아스탁산틱 같은 케토형 카로티노이드는 일반적으로 식물은 생산하지 않는데 케토기를 첨부할 수 있는 촉매기능의 유전자가 없기 때문인데 케토형 카로티노이드를 감자에 집적시키기 위한 기술은 과발현, co-transformation 2가지가 보고되었다. 감자의 괴경에 베타 카로텐 또는 astaxanthin과 같은 케토형 카로티노이드의 집적을 위한 연구가 활발하기 진행 중이고 본 논문에서는 형질전환 감자 생산을 위해 도입한 유전자 종류, 대사공학적 전략 그리고 문제 점과 향후 계획 등에 대해 논하였다.
<h1>케토형 카로티노이드의 집적을 위한 대사공학 기술</h1> <p>서론에서 언급한 바와 같이 아스탁산틴과 같은 케토형 카로티노이드는 일반적으로 식물은 생산을 하지 않는다. 그 이유는 케토기를 첨부할 수 있는 촉매 기능을 하는 \( \beta \)-carotene ketolase를 암호 하는 유전자가 없기 때문이다. 최근에 \( \beta \)-carotene ketolase유전자가 Synechocystis 와 Haematococcus pulvialis로 부터 분리되어 각각 Crt \( O \) (Gerjets and Sandmann 2006) 와 \(Bkt1 \) 로 (Morris et al. 2006b)으로 명명하였다. 케토형 카로티노이드를 감자에 집적시키기 위하여 현재까지는 두 가지 즉 과발현 (over-expression)과 co-transformation 기술이 보고되었다 (Table 3).</p> <p>첫 번째 전략으로서 \(Bkt1 \) 유전자를 patatin promoter와 감자에서 분리한 \( P d s \) 유전자의 transit peptide를 사용하여 도입한 결과 감자에서는 생산이 되지 않는 astaxanthin이 \( 14 \mu \mathrm { g } \cdot \mathrm { g } ^ { -1 } \) dry weight 그리고 keto-lutein이 \( 9.8 \mu \mathrm { g } \cdot \mathrm { g } ^ { -1 } \) dry weight 수준으로 집적되어 감자의 속살이 붉은 색을 나타내었다고 하였다 (Morris et al. 2006b). 두 번째로 \(Crt B \) 와 \( B k t 1 \) 유전자를 각각 patatin 그리고 \( r b c S \) TP와 \( P d s \) TP에 연결한 것을 co-transformation시킨 결과 keto-lutein이 \( 0.6 \mu \mathrm { g } \cdot \) \( \mathrm { g } ^ { -1 } \), astaxanthin이 \( 0.5 \mu \mathrm { g } \cdot \mathrm { g } ^ { -1 } \), canthaxanthin이 \( 0.2 \mu \mathrm { g } \cdot \mathrm { g } ^ { -1 } \) 수준으로 집적되었다고 보고하여 전술한 \(Bkt1 \) 유전자만을 과 발현 시킨 것 보다 매우 낮은 수준으로 나타났다 (Morris et al. 2006b). 마지막으로 anti-sense \(Zep \) 유전자를 기 도입한 감자에 \( \mathrm { Crt } \) O유전자를 항시발현 프로모터인 \( CaMV35S \)를 시용하여 동시에 도입한 결과 3'-hydroxy-echinenone, 4-keto-zeaxanthin, astaxanthin의 함량의 집적을 확인하였으나 역시 그 수준은 예상한 것 보다는 낮게 나타난 것으로 보고하였다 (Gerjets and Sandmann 2006).</p> <h1>적 요</h1> <p>감자의 괴경에 비타민A의 전구물질인 베타 카로텐 또는 항산화활성이 높으나 일반식물에서는 합성되지 않는 astaxanthin과 같은 케토형 카로티노이드의 집적을 위한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. 현재까지의 연구 결과를 요약하여 보면 \( \beta \)-carotene의 함량이 \( 47 \mu \mathrm { g } / \mathrm { g } \) dry weight으로 대조구에 비하여 3,600 배 까지 증가한 결과가 보고되었다. 또한, 해양 미생물로부터 분리한 \( \beta \)-carotene ketolase 유전자를 도입한 감자의 괴경에서 astaxanthin 등의 케토형 카로티노이드의 함량이 최고 \( 14 \mu \mathrm { g } / \mathrm { g } \) dry weight까지 증가하여 감자의 색깔이 붉은 색으로 변하였다고 보고하였다. 따라서 본 논문에서는 이들 형질전환 감자의 생산을 위하여 도입한 유전자의 종류, 대사공학적 전략, 문제점 및 향후 연구 방향 등에 관하여 논하고자 하였다.</p>