Case Studies Using CRISPR/Cas-mediated Tomato Genome Editing
저자
Dibyajyoti Pramanik ; Mil Thi Tran ; Rahul Mahadev Shelake ; Duong Thi Hai Doan ; Jihae Kim ; Jiyeon Park ; Mi Jung Kim ; Young Jong Song ; Yeon Woo Sung ; Swati Das ; Geon Hui Son ; Sang Hee Kim ; Tien Van Vu ; Indeok Hwang ; Younghoon Park ; Jae-Yean Kim
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학술지명
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발행연도
2021
작성언어
English
등재정보
3903
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
43-43(1쪽)
제공처
증가하는 지구촌 인류의 식량 수요를 충당하고 지속 가능한 식량 생산을 위해 환경스트레스 저항성 작물의 개발은 어느 때보다 절실한 상황이다. 최근에 새롭게 등장한 신육종 기술의 하나인 CRISPR/Cas 기반 유전자교정은 기존 1,2세대 유전자교정 기술에 비해 용이하면서도 효율적이어서 혁신적인 기술로 평가받으며 미생물, 동물 및 식물 등 다양한 생명체의 유전자교정에 폭넓게 활용되고 있다. 특히 작물 육종에서 CRISPR/Cas 기반 유전자교정 기술은 기존 GMO가 최종산물에 외부유전자를 포함하고 있어 소비자들의 외면을 받았던 것과 달리 최종산물에 어떠한 외부유전자도 포함되어 있지 않아 보다 사회적인 수용이 용이할 것으로 보인다. 본 경상국립대학교 작물유전체교정연구실은 CRISPR/Cas 시스템을 이용한 다양한 작물육종 기술을 개발하고 있으며 또한 환경스트레스 저항성을 유도하기 위해 CRISPR/Cas를 활용하고 있다. 식물 병원체, 주로 박테리아, 곰팡이 및 바이러스는 매년 상당한 경제적 손실을 초래한다. 식물 병원체는 감수성(S-유전자) 인자와 상호작용을 통해 식물 면역을 통제하고 병원체 개체군을 증가시켜 결국 질병 발병으로 진행한다. 그럼으로 병저항성을 유도하는 전략의 하나는 S-유전자의 기능을 억제하거나 유전자 자체를 불활성화 함으로써 병발생에 필요한 식물-병원체 상호작용을 제한하여 안정적인 병저항성을 제공하는 것이다. 토마토(Solanum lycopersicum)는 전 세계적으로 소비되는 주요 채소 작물 중 하나로 토마토 황색 잎 말림 바이러스(TYLCV)와 Oidium sp. 곰팡이는 토마토 황화잎말림병과 흰가루병을 일으키는 주요 병원체이다. 토마토는 단백질 합성 동안 리보솜 재활용에 중요한 역할을 하는 메신저 RNA 감시 인자인 PELO를 인코딩하는 TYLCV에 대한 S-유전자인 Ty-5(SlPelo)를 가지고 있습니다. 반면에, 곰팡이 저항성 유전자좌 SlMlo1은 곰팡이 증식에 필수적인 막단백질 MLO1 S-유전자를 코딩한다. 우리는 CRISPR/Cas9 시스템을 활용하여 병원균에 대한 숙주 매개 면역을 부여하기 위해 엘리트 한국 토마토 품종인 BN-86의 SlPelo 및 SlMlo1 녹아웃 돌연변이를 만들었고 유전자교정라인의 병저항성이 분석하였다. SlPelo 돌연변이 계통은 TYLCV 구성 요소의 축적 감소와 접종되지 않은 식물 부분으로의 전신 바이러스 이동을 제한했다. 또한 SlMlo1 녹아웃 라인은 곰팡이 O. neolycopersici이 유발하는 흰가루병에 대한 완전한 저항성을 나타내었다. 또한 우리는 다중 비생물학적인 스트레스 저항성을 나타내는 후보로 토마토 HyPRP유전자를 교정하였다. 이때는 완전한 돌연변이를 만드는 것 외에도 HyPRP의 N-말단 또는 C-말단 도메인만을 선택적으로 제거하는 방법이 사용되었으며 다양한 도메인 삭제변이와 녹아웃 라인을 확보할 수 있었다. 결론적으로 CRISPR/Cas9 기반 유전자교정은 매우 효율적인 신육종의 도구로 다양한 생물학적 또는 비생물학적 스트레스 저항성 작물생산에 매우 효과적임을 보였다.
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