쌍떡잎식물 유전체 교정에 새로운 ‘프라임 에디팅’ 기술 개발
▸경상국립대학교 김재연 교수 공동연구팀
▸차세대 작물유전자교정기술의 획기적 도약
▸국제학술지 《네이처 플랜트(Nature Plants)》에 논문 발표
□ 쌍떡잎식물의 유전체를 정밀하게 교정하는 새로운 ‘프라임 에디팅’ 기술이 개발됐다. 경상국립대학교(GNU·총장 권진회) 응용생명과학부 김재연 교수(㈜눌라바이오 대표) 공동연구팀이 개발한 이 기술이 인류 식단에 영양 가치를 더하는 쌍떡잎식물의 육종에 새로운 장을 열 것으로 기대를 모으고 있다.
□ 2020년 노벨화학상을 받은 유전자가위 기술은 유전병을 치료하는 것뿐만 아니라 작물 육종의 신기술로 사용된다. 초기 유전자가위 기술로부터 진화된 다양한 유전자가위 기술 중 프라임 에디팅(Prime Editing, PE) 기술은 정밀성과 다양한 변이 형성 측면에서 가장 앞선 첨단 4세대 기술로 평가되고 있으나 유용 과채류의 대다수를 차지하는 쌍떡잎식물에서 적용이 어려웠다.
□ 연구팀은 다양한 유전자가위 합성생물학 재설계를 통해 프라임 에디팅 효율을 극대화하여 토마토 및 애기장대에서 다음 세대로 유전되는 유전자교정라인을 높은 효율(최대 형질전환 3개체당 1개체의 성공 효율)로 확보했다.
□ 또한, 가까운 2개의 표적 가이드 RNA 사용은 다양한 부위에서 일관된 PE 효율을 보장하는 데 도움이 되었으며, 다중 프라임 에디팅을 사용하여 토마토의 여러 부위에서 동시에 유전자교정이 가능함을 보였다.
□ 연구팀은 이 기술을 사용하여 카로티노이드가 증진된 토마토와 제초제 저항성을 갖는 토마토를 실험적으로 개발했다. 그 외에 염색체를 절반으로 줄인 후 다시 이배체를 만들어 일시에 순계라인을 만드는 토마토 라인과 고염저항성 및 지속광 스트레스 저항성을 높이는 유전자교정 토마토 라인을 확보하여 후속 연구를 진행하고 있다.
□ 프라임 에디팅과 관련하여 2개의 국내 특허를 출원했고 PCT 및 국제특허를 통해 지적재산권을 확보할 예정이다.
□ 연구를 주도한 부 반 티엔(Vu Van Tien) 연구교수는 “이번 연구에서 쌍떡잎식물에서 프라임 에디팅 효율을 높이기 위해 다면적으로 접근한 것이 유효했다. 이제 DNA의 50여 개 염기 범위는 자유롭게 치환 및 교정하는 것이 가능해져서 기초과학에 활용은 물론이고 작물육종까지 할 수 있는 일이 많아졌다. 이제는 좀 더 긴 DNA를 자유롭게 교정할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.”라고 연구의 의의와 앞으로의 포부를 밝혔다.
□ 책임 교신저자인 김재연 교수는 “그간 혁신적인 프라임 에디팅 유전자가위 기술을 쌍떡잎작물 육종에 활용할 수 없어 안타까웠는데 이제 더 다양한 작물에서 더 많은 표적 유전자를 대상으로 육종연구개발을 수행할 수 있게 되었다.”라고 연구의 임팩트를 강조했다.
□ 이 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단 원천기술개발사업(바이오의료기술개발사업)의 지원으로 수행했다. 논문은 국제학술지 《네이처 플랜트(Nature Plants)》* 9월 6일 자에 게재됐다.
* 《네이처 플랜트(Nature Plants)》: 스프링커 네이처(Springer Nature)에서 출판하는 범용 분야 국제학술지인 《네이처(Nature)》의 자매 저널로서, 식물 분야의 기초 및 응용연구를 중심으로 발표한다.
ㅇ 내용 문의: 경상국립대 김재연 교수 055-772-1361