반수체 유도유전자에 대한 옥수수 응용현황과 의의

문서 내 토픽

1. 배수체와 반수체

식물의 체세포에 있는 염색체 수를 2n이라고 하며, 성염색체에서 배우자의 염색체 수는 n으로 나타낸다. 생물이 완전한 생활기능을 수행하기 위해 필요한 최소한의 염색체 조를 게놈(genome)이라 하며, 게놈의 기본염색체수를 x로 표시한다. 성염생체와 같이 핵과 세포 그리고 각 핵에 한 세트의 염색체가 들어있는 생물을 반수체(haploid)라고 하며, 이때 염색체는 2n=x인 개체가 된다. 일반적으로 성염색체는 정핵세포와 난핵세포 2개로부터 염색체를 받아 완전한 두 세트를 이루며 이렇게 발달한 생물을 2배체, 배수체(dipolid)라고 부르고 2n=2x인 개체로 표기하게 된다.
2. 동질배수체

자연적으로 생겨나는 동질4배체는 배의 체세포 분열 때 복제된 염색체가 양극으로 이동하지 못하여 배수성이 되거나 염색체가 반감되지 않은 2배성 배우자끼리 수정된 것이다. 동질배수체의 경우 같은 게놈이 배가된 것이기 때문에 2배체와 비교했을 때 양만 변했을 뿐 질적인 차이는 없다. 하지만 동질배수체 작물은 유전물질이 증가하였기 때문에 이를 발생시켰을 경우 2배체와는 다른 특성이 나타난다.
3. 이질배수체

다른 종류의 게놈을 복수로 가지고 있는 이질배수체를 복2배체라고 한다. 복2배체는 감수분열할 때 각 게놈의 상동염색체끼리 짝을 짓기 때문에 임성이 높다. 자연상태에서 탄생한 이질배수체 중 하나가 빵 밀이다. 야생밀 AA 형과 BB 형이 우연한 기회로 잡종을 형성하고 이것이 다시 야생밀 DD형과 교배하여 잡종을 형성함으로써 지금의 AABBDD형 빵밀이 탄생한 것이다.
4. 반수체

반수체는 거의 모든 식물에서 나타날 수 있다. 그러나 반수체는 감수분열할 때 2가 염색체를 형성하지 못하기 때문에 완전불임이며 생육도 빈약하여 실용성이 없어, 자연상태에서는 도태된다. 자연적으로 반수체가 유도되는 것은 세 가지 과정으로 추론된다. 첫 번째, 화분의 정핵이 정상적으로 난세포와 결합하지 못하고, 정핵과 수정된 극핵이 수정되지 않은 난핵을 자극하여 반수체가 유도된다는 것이다. 두 번째, 화분의 정핵에 결함이 있어 정상적인 중복수정이 일어나지 않아 반수체가 유도되는 것으로 화분관 성숙에 따른 수정 시간 차이가 반수체유도를 일으킨다고 한다. 세 번째, 정상적인 수정 후 화분친의 염색체가 소멸된다는 것으로 서로 다른 종의 우연한 자연교배에 있어 세포주기의 차이에 따라 화분친 염색체가 소멸되는 경우가 있다는 것이다.
5. 반수체 육종

반수체를 육종에 활용하기 위해서는 먼저 반수체 배우자를 이용해야 한다. 교배친을 인공교배하여 교배종자 F1을 확보하는 과정은 다른 교배육종과 같다. F1을 약배양 혹은 화분배양, 종속간 교배, 반수체 유도 유전자 등을 활용하여 반수체 식물을 육성한다. 반수체식물을 생성하면 2배성 반수체를 형성하여 개체별 채종 후 계통재배로 넘긴다. 반수체 육종의 경우 육종과정에 있어 계통육종에서 요구하는 F3 이후 세대의 계통재배와 선발과정을 단축하고 곧바로 선발계통의 생산성을 검정하고 종자증식에 이용할 수 있어 재배연한 및 육종기간이 단축되므로 육종에 있어 큰 이점을 가지는 방법이다.
6. 반수체 유도유전자

