< 목 차 >
1. 밭작물 개량기술의 변화
2. 밭작물의 조직배양기술 응용
3. 형질전환 기술에 의한 밭작물 개량
4. 생명공학 밭작물의 재배 현황
1. 밭작물 개량기술의 변화
1) 전통적 육종방법 : 재래종 선발육종
- 작물개량기술 - 현재 재배 및 판매되는 작물 품종들의 특성들
을 개량하여 이용 가치와 소비자의 선호도를 높이기 위해 유전
자형을 인위적으로 바꾸는 기술
- 20C 이전 - 단순히 식물의 외형구조와 환경반응으로 나타내는
표현형을 대상으로 의식적ㆍ무의식적인 선발
- 멘델의 유전법칙(1900년) 재발견 : 현대적ㆍ과학적 작물개량
- 일대교잡종 육종방법(1940년) - 잡종강세이용
- 신품종개발ㆍ종자보존ㆍ생산량증대에 기여했음
1) 전통적 육종방법 : 교배육종과 돌연변이 육종
: 1970년대 후반부터 생명 공학적 육종방법이 도입되었다.
- 생명 공학적 육종방법(일명 유전공학적 육종방법)이 개발되어 급속히 발전
- 이 때에 약배양 기술이 식물육종에 접목되어 반수체 육종기술이 발전
- 자식성 작물의 이형접합체의 조기 획득ㆍ교배육종의 시간을 크게 단축시켰다.
- 조직배양에 의한 기내 무병주 생산기술도 실용화되어영양번식작물의 품종개량에
이용되고 있다
2) 분자표지 이용 육종법
전통 육종과 분자표시 이용 육종의 차이점
| 항 목 | 전통 육종 | 분자표지 이용 육종 |
| 특성 검정 | 외형적 특성 관찰 재해환경 조성하여 직접 검정 성분과 효소 분석 |
분자마커 개발하여 활용 정밀 유전자지도 이용 목표특성 연관 분자표지 이용 |
| 선발 | 관찰, 분석, 인위검정 결과 이용 | 실내에서 분자마커 분석 결과 이용 |
| 장점 | 별도 표지(marker) 개발 불필요 형질에 따라서는 간편하고 효율적 |
특성검정이 간편하고 효율적 관련 특성 정확한 선발 가능 |
| 단점 | 유전자 발현의 변이로 선발의 비효율성 형질에 따라 검정법 복잡, 고비용 |
목표형질별 분자마커 개발의 어려움 유용 마커 개발에 많은 기간 소요 |
3_ 형질전환 육종법
: 1980년대 이후 유전자 형질전환기술이 개발되고 있다.
-분자생물학의 발전에 힘입어 1980년대부터 형질전환 기술이 개발되었다.
-형질전환기술 : 식물, 동물 또는 미생물의 특정유전자를 대상작물에 도입시켜 그
유전자가 발현하도록 작물을 형질 전환시킨 것
-식량문제를 해결하는데 어떠한 방식으로든 크게 기여할 것으로 예상된다.
2. 밭작물의 조직배양기술 응용
1) 조직배양기술 응용
조직배양은 식물체의 한 부분을 떼어내어 이를 무균
조건의 배지에서 키워 새로운 개체를 만들어가는 과정이다.
<조직배양을 하는 목적>
① 번식이 어려운 식물의 기내 영양번식
② 상업적 목적의 기내 대량생산
③ 무병 식물체의 생산
④ 퇴화되는 배나 배주의 배양
⑤ 반수체 식물의 생산
⑥ 유전자조작 식물체 분화
⑦ 기내배양 변이체 선발
⑧ 유전자원의 보존 등이 있다.
* 감자와 고구마의 유전자원 보존
* 소형 씨감자의 대량생산
* 무병주 식물체 획득
- 식물체에 침입한 병균은 점차 식물체 전체로 번져나가며 최종적으로는 식물체를 죽게 만든다.
- 적어도 식물체가 자라는 동안에는 생장점또는 분열조직의 끝 부분에는 병균이
도달하지 못하는 경우가 많으므로, 이를 떼어내어 배양하면 무병의 개체를 얻을 수 있다.
* 약(葯)배양
- 정상적인 식물체의 염색체에 비해 생식세포(꽃가루나 배낭의 핵)의 염색체는 그 절반이다.
- 이렇게 염색체수가 절반인 개체를 반수체라 한다.
- 반수체 식물을 만들기 위해서 배우체를 배양 하는데, 주로 꽃밥이나 꽃가루를
배양하는 기술이 응용되고 있다.
* 배배양과 배주배양
-배(胚)배양 - 수정된 어린 씨앗의 배를 떼어내어 배양하는 기술로서 수정 후 초기 발생과정을 관찰하거나 씨앗의 형성과정을 관찰하는데 유용
- 배주(胚珠)배양 - 종간 혹은 속간교잡 후 수정은 되었으나 종자 발달 초기에 배주조직이
붕괴되면서 배가 퇴화되어 잡종종자를 얻기 어려운 경우 이용.
