아밀로스 함량이 높은 전분은 SBE 발현 억제를 통해 아밀로펙틴 생합성에 영향을 미치며, 이와 관련된 연구는 감자를 중심으로 이루어졌다. 전분 생산량을 증가시키기 위한 전략으로는 조절효소인 AGPase 활성 증가 및 adenylate pool 증가가 있었고, 이를 통해 전분 함량을 증가시키는 방법을 탐색하였다. 또한, 아밀로스와 아밀로펙틴의 생합성은 각각 GBSSⅠ과 SS, SBE 등의 효소에 의해 이루어지며, 이들 효소의 발현을 억제하여 새로운 아밀로펙틴 전분을 합성하는 방법이 있음을 밝혔다.
<h1>전분조성 변형 형질전환 식물체</h1> <h2>아밀로스 고함유 전분</h2> <p>전분조성 변화에 관한 연구는 감자에서 많이 이루어졌다. 아밀로스 함량이 높은 전분은 식품소재로 유용하다. 또한 아밀로스 함량이 높은 전분은 영양학적으로 이점이 있는 'resistant starch'로 가공될 수 있으며 접착제나 골판지 제조에 이용된다. 이와 같은 아밀로스 함량이 높은 전분이 아밀로펙틴 생합성에 관여하는 SBE 발현을 억제시켜 감자에서 개발된 바 있다. 또한 감자에서 SBE A 유전자의 발현을 antisense로 억제시켰을 때 아밀로스 함량이 약간 증가된 전분이 만들어졌다. 그러나 SBEⅠ 과 SBEⅡ 두가지를 억제시킨 경우 아밀로스 수준이 \( 60 \% \) 이상 증가된 전분을 생성하였다. 최근에는 SBEⅡ의 single-domain 항체를 이용하여 아밀로스 함량이 증가된 전분을 만드는 보다 효과적으로 유전자 발현을 억제시키는 방법이 보고되었다 .</p> <p>SSⅡa 활성이 없어서 아밀로펙틴 합성이 감소되어 고아밀로스 함량이 높은 전분이 보리 sex6 돌연변이에서 보고되었다. 일반적으로 아밀로스 함량이 높은 전분의 아밀로펙틴은 긴 가지를 가지고 있으며 이러한 전분은 젤라틴화 되는 온도가 높다. 즉 호화온도가 높다. 그러나 SBE 활성이 억제되어 만들어진 sex6 고아밀로스 전분의 아밀로펙틴은 비교적 짧은 가지를 가지고 있으며 낮은 온도에서 젤라틴화 되었다.</p> <p>지금까지 보고된 바에 의하면 아밀로스 함량이 높은 전분을 생산하는 작물은 정상 전분을 생산하는 작물에 비해 생산량이 낮은 편이다. 따라서 전분 생산량 및 sink strength을 증가시키는 전략으로 전분 생합성에서 첫 번째로 작용하는 조절효소인 AGPase 활성을 증가시키거나 또는 adenylate pool을 증가시켜 전분 함량을 증가시키는 연구가 진행되었다. 또한 전분조성 변화 이외에 아밀로스와 아밀로펙틴의 구조를 바꾸는 방향으로 관심이 모아지고 있다. 옥수수 또는 감자에서 SBEⅠ 유전자 발현이 감소되었지만 아밀로스 수준에는 변화가 없었고, 벼의 경우 아밀로펙틴 구조가 약간 변화하였다. 이 경우 아밀로펙틴은 가지가 짧고 긴 가지가 거의 없는 구조를 나타내었다. 이러한 전분은 정상 전분에 비해 젤라틴화가 약간 낮았고 urea에 녹는 경향이 있었다. 또한 3 개의 전분합성 관련 유전자인 starch synthase Ⅱ, Ⅲ 및 GBSSⅠ 발현을 antisense로 억제하여 freeze-thaw-stable 감자전분이 개발되었는데 이 경우는 아밀로스 길이와 아밀로펙틴의 가지가 짧아진 전분 구조를 보였다. 이러한 전분은 냉동 또는 낮은 온도에서 보존할 수 있어 식품산업에 유용하게 이용될 수 있다.</p> <h2>아밀로펙틴 고함유 전분</h2> <p>아밀로스가 없는 전분 또는 아밀로펙틴 함량이 높은 전분을 개발하는 연구도 주로 감자에서 많이 이루어졌다. 아밀로스 생합성에 관여하는 효소인 GBSSⅠ 유전자의 발현을 억제시켜 amylose-free (waxy) 전분 감자가 개발된 바 있다. 또한 아밀로펙틴 생합성에 관여하는 효소 중 하나인 SSⅡ 및 SSⅢ 를 단독 혹은 두 가지 모두 억제시켰을 때 아밀로스 함량이 약간 변화하였고 아밀로펙틴의 가지 길이가 변화하였다.</p> <p>감자 괴경에서의 waxy 전분은 GBSSⅠ 유전자의 발현을 antisense로 감소시켜서 개발된 결과이지만, 고구마에서는 이 유전자를 sense 방향으로 과발현시켰을 때 유전자 발현이 co-suppression 되어 아밀로스가 없이 아밀로펙틴만으로 구성된 전분을 가진 고구마가 개발된 바 있다. 이런 전분은 아밀로스가 없기 때문에 일반 전분에 비해 freeze-thaw가 향상되어 있다.</p> <h2>아밀로펙틴 구조 변형</h2> <p>아밀로스는 GBSSⅠ 한 가지 효소에 의해 합성되는 반면에 아밀로펙틴 생합성에는 SS, SBE 등 여러 가지 효소가 관여하고 있으며 이들 유전자들의 발현을 억제시켜 새로운 아밀로펙틴 전분을 만들 수 있다. SBEⅠ 유전자의 발현을 감소시킨 감자의 경우 아밀로펙틴 함량과 가지 길이에 변화가 없었으나, 벼에서는 아밀로펙틴의 구조가 변화하였다. 마찬가지로 SS 유전자를 변형시켰을 때 감자 전분의 아밀로펙틴의 가지 길이는 변화되었으며 SSⅡ와 SSⅢ를 동시에 억제시켰을 때 함량까지 변화되었다.</p> <p>바이오매스 전환효소를 도입하여 전분의 특성을 변형시키는 방법으로 amylopullulanase 유전자를 벼에 도입한 결과 낟알의 수확량은 변화가 없으면서 아밀로스 함량이 줄어들었으며 이렇게 변형된 전분이 \( 85^{\circ} \mathrm{C} \) 에서 완전히 수용성 당으로 전환되었다. 이 amylopullulanase는 a-amlyase와 pullulanase 활성을 동시에 가지고 있어 다당류의 \( \alpha-1,4 \) 결합과 \( \alpha-1,6 \) 결합을 가수분해 시킬 수 있다. 또한 B-amylase는 전분의 \( \alpha-1,4 \) 결합을 분해하여 maltose를 만들어내는 효소인데 이 유전자를 도입시킨 감자를 포장에서 생육시킨 결과 괴경에서 이 효소는 \( 60^{\circ} \mathrm{C} \) 에서 안정하였으며 활성을 나타내었다.</p>