엽록체의 유전자 발현수준은 프로모터, 5'UTR, 3' 조절부위 등의 조절 요소에 의해 결정된다. 엽록체 형질전환 벡터의 중요한 요소로는 5'-UTR 부분의 ribosomal binding site가 포함된다. 고발현 단백질 축적을 위해서는 강력한 프로모터가 필요하며, 엽록체 게놈에 rRNA 오페론을 변형시킨 Prrn 프로모터 및 \( \mathrm { psbA } \) TpsbA가 5-UTR과 3'-UTR 부위로 많이 쓰인다. 또한, 농업적 형질을 지닌 유전자가 엽록체 게놈에 적용되었다.
<p>엽록체에서 유전자 발현수준을 결정짓는 필수적인 요건은 프로모터, 5'UTR (untranslated region) 조절 부위 (Gruissem and Tonkyn 1993), 터미네이터가 포함된 3' 조절부위 (Maliga 2004)이며, ribosomal binding site (RBS)가 포함된 5'-UTR 부분 또한 엽록체 형질전환 벡터의 증요한 요소이다 (Eibl et al. 1999). 고발현 단백질의 축적을 위해 서는 강력한 프로모터가 요구되는데, 엽록체 게놈내의 rRNA 오페론 (rm) 프로모터를 변형시킨 Prrn 프로모터를 가장 널리 사용하며 5-UTR과 3'-UTR 부위로는 \( \mathrm { psbA } \) TpsbA가 널리 사용되고 있다 (Fernandez-San Millan et al. 2003; Watson et al. 2004; Kittiwongwattana et al. 2007).</p> <h2>농업적 형질을 도입한 엽록체 형질전환 작물개발</h2> <p>곤충, 병 저항성, 내건성, 내염성, phytoremediation 및 세포질 웅성불임과 같은 농업적 형질을 가진 유전자들이 엽록체 게놈에 도입되었다 (표 1, Verma et al. 2008). 1995년 담배 엽록체에 Bacillus thuringiensis(Bt) 독소 유전자 Cry1Ac 를 도입하여 총 수용성 단백질의 \( 3-5 \% \) 수준까지 발현 (McBride et al. 1995) 시킨 이래, 오페론 형태의 Cry2Aa2 유전 자를 담배 엽록체 게놈에 도입한 형질전환체의 단백질 발현량은 총 수용성 단백질의 \( 46.1 \% \) 까지 축적 (De Cosa et al. 2001) 되었으며, 이 단백질은 엽록체내에서 단백질 결정체를 형성하였다. 이 Bt 독소 단백질이 발현된 담배 식물체 잎을 담배, 목화, 비트의 유층에게 먹인 결과, \( 100 \% \) 로 강력한 살충 효과를 나타냈다 (De Cosa et al. 2001). 또한, 항균 펩타이드 MSI-99를 담배 엽록체에 발현시킨 경우 병원균 Pseudomonas syringae pv. tabaci와 3종류의 곰팡이 Aspergillus flavus, Fusarium moniliforme, Verticillium dahliae 에 대해 88 \( 96 \% \) 저해 효과를 나타냈다 (DeGray et al. 2001). 이외에도 스트레스 조건에서 축적되는 트레할로스 유전자 TPS1 도입 담배 엽록체 형질전환 식물체는 핵형질전환체에 비해 \( 15-25 \) 배 트레할로스를 축적하였음에도 핵 형질전환체에서 나타나는 생장 저해, 불임과 같은 다면발현성 (pleiotropic) 효과 없이 겅상적인 생육과 건조내성을 보여주었다 (Lee et al. 2003). 한편, BADH (betaine aldehyde dehydrogenase) 유전자가 도입된 당근 엽록체 형질전환 식물체는 내염성을 나타냈고 (Kumar et al. 2004), 그 외 glyposate 제초게 저항성 (Daniell et al. 1998; Iamtham and Day 2000), 중금속 내성 (Ruiz et al. 2003), 세포질 웅성불임 (Ruiz and Daniell 2005) 을 보이는 담배 엽록체 형질전환체가 개발되기도 하였다.</p>