최근 lignin 생합성에 관여하는 유전자들 중 현재 목초의 건물소화율을 증가시키기 위해 생명공학 기술을 사용하여 lignin 생합성 유전자의 발현을 down-regulation시키고, 비선택성 제초제인 근사미와 Basta에 대해 동시에 저항성을 가지는 형질전환체를 개발하여 두 가지 제초제를 동시에 처리할 수 있는 톨 페스큐를 구축하여 소화율을 높인 형질전환 목초를 개량하고 있다. 건물소화율은 식물체의 노화 및 숙기가 진행됨에 따라 \( 10 \% \) 이상 감소하고 lignin 생합성에 관여하는 유전자의 발현을 감소시키기 위하여 목초의 사료가치를 개선시키는 것이다.
<p>또한, 더욱 효율적인 잡초방제를 위해 이용하고자 현재 포장에서 가장 많이 이용되고 있는 비선택성 제초제인 근사미 (Glyphosate)와 Basta (glufosinate)에 대해 동시에 저항성을 가지는 형질전환체를 개발하고자, glyphosate 저항성 유전자인 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) 와 BastaⓇ 저항성 유전자인 bar 유전자가 동시에 도입된 벡터를 구축한 후, 톨 페스큐에 도입한 결과 두 가지 제초제를 동시에 처리했을 때에도 높은 저항성을 나타내었다 (김 등. 2008; Fig. 5).</p> <h2>소화율을 높인 형질전환 톨 페스큐</h2> <p>지금까지 목초와 사료작물에 있어서 사료품질을 개선시키기 위한 연구는 자연 돌연변이체를 이용한 전통적인 육종방법에 의해 진행되어져 왔다. 현재는 생명공학 기술의 발달로 인해 목초의 품질개선에 관한 새로운 육종 방법이 가능하게 되었다. 즉 조사료 품질에 있어서 가장 큰 제한인자인 낮은 소화율의 요인인 식물세포벽의 lignin 성분을 감소시키기 위하여 lignin 생합성에 관여하는 유전자의 발현을 down-regulation시킴으로서 목초의 사료가치를 개선시키는 것이다. 이러한 접근법은 제지산업 분야에서 일찍이 펄프의 수율을 높이기 위해 사용되었었으며, 목본류에서는 상당한 성공사례가 보고된 바 있다.</p> <p>가축들 중에서 초식동물, 특히 반추위를 가지는 소와 같은 반추동물들에 있어서 목초나 사료작물의 반추위 내에서의 건물소화율은 식물체의 노화 및 숙기가 진행됨에 따라 \( 10 \% \) 이상 감소한다 (Stone 1994). 이러한 건물소화율의 저하는 여름철 목초의 사료 영양적 가치를 현저히 저하시키는 주된 요인이 되고 있다. 지금까지 목초 및 사료작물의 건물소화율을 증가시켜 영양가치를 향상시키기 위한 연구가 한우 및 낙농산업에 있어서 가장 중요한 육종목표 중의 하나로 추진되어 왔다 (Smith et al. 1997). 그러나 목초의 건물소화율에 관여하는 유전자들의 유전력이 낮을 뿐만 아니라, 많은 수의 유전자가 관여하고 있음으로 인해 교잡에 의한 전통적인 육종방법으로는 개량하는데 장기간이 소요되어져 왔다 (Baucher et al. 1998).</p> <p>목초에 있어서 숙기가 진행됨에 따라 소화율을 저하시키는 가장 주된 요인 중의 하나는 목초의 생육과정에 있어서 숙기가 진행되는 동안 세포벽 lignin 함량이 증가됨으로 인한 목질화 (lignification) 때문으로 알려져 있다 (Buxton et al. 1988). 식물 세포벽의 목질화 반응은 lignin과 lignin 전구체인 monolignols의 생합성 과정의 복잡한 대사경로를 통하여 조절 합성되며 (Dixon et al. 1996), 아직도 그 경로가 완전히 밝혀지지 않은 상태이다. 지금까지 밝혀진 바에 의하면 식물에 있어서 lignin은 coniferyl alcohol에서 유래한 guaicyl lignin (G-unit), sinapyl alcohol에서 유래한 syringyl lignin (S-unit), 및 p-coumaryl alcohol로부터 유래된 p-hydroxyphenyl lignin (H-unit)으로 구성되어 있다. 식물의 세포벽 구성 성분 증 조섬유 성분은 직접 분해하지 못하고 반추위 내의 미생물에 의해 분해되어져 부분적으로 소화가 가능하다. 그러나 lignin 성분은 소화가 전혀 불가능할뿐만 아니라, 단백질, cellulose, hemicellulose등의 세포벽 성분들의 소화작용을 방해한다. 따라서 lignin 함량이 많은 목초는 소화율을 감소시키고, 건물섭취량을 감소시킴으로서 결과적으로 가축의 생산성을 감소시키는 결과를 초래한다. 그러므로 목초의 lignin 함량을 저하시키면 소화율을 향상시킬 수 있을 것이다. 최근 lignin 생합성에 관여하는 유전자들 중 caffeic acid 3-0-methyltransferase (COMT) 유전자 (Chen et al. 2004)와 cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) 유전자 (Chen et al. 2003)를 RNAi로 down regulation 시킨 형질전환 톨 페스큐가 개발된 바 있으며, 이들의 실용적 활용 가능성을 제시한 바 있다.</p>