야생식물이 생산하는 특이지방산은 불균일한 개화기와 낮은 수량, 독소단백질 및 알러지 유발 단백질의 존재로 품종화가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 유전자 재조합과 형질전환 기술을 통해 유채 등의 유지작물에서 특이지방산을 야생식물 수준으로 생산하게 하는 연구가 이루어지고 있다. 특히 FAD2효소 계열 중에서 발견된 피마자의 oleate \( \Delta 12 \)-hydroxylase (FAH12)이 이 과정에서 중요한 역할을 한다. FAH12과 다른 FAD2 진화형들의 아미노산 서열을 비교, 돌연변이시킨 결과 각각 다른 기능을 가진 효소를 얻을 수 있음이 밝혀졌다.
<p>한 지방산들처럼 산업적 원료로의 적당한 탄소수, 적절한 위치의 이중결합과 기능기를 가지고 있기 때문이다. 그러나 특이지방산을 생산하는 야생식물은 불균일한 개화기와 낮은 수량, 종자내의 독소단백질 및 알러지 유발 단백질의 다량 존재 등으로 인해 품종화에 어려움이 있다. 특이 지방산을 합성하는 유전자를 이용한 유전자 재조합과 형질전환기술을 이용하여 유채 등의 유지작물의 종자에서 특이지방산을 야생식물 자체가 생산하는 수준으로 생산할 수 있다면 석유 화학 원료를 대체할 수 있는 친환경적 산업원료를 지속적으로 생산하는 수단이 될 수 있을 것이다.</p> <h2>산업 특이지방산 합성 유전자</h2> <p>현재까지 다수의 특이지방산 합성 유전자들이 야생식물에서 클로닝되고 기능이 확인되었다. 캘리포니아만 월계수 (Cal-ifornia bay)의 종자에서 발견된 지방산 중합반응 정지 효소인 acyl -ACP thioesterase는 일반작물에서 합성되지 않는 라우르산의 합성에 관여한다. 일반적인 acyl-ACP thioesterase는 식물의 엽록체에서 16:0-ACP를 팔미트산 (C16:0)으로 만드는 FATB와 18:1-ACP를 올레산 (C18:1)으로 만드는 FATA 두 종류가 존재하는데, 캘리포니아만 월계수의 acyl-ACP thioesterase는 진화형 (divergent form)으로서 쿠페아 등 몇몇 종에서는 10:0-ACP 또는 14:0-ACP에 기질특이성을 보이는 thioesterase가 발견된다. 이들 효소의 기작에 의해 탄소수가 10-14개인 중쇄지방산이 세포질로 방출하여 종자에서 축적되게 된다. 특이지방산 합성효소의 유전자중 가 장 진화형이 많고 기능적으로 다양한 대표적인 효소군은 FAD2효소 계열이다. FAD는 올레산의 12 13번째 탄소 사이에 cis-이중결합 형성을 촉매하여 리놀레산을 만들어낸다. FAD2 진화형 중 최초로 밝혀졌고 가장 대표적인 특이지방산 합성유전자는 피마자 종자에서 발견된 oleate \( \Delta 12 \)-hydroxylase (FAH12)이다. 이 효소는 FAD2와는 달리 올레산의 12번째 탄소에 이중결합 대신 hydroxy (-OH)기를 도입하도록 촉매하여 리시놀레산 (ricinoleic acid)을 만들어낸다. 이 외에도 올레산의 12번과 13번 탄소 사이에 각각 epoxy기의 전달과 삼중결합을 각각 촉매하는 epoxygenase와 acetylenase, 탄소3개 간격으로 존재 하는 이중결합 대신 2개 간격으로 존재하는 공액이중결합 (Conjugated double bond)을 형성케 하는 conjugase등이 발견되었다. 이러한 다양한 FAD2 진화형 인 효소는 기존 FAD2와 매우 유사하다. 진화형이 매우 다양하나 그 기질은 PC의 sn-2위치에 결합한 올레산으로 동일하며 몇몇의 예외를 제외하고는 모두 12번 탄소 위치에서 결합의 변형이나 기 능기의 전달을 촉매하며 ER에 존재하는 membrane에 결합한 효소 라는 공통점이 있다. 그리고 이들 FAD2 진화형인 효소들의 아미노 산 서열도 매우 유사하다. 예컨대, 애기장대의 FAD2와 피마자의 FAH12 간에 아미노산 서열은 \(66 \% \)일치하고 \(80 \% \)유사하며 피마자 내에서도 FAD2와 FAH12 간에는 아미노산 서열이 \(73 \% \)일치하고 \(85 \% \)유사하다. 그래서 이들 FAD2진화형들의 아미노산 서열을 모 두 비교하여 FAH12만이 특이적으로 다른 부분들을 찾아내었고 이 부분들을 FAD2의 서열에 맞게 돌연변이시킨 결과FAD2 처럼 desaturation 기능을 갖게 되었고 그 부분에 해당하는 FAD2서열을 FAH12에 맞게 돌연변이시켰을 때에는 FAH12처럼 hydroxylation 기능을 갖는다는 것을 알아내었다.</p>