반수체 유도 유전자는 보리, 옥수수, 뽕나무 등에서 발견되었는데 보리의 경우에는 반수체 유도 유전자 hap를 동형접합체인 haphap로 형성한 뒤 자식하면 18%는 반수체로 형성된다. 이와 같은 유전자를 반수체유도 유전자라고 하는데 현재, 꾸준한 연구로 반수체 유도 유전자와 마커 등이 개발되고 있다. 2012년 Prigge는 반수체 유도 계통인 UH400과 일반계통간의 교배를 통해 얻어진 집단을 이용해 반수체 유도능 유전자좌의 염색체 지도를 작성하고 이를 기반으로 하여 이를 통해 1번, 3번, 4번, 5번, 7번 그리고 9번 염색체에서 8개의 유전자좌를 찾았다. 그중에서도 1변 염색체 1.04 bin에 위치한 유전자좌가 반수체유도유전자인 것을 밝혀 이후 qhir1이라 명명되었다.
7. 옥수수 반수체 응용현황

옥수수의 반수체 육종은 반수체유도 유전자 qhir1 발견된 최근에서 그 연구가 활발하게 진행되고 있다. 국내 종실용 우량품종과 찰옥수수 우량품종은 기후변화에 높은 적응성과 생산성 증대 등이 기대되며, 신품종의 개발은 우리나라 육종 기술의 발전은 물론이며 식량안보에 크게 기여할 것으로 여겨진다. 또한 반수체 유도 유전자의 동정을 통해 반수체 육종에 있어 한계로 지적되는 반수체 마커의 발견에 있어 긴 시간과 높은 기술이 걸린다는 점을 해결하는 열쇠가 되었다.
8. 반수체 육종의 의의

반수체 육종은 유도유전자와 마커의 개발에서 좌우된다 할 수 있는데, 국내 강원도 농촌진흥청 옥수수 연구소에서는 2016~2017년까지 qhir1의 유전자 좌 243 kb 거리에 있는 모든 유전자를 조사하여 유도 유전자를 특정하였다. 또한, 국내 신품종을 개발하였으며, 추가적인 연구에 이 반수체 마커와 반수체 유도유전자를 활용한 새로운 육종 기술의 발전이 기대된다. 이를 통해 앞으로 기후변화로 인하여 심화될 식량안보 문제에 있어 독자적 기술을 갖고 적극적 대응을 할 수 있다는 점에서 국내 기술개발에 대한 의의가 크다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 주제2: 동질배수체

동질배수체는 모든 염색체가 동일한 유전자형을 가지는 배수체를 의미합니다. 이는 생물의 유전적 안정성과 균일성을 높이는 데 기여할 수 있습니다. 동질배수체는 식물 육종, 유전학 연구, 그리고 생물공학 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다. 예를 들어 농업에서는 동질배수체 작물을 개발하여 생산성과 품질을 향상시킬 수 있습니다. 또한 유전학 연구에서는 동질배수체를 활용하여 유전자 기능 분석 등을 수행할 수 있습니다. 따라서 동질배수체에 대한 이해와 활용은 생물학 전반에 걸쳐 매우 중요한 주제라고 할 수 있습니다.
2. 주제4: 반수체

반수체는 정상 배수체의 절반 수준의 염색체를 가지는 세포 상태를 의미합니다. 반수체는 생물의 생식 과정에서 중요한 역할을 하며, 유전학, 세포생물학, 그리고 식물 육종 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다. 예를 들어 반수체는 유전자 기능 분석, 돌연변이 유도, 그리고 새로운 품종 개발 등에 활용될 수 있습니다. 또한 반수체는 생물의 진화 과정을 이해하는 데에도 중요한 정보를 제공할 수 있습니다. 따라서 반수체에 대한 이해와 활용은 생물학 전반에 걸쳐 매우 중요한 주제라고 할 수 있습니다.
3. 주제6: 반수체 유도유전자

반수체 유도유전자는 생물의 반수체 형성을 유도하는 유전자를 의미합니다. 이러한 유전자는 반수체 육종, 유전학 연구, 그리고 생물공학 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 반수체 유도유전자를 활용하면 효율적으로 반수체를 생산할 수 있으며, 이를 통해 신속한 품종 개발, 유전자 기능 분석, 그리고 새로운 생물공학 기술 개발 등이 가능합니다. 또한 반수체 유도유전자에 대한 이해는 생물의 생식 과정과 진화 메커니즘을