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[식량위기, 식물 세포이식] 연구원들은 꽃가루와 생존 가능한 씨앗이 부족한 담배 식물을 생산하기 위해 식물 세포의 한 구획에서 다른 구획으로 중요한 유전자를 성공적으로 전달했다. 식물 세포이식은 더 높은 작물 생산성으로 이어질 수 있다.

https://www.futurity.org/plant-cells-genome-editing-crops-2975582-2/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=plant-cells-genome-editing-crops-2975582-2

JM Kim | 기사입력 2023/09/20 [00:00]

[식량위기, 식물 세포이식] 연구원들은 꽃가루와 생존 가능한 씨앗이 부족한 담배 식물을 생산하기 위해 식물 세포의 한 구획에서 다른 구획으로 중요한 유전자를 성공적으로 전달했다. 식물 세포이식은 더 높은 작물 생산성으로 이어질 수 있다.

https://www.futurity.org/plant-cells-genome-editing-crops-2975582-2/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=plant-cells-genome-editing-crops-2975582-2

JM Kim | 입력 : 2023/09/20 [00:00]

이 발견은 작물 생산성을 극대화하기 위해 잡종 종자를 생산하는 더 나은 방법으로 이어질 수 있으며, 라즈베리, 블랙베리 또는 머스캐딘 포도와 같이 흔히 원하는 특성이 부족한 과일 종에 무종자를 도입하는 방법으로 이어질 수 있다.

 

연구진은 세포의 에너지 생산 부분인 미토콘드리아에서 연구를 시작했다. 식물에서 미토콘드리아 게놈 내의 이상은 세포질 웅성 불임(CMS)으로 알려진 특성인 꽃가루를 만들 수 없는 것과 관련될 수 있다.

 

연구원들은 많은 중요한 작물에서 수확량이 많은 잡종 종자를 생산하기 위해 이 특성을 성공적으로 활용했다. 그러나 상업적 규모의 잡종 종자 생산을 촉진할 만큼 충분히 견고한 자연 발생 CMS 기반 시스템은 제한적이다.

 

개념 증명 연구에서 연구자들은 식물 연구에서 일반적으로 사용되는 모델 종인 담배에서 CMS 특성이 생성될 수 있는지 여부를 테스트하기 위한 독특한 전략을 전개했다. 그들은 처음에 atp1이라는 필수 미토콘드리아 유전자를 가져와서 프로모터로 알려진 요소의 조절 통제 하에 놓은 후 이를 핵으로 옮겼다. 그들은 전달된 atp1 유전자가 꽃가루 생산을 담당하는 세포를 제외한 식물의 모든 세포에서 발현되도록 할 것이라고 예측했다. 그런 다음 연구자들은 게놈 편집 도구를 사용하여 미토콘드리아에서 천연 atp1 유전자를 영구적으로 제거했다. 그들의 접근 방식은 성공적이었다.

 

노스캐롤라이나 주립대학 작물과학 교수이자 Frontiers in Plant Science 논문의 교신 저자인 랄프듀이(Ralph Dewey) "결과는 우리의 기대를 뛰어넘었다"고 말했다.

“식물은 꽃이 피기 시작할 때까지 완전히 정상적으로 보였지만, 전달된 atp1 유전자가 더 이상 발현되지 않아 꽃가루를 생산하지 못했다. 중요한 것은 원래 atp1 유전자가 미토콘드리아 게놈에서 삭제되었기 때문에 이 특성이 모계로 유전될 것이며 이는 대규모 잡종 종자 생산에 중요한 고려 사항이다.”

 

이 기술의 희생자는 꽃가루뿐만이 아니었다. 이웃 일반 식물의 꽃가루를 사용하여 교차 수정을 했을 때, 담배 식물은 예기치 않게 수박이나 포도와 같은 인기 있는 "씨 없는" 과일에서 볼 수 있는 것과 유사한 작고 속이 빈 씨앗을 생산했다.

"그 이유는 우리가 선택한 프로모터가 꽃가루 형성 과정뿐만 아니라 초기 종자 개발 과정에서도 발현에 실패했기 때문이다."고 듀이는 말한다.

 

듀이는 그의 팀이 이제 이러한 결과를 분리하여 연구자들이 동시에 두 가지를 모두 달성하는 대신 꽃가루 불임 또는 종자 없는 특성 중 하나만 달성할 수 있도록 노력하고 있다고 말했다.

듀이는 또한 이번 연구 결과가 담배 식물에만 국한되어서는 안 된다고 강조했다. 그들의 차세대 실험에는 담배와 가까운 친척인 토마토의 씨 없는 특성을 테스트하는 것이 포함될 것이다.

 

그들은 또한 최대 수확량을 달성하기 위해 잡종 종자 생산이 중요한 작물에서 시스템의 효능을 테스트하기 위해 쌀과 같은 곡물에서 새로운 CMS 특성을 테스트할 것이다.

“시스템이 작동하는 방식을 알면 이 기술을 다른 식물 종에 효과적으로 이전할 수 없다고 믿을 이유가 없다.”고 그는 말한다.

출처: NC State

 
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