1) 조직배양기술 응용 (생명작물의 개발역사)
-1983년 항생제 카나마이신 저항성 담배 및 페튜니아를 최초로 육성하면서 시작
-1986년 벨기에에 이어 미국과 프랑스에서 제초제저항성 담배의 포장실험 실시, 목화(1987년), 콩과 벼(1988년), 옥수수
(1990년), 밀(1992년)등이 차례로 형질 전환
-1994년 연화지연 토마토 플라브르-사브르(Flavr Savr™)가 미국 calgene에 의해 처음으로 상품화
- 1995년 몬산토의 제초제저항성 콩 라운드업 레디(Roundup Ready™), 해충저항성 옥수수 일드가드
(YieldGard), 해충저항성 목화 볼가드(Bollgard) 상품화
- 1996년부터 대규모 상업적 재배가 실시
- 2000년 포트리쿠스(Potrykus)에 의해비타민A가 강화된 황금쌀(Golden Rice) 개발
1) 조직배양기술 응용 (형질전환 육종 4단계)
제1단계 원하는 유전자의 분리 및 클로닝
제2단계 재조합 DNA작성 및 식물세포 도입
제3단계 식물체 재분화 및 형질전환 식물 선발
제4단계 형질전환식물의 특성평가 및 신품종 결정
1) 조직배양기술 응용 (유전자조작기술)
- 유전자조작에는 제한효소와 연결효소 그리고 벡터가 필요하다.
- 유전자조작기술은 유용물질생산ㆍ동식물의 형질개량ㆍ유전병치료 등에 기여한다.
- 유전자조작기술 중에는 각종 재해에 저항성인 유전자를 찾아 이를 원하는 작물에 도입하는 기술이 가장
많이 이용된다.
- 내충성, 제초제저항성, 내병성, 바이러스저항성, 환경스트레스저항성.
1) 조직배양기술 응용 (박테리아의 세 가지 DNA 이동방법)
: 박테리아가 한 세포에서 다른 세포로 유전자를 전달하는 방법
에는 형질전환(transformation), 형질도입(transduction), 접합(conjugation) 등의 방법이 있다.
형질전환 : 외부의 유전자가 들어와 세균의 성질이 변환되는 현상
형질도입 : 파지에 의해 하나의 숙주 DNA가 다른 숙주로 이동되는 현상
접 합 : 세균과 세균 사이에서 유전자가 교환되는 현상
1) 조직배양기술 응용 (유전자조작)
- 유전자조작에는 DNA를 자르는 제한효소와 끊어진 DNA를 다시 이어주는 연결효소가 필요하다.
- 재조합 DNA를 만들어 숙주세포로 운반할 벡터(Vector)가 있어야 한다.
- 제한효소 - 가위의 역할
- 연결효소 - 풀(접착제)의 역할을 한다.
3. 형질전환 기술에 의한 밭작물 개량
1) 제초제저항성 유전자전환 작물
-제초제 저항성 품종육성의 성과로 유전자조작 콩 – 라운드업 저항성콩 육성
-제초제 가운데 ‘라운드업(Roundup™)'은 비선택성 제초제로서, 이 제초제를 치면 모든 식물은 다 죽게 된다.
-이 제초제에 대하여 저항성을 가진 유전자들이 야생의 페튜니아, 대장균, 토양 박테리아인 아그로박테리움(Agrobacterium) 등에서 발견되었다.
2 해충저항성(내충성) 유전자전환 작물
-박테리아의 한 종인 토양세균 Bacillus thuringiensis(Bt) 곤충들을 죽일
수 있는 독소 단백질을 생산하여 오래 전부터 이를 생물농약으로 이용해
왔으며, 지금까지 세계적으로 34개의 계통이 알려져 있다.
-이들 균들은 약효가 강하고, 오래가며, 가축이나 사람에 비교적 안전하여, 공해 유발이 적다.
4. 생명공학 밭작물의 재배 현황
1) 세계적인 생명공학 밭작물 재배 현황
세계 주요 생명공학작물 재배국가 및 재배면적(James, 2015)
| 국가 | 재배면적 (백만ha) | 재배 생명공학 작물 |
| 미국 | 70.9 | 옥수수, 콩, 감자, 유채 등 9작물 |
| 브라질 | 44.2 | 콩, 옥수수, 목화 |
| 아르헨티나 | 24.5 | 콩, 옥수수, 목화 |
| 인도 | 11.6 | 목화 |
| 캐나다 | 11.0 | 옥수수, 콩, 유채, 사탕무 |
| 중국 | 3.7 | 목화, 파파야, 포플라 |
| 파라과이 | 3.6 | 콩, 옥수수, 목화 |
| 파키스탄 | 2.9 | 목화 |
| 남아프리카공화국 | 2.3 | 옥수수, 콩, 목화 |
| 우루과이 | 1.4 | 콩, 옥수수 |
| 볼리비아 | 1.1 | 콩 |
| 필리핀 | 0.7 | 옥수수 |
| 오스트레일리아 | 0.7 | 목화, 유채 |
2) 생명공학 밭작물의 문제점과 전망
유전자변형 농작물이 인체와 환경에 미치는 영향을 우려하고 있다.
- 대부분의 선진국들은 생명공학 작물의 특허신청이나 품종등록을
하기 위해서는 이러한 다양한 생물들을 대상으로 사전 실험을 거쳐
안전하다는 평가가 나와야 가능하도록 법제화 및 제도화되어 있다.
- 환경에 미치는 영향의 중심에는 유사 종으로의 유전자 전이 우려가 있다. - 재배 지역의 야생종
분포나 생태형 등을 면밀히 검토하여 생물이나 생태계 환경영향 평가를 실시할 필요는 있다.
: 생명공학 작물은 1996년부터 상업적으로 재배되기 시작하였으며
2015년에는 1억7천970만ha로 증가
- 새로운 유전자 발굴과 우수 생명공학 밭작물의 품종개발 가능성은
크며 각종 내병성, 성분함량 개선 등의 형질들을 관행육종과 더불어
형질전환의 효율적인 방법을 통하여 우수한 밭작물들을 지속적으로 개량하고 발전시켜나갈 것으로 전망된다.
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