위해 많은 형질 전환 식물이 개발되고 상업화되었습니다. 형질전환 식물은 경제적으로 중요한 대사 산물 또는 단백질을 생산하기 위한 생물 반응기로 사용할 수도 있습니다.

유전자를 식물로 옮기는 물리적 방법

전기천공법(electroporation)과 미세발사체 충격(microprojectile bombardment)과 같은 많은 방법들을 사용하여 외래 유전자를 식물 원형질체(protoplast)로 전달할 수 있습니다. electroporation 동안 장치는 protoplast 현탁액에 고전압 펄스를 전달합니다. 이것은 원형질체의 투과성을 증가시켜 외래 DNA가 세포에 들어가 식물 게놈에 통합될 수 있도록 합니다.

대조적으로, 미세발사체 폭격 또는 생물학적 방법 중에는 텅스텐 또는 금으로 만들어진 구형 입자(미세발사체)가 관심 유전자를 운반하는 플라스미드로 코팅됩니다. 그런 다음 코팅된 입자는 입자 건이라는 도구를 사용하여 300-600m/s로 가속됩니다. 이 기기는 고압 헬륨 가스를 사용하여 플라스미드 코팅 입자가 식물 세포벽을 관통하는 데 도움이 되는 추진력을 제공합니다. 일단 세포 안으로 들어가면, 관심 유전자는 식물 게놈에 통합됩니다. 이 방법은 DNA를 캘러스 배양액, 분열 조직, 미성숙 배아, 식물 세포 현탁액 등에 도입하는 데 사용할 수 있습니다.

형질전환 식물의 응용

재조합 DNA 기술은 병충해 및 바이러스 저항성 식물 개발에 널리 사용됩니다. 이 기술은 또한 씨앗의 지질, 전분 및 단백질 함량을 수정하는 데 도움이 됩니다.

예를 들어, 황금쌀은 영양가가 향상된 유전자 변형 벼 식물입니다. 이 유전자 변형 품종의 쌀은 비타민 A의 전구체인 β카로틴을 생성하여 황금색을 띱니다. 효소를 암호화하는 3개의 유전자(phytoene synthase, phytoene desaturase 및 lycopene β-cyclase)를 운반하는 재조합 DNA가 표적 쌀 배아의 게놈에 삽입되는 Agrobacterium 매개 DNA 형질전환에 의해 생성됩니다. 그런 다음 배아는 β카로틴을 생산하는 식물로 발달합니다. 황금쌀은 개발도상국의 비타민 A 결핍을 해결하기 위해 개발되었습니다.

Bt 면화와 같은 일부 다른 형질전환 식물은 토양에서 발견되는 그람 양성 박테리아인 박테리아 Bacillus thuringiensis에서 분리된 유전자를 삽입하여 변형되었습니다. 이러한 형질전환 식물은 해로운 곤충을 죽이는 결정 또는 “울음” 단백질을 생성하여 식물 곤충을 저항력으로 만듭니다.