감자는 유전적 안전성이 높아 형질전환 실험재료로 많이 활용되어 왔으나, 수미품종과 대지품종의 병저항성이 떨어져 이에 대한 연구가 필요하다. 이 문제를 해결하기 위한 방안으로, 내재해성과 관련된 Myb, EREBP, NDPK2와 같은 전사인자 유전자와 산화스트레스에 내성을 유도하는 SOD, GPD 유전자 도입을 시도하였다.
<h2>형질전환 감자 개발 연구 동향</h2> <h3>형질전환 효율 및 방법</h3> <p>감자는 영양번식 작물로 형질전환 후 후대 유전적 안전성이 다른 종자번식 작물보다 유리하여 형질전환 연구 초기부터 실험재료로 많이 이용되어 왔다 (Yi et al. 2003a). 그러나 품종 별로 그리고 조직 부위별로 형질전환 효율이 매우 달라 국내에 실용화가 가능한 장려품종에 대한 최적의 형질전환 방법이 필요할 것으로 판단된다. Yi 등은 (2003a) 국내에서 개발된 품종에 대한 형질전환 효율을 검토한 결과 조원 품종은 잎 조직을 이용하고 \( 75 \mathrm{uM} \)의 acetosyringone을 첨가하였을 경우 \(87.9\%\)의 형질전환율을 보여주었고 조풍은 줄기 조직과 acetoosyringone을 첨가하여 약 \( 68.4 \% \)의 높은 형질전환을 얻을 수 있다 고 보고하였다. 그러나 다른 품종은 매우 낮은 효율을 나타내 각 품종별로 최적의 재분화 및 형질전환 protocol 개발이 필요할 것으로 판단된다. 감자의 형질전환은 Agrobacterium tumefactions와 유전자총을 이용하여 왔으며 국내의 형질전환은 모두 아그로박테리움을 이용하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 아그로박테리움으로 도입된 유전자는 대부분이 하나 혹은 두 개의 유전자로 대사작용 (metabolic pathway)과 같은 다중유전자 (multiple genes) 또는 큰 사이즈의 유전자를 도입하기 위해서는 유전자총을 활용한 기술의 개발이 필요하다 (Romano et al. 2003). 또한 형질전환체의 선발 마커는 주로 항생제 내성유전자 (neomycin phosphor transferase)를 활용하여 kanamycin 혹은 hygromycin으로 선발하였으며 이는 감자의 경우 조직배양 과정에서 재분화 효율이 높아 항생제만으로도 형질전환체 선발이 가능하기 때문이라고 생각된다.</p> <h3>형질전환 감자 개발</h3> <p>형질전환에 이용되고 있는 국내 품종은 봄 재배 작형의 대표 품종인 수미(Superior)와 가을 재배 작형의 대표 품종인 대지(Dejima)라고 할 수 있다. 하지만 수미품종의 경우 감자 역병에 치명적인 약점을 가지고 있으며 대지 품종은 감자 더뎅이병에 약한 특성을 나타내고 있어 기존 품종의 약점을 극복할 수 있는 병저항성 유전자 도입이 시급함에도 불구하고 이들에 대한 연구가 부족한 것으로 나타났다. 또한 최근 용도별로 새로운 품종들, 역병저항성품종 '하령', 더뎅이병저항성 품종 '서홍' 등이 개발되고 있어 형질전환을 시작하기 전 품종의 특성 파악 후 도입 형질을 결정하고 형질전환을 시도하는 것이 금후 형질전환체의 실용화를 촉진할 수 있을 것으로 생각된다. 또한 감자는 괴경을 통해 영양번식을 하는 작물로 씨감자 생산에 필요한 기간이 길어 씨감자 증식 과정에서 바이러스 감염에 노출될 확률이 높고 한번 감염되면 씨감자 생산 과정을 통해 지속적으로 증식되어 후대 수량 감소에 매우 큰 영향을 미친다 (Seo et al. 2005). 감자에 감염되어 피해를 주는 대표적인 바이러스인 감자 잎말림바이러스 (PLRV, potato leaf roll virus)에 저항성 감자를 개발하기 위해 국내에서 분리된 PLRV의 외피 단백질을 도입하여 저항성을 검정한 결과 PLRV에 매우 저항성인 계통을 선발 할 수 있었다 (Seo et al. 2005). 또한 감자의 무름병은 생육 기간뿐만 아니라 수확된 감자의 저장기간에도 발생하여 수량감소 및 품질 저하를 유발하고 있어 세균병 저항성 품종 육성이 시급한 실정이다 (Yi et al. 2003b). 무름병 저항성 형질전환 감자는 용균성 단백질을 도입하여 방제하는 방법 (Yi et al. 2003b) 및 세균 침입 시 발생하는 산소종 (Reactive oxygen species; ROS)의 산화반응을 억제하는 유전자를 이용한 방법이 보고되고 있다 (Bae et al. 2002). 최근의 형질전환 유전자는 이슈가 되고 있는 가뭄, 고온 등과 같은 불량환경에 대한 저항성을 극복하기 위한 내재해성 유전자를 활용한 형질전환이 보고 되고 있다 (Jeong et al. 2001; Tang et al. 2004; Lee et al. 2007; Ahmad et al. 2010; Shin et al. 2011). 감자는 열대지방부터 극지까지 매우 다양한 환경에서 적응이 가능한 것으로 보고 되고 있으나 (Haverkort 1990), 괴경의 형성기에 \( 17^{\circ} \mathrm{C} \) 이상의 기온에서는 괴경이 형성되지 않는 것으로 보고되어 (Stol et al. 1991) 지구온난화와 같은 기온상승에 대응하기 위한 형질전환 전략이 필요할 것으로 판단된다. 실제로 Hijmans (2003)은 기후온난화 시뮬레이션을 활용한 결과 적절한 대책 (내재해성 품종 개발 등)이 없을 경우 \( 18 \% \)에서 \( 32 \% \)의 수량이 감소될 것으로 예측하였으며 또한 감자는 서리피해에 매우 취약하여 내상성(耐霜性)에 대한 연구가 더욱 필요할 것으로 생각된다. 내재해성에 관련된 유전자는 Myb, EREBP, NDPK2와 같은 전사인자 (transcription factor)와 산화스트레스에 내성을 유도하기 위한 osmoprotectant를 유도하는 SOD (superoxide dismutase)와 GPD(Glyceraldehyde-3 Phospate Dehydrogenase) 유전자를 도입하는 시도가 이루어졌다.</p>