콩은 식량작물로 오랜 기간 사용되었고, 1980년대부터 GM 콩이 생산되었으며, 제초제저항성과 해충저항성이 농업적으로 널리 활용되고 있다. 콩의 형질개선을 위해 세계적으로 꾸준하게 육종이 진행되고 있으며 이 논문에서는 국내연구진에 의해서 보고된 콩형질전환연구의 결과와 특성을 살펴보고 형질전환 단계별로 중요한 고려사항을 분석, 오랜 시간동안 국내에서 재현성과 효율이 높은 형질전환 기술이 개발되지 못한 원인을 규명하고자 한다.
<h1>서 론</h1> <p>콩은 세계적으로 중요한 단백질과 식물성 기름 생산 작물로써 형질개선을 위해 세계적으로 꾸준하게 육종이 진행되고 있다. 한국을 비롯한 중국과 일본은 콩을 오랜 기간 동안 식량작물로 이용해왔기 때문에 콩 육종을 위한 유전자원과 육종기술이 축적되어왔다. 이는 콩이 가지고 있는 단백질 과 지방조성, 그리고 다양한 기능성을 고려해 볼 때 당연한 것이라고 하겠다. 유전자 재조합에 의한 콩 생산은 1980 년대부터 미국을 중심으로 기술개발이 꾸준히 진행되어 이미 GM 콩이 생산된 지 15 년 이상이 되었다. 많은 유전자의 도입이 형질전환을 통하여 시도되었고 그 중에서 제초제저항성 (glyphosate)과 해충저항성 (BT toxin)이 농업적으로 널리 활용되고 있다 (Padgette 등 1995; Stewart 등 1996). 농업적으로 유용한 유전자가 도입된 콩이 실용화된 이후에도 콩형질전환 효율증대를 위한 연구는 계속 진행되어 왔는데, 이는 향후에 전개될 유전체 기능연구를 위하여 형질전환기술이 활용될 것이기 때문이다. 형질전환효율을 높이기 위한 연구는 미국을 중심으로 여러 연구실에서 경쟁적으로 진행되어 다양한 처리조건과 실험조건이 개선되면서 고효율의 형질전환기술이 개발되었다 (Olhoft 등. 2003; Paz 등 2005). 미국의 몇몇 실험실에서 개발된 고효율의 형질전환기술은 기존에 사용하던 방법에 새로운 보완을 하여 이루어 졌다. 가장 눈에 뛰는 개선점은 빠르고 효과적인 선발방법인데, 이는 많은 콩형질전환 연구자들이 추구하는 방법의 단순화와 보다 비용이 저렴한 실험방법, 그리고 전체 과정의 단축과 매우 밀접한 연관이 있다. 콩형질전환 연구자들은 형질전환 되지 않은 세포나 키메라의 출현을 방지하기 위해 많은 노력을 하여왔는데 이는 효율적인 선발 방법에 달려 있다. 이렇게 해서 개발된 실험방법들은 가능하면 넓은 범위의 품종에 적용되도록 시도되었고 이를 위하여 다양한 종류의 아그로박테리움을 콩 형질전환 실험에 사용해왔다. 최근에 콩형질전환 효율을 가장 크게 높인 사례는 미국 미네소타대학의 연구결과로서 안정적인 형질전환효율이 약 \( 16 \% \) 임을 보고하였다 (Olhoft 등\( 2001,2003) \). 이 결과는 하이그로마이신을 이용한 효율적인 선발과 황화물의 첨가로 얻어졌다. 특히 황화합물의 첨가는 아그로박테리움을 이용한 형질전환이 토양미생물과 식물세포간의 싸움이라는 것과 식물이 미생물감염에 따른 저항성 기작을 일으키고 이 기작들이 형질전환에 방해가 된다는 점에 착안하여 식물의 방어관련 독성 물질을 일시적으로 무력화시키는 항산화 기능의 황화물을 첨가함으로써 높은 형질전환효율을 얻었다. 형질전환 과정은 식물세포 입장에서 보면 매우 커다란 스트레스 과정이라고 할 수 있다. 따라서 지나친 스트레스의 정도를 낮추어 줌으로써 형질전환이후에 식물의 회복을 돕는 것은 형질전환 효율증대를 위해 매우 중요하다고 하겠다. 첨가된 황화물은 병 또는 상처반응관련 효소들인 peroxi-dase (PODs)와 polyphenol oxidase (PPOs)의 활성화를 억제하는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 개발된 고효율의형 질전환방법들은 특정유전자의 형질전환뿐만 아니라 최 근 활성화된 유전체 연구의 결과로 얻어진 콩의 전체염기서열과 많은 유전자들에 대한 기능규명 연구에 사용될 수 있다. 고효율의 콩형질전환 기술은 계속 발굴되는 콩 유전자들의 기능을 밝히기 위한 T-DNA 삽입돌연변이 집단 생산에도 쓰일 수 있어 기능유전체연구에 매우 유용한 기반을 제공하게 될 것이다.</p> <p>콩의 또 다른 형질전환방법으로는 물리적인 것으로 콩 체세포 배를 재료로 하여 유전자 총 (gene gun)을 이용한 형질전환방법이 있는데 이 방법은 주로 90 년대에 많이 사용되었다. 그러나 유전자총을 이용한 형질전환방법은 형질전환체에 도입되는 유전자의 copy수가 많아 후대에서 유전자의 과다도입으로 인한 유전자 침묵 (gene silencing)이 자주 발견되어 그 사용이 제한되고 있다. 또한 유전자 총 형질전환재료로는 주로 체세포배가 사용되는데 체세포배를 유기하기 위해서는 미성숙종자를 쓰기 때문에 재료의 연중확보에 어려움이 있고, 체세포배 유기가 가능한 품종 (genotype)도 매우 제한되어 있다.</p> <p>이 논문에서는 그 동안 국내연구진에 의해서 보고된 콩형질전환연구의 결과와 특성을 살펴보고 형질전환 단계별로 중요한 고려사항을 분석하여 오랜 시간동안 국내 에서 재현성과 효율이 높은 형질전환 기술이 개발되지 못한 원인을 규명하고자 한다.</p>