세계의 여러 나라들은 벼 발현유전자 정보와 유전자들을 가지고 농업의 중요한 형질 유전자의 대량기능분석과 microarray 제작 등에 활발히 사용하고 있다. 벼 유전자 기능 분석을 위해 최근 크게 발전한 microarray 기술을 이용하면 많은 양의 유전자 발현 양상을 검정할 수 있는 데 벼 microarray 제작은 발현분석할 때 크게 4 가지의 형태로 사용되고 있는 데 이외에 microarray 기술로 반도체 기술을 응용한 CombiMatrix 시스템이 있고 적은 양의 유전자발현분석에 사용이 용이하며 array의 재활용이 가능한 것으로 알려졌으며 다양한 microarray의 제작과 활용이 새로운 생물학 분야의 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상되고 있다.
<h1>벼 발현유전자정보해석</h1> <p>벼의 농업형질유전자의 기능을 해석하기 위하여 완전장 발현유전자 분리 및 염색체구조분석결과를 이용한 유전자 발현영역분석이 필수적이다. 최근까지 다양한 벼 품종에서 대량발현유전자 염기서열분석 및 완전장 유전자분리 연구가 수행되고 있다. 일본 농업생물자원연구소그룹은 japonica 품종인 Nipponbare 벼 품종을 이용하여 대량발현유전자 염기서열분석 및 완전장 cDNA 분리에 관한 연구를 수행하였다. 완전장 발현유전자분리는 우선 조직부위별 및 발현시기별로 제작된 완전장 cDNA 581,446개를 분석하여 32,127개의 완전장 cDNA를 분리하였으며 KOME DB(http://cdna01.dna.affrc.go.jp/cDNA/)를 통하여 관련연구자들에게 발현유전자 정보를 공개하고 있다. 이러한 완전장 발현유전자분석 결과는 염색체완전염기서열분석결과를 활용한 발현유전자 annotation 분석 프로젝터 등에 적극 활용되고 있으며 RAP-DB(http://rapdb.lab.nig.ac.jp/)를 통해 유전자 해석정보를 공개하고 있다. 또한 미국의 미시간대학 벼 게놈 명명 프로젝트에서는 벼 염색체완전염기서열분석 정보와 NCBI의 dbEST 정보를 기반으로 2006년 TIGR Pseudomolecules ver. 4를 작성하였으며 이후 2009년 TIGR Pseudomolecules ver. 6.1을 작성하여 56,797개의 벼 발현유전자 정보 (33,800개 유전자 모델)를 공개하고 있다.</p> <p>중국의 벼 연구그룹은 indica 품종인 Guangluai 4와 Minghui 63을 이용하여 40,000개의 발현유전자를 분석하였으며 20,000여개의 완전장 cDNA를 분리하여 RICD DB를 통해 정보를 공개하고 있다 (http://www.ncgr.ac/ricd). 벼 종자 발현유전자의 경우 국립농업과학원에서 벼 종자 발달단계 발현 유전자 73,000개의 분석을 완료하여 벼 종자 발현 유전자 DB를 구축하여 관련연구자들에게 정보를 제공하고 있다. 최근까지 NCBI dbEST에 등록된 발현유전자수는 1,249,110개이며 unigene으로는 40,978개의 유전자를 포함하고 있다. 이러한 벼 발현유전자 정보와 유전자들을 이용하여 세계 각국은 농업상 중요한 형질 유전자의 대량기능분석 및 microarray 제작 등에 적극 활용하고 있다.</p> <h1>벼 microarray 종류 및 특성</h1> <p>벼 유전자 기능분석을 위하여 수개의 유전자 발현분석을 행하는 수준에서 최근 비약적으로 발전한 microarray기술을 이용하면 대량의 유전자 발현 양상을 검정할 수 있다. 벼 microarray 제작은 크게 네 가지로 형태로 만들어져 발현분석에 사용되어지고 있다. 처음으로 개발된 spot형 microarray는 초창기 유전자수가 적은 array를 제작할 경우와 연구자 자신이 디자인한 array제작에 많이 쓰인 방식이다. 일본 농업생물자원연구소의 Yazaki 등 (2000)은 벼 발현유전자 9,000개를 이용하여 cDNA array를 제작하여 각종 호르몬실험 등에 사용하였다. 그 이후 대량유전자의 집적은 Affymetrix사의 GeneChip 시스템으로 photolithography와 solid-phase chemistry방식을 이용하여 슬라이드글라스위에 oligonucleotide를 하나씩 합성하는 방법이다. 벼 GeneChip은 NCBI의 unigene 정보 중에서 japonica 48,564개 유전자와 indica 1,260개 유전자 등 총 51,279개 유전자를 이용하여 \( 25 \mathrm{mer} \) oligonucleotide를 합성하여 array를 제작하였으며 이것을 사용하여 각종 유전자발현분석실험에 이용되어 왔다. 또한 NimbleGen사에서는 디지털 마이크로미러 방식을 사용하여 60mer oligonucleotide를 합성하는 방법으로 31,439개 유전자 정보를 바탕으로 제작된 \( 135 \mathrm{K} \) microarray와 27,448개 유전자 정보로 제작된 \( 300 \mathrm{K} \) microarray등이 있다. 이외에 inkjet 프린트 방식을 이용한 Agilent사의 \( 44 \mathrm{K} \) microarray로 일본농업생물자원연구소 완전장유전자정보와 unigene 정보를 이용하여 제작되었으며 43,803 유전자로 구성되어 있다. 또한 미국 UC-Davis 대학 Pam Ronald 박사는 TIGR 연구소의 유전자명명 데이터 (TIGR Ver3)를 이용하여 40,279개 유전자를 분석하고 \( 50-70 \mathrm{mer} \) oligonucleotide로 구성된 NSF \( 45 \mathrm{K} \) microarray를 제작하였다. 국내에서는 2000대 초기에는 GreenGene Biotech에서 베이징 게놈연구소의 벼 유전체정보를 이용하여 58,417개 유전자의 \( 70 \mathrm{mer} \) oligonucleotide를 슬라이드그라스에 스폿한 \( 60 \mathrm{K} \) microarray를 제작하여 시험을 수행하여 왔다. 그러나 최근에는 27,448개 유전자 정보로 제작된 10개의 중첩된 probe로 구성된 \( 300 \mathrm{K} \) microarray와 31,439개 유전자 정보를 바탕으로 제작된 4개의 중첩된 probe로 구성된 \( 135 \mathrm{K} \) microarray와 등이 실험에 사용되고 있다. 이밖의 microarray 기술로는 반도체 기술을 응용한 CombiMatrix 시스템이 있으며 소량의 유전자발현분석에 적합하며 array의 재활용이 가능한 것으로 보고되고 있다. 이러한 다양한 microarray의 제작과 활용은 새로운 생물학분야의 발전에 크게 기여 할 것으로 생각된다.</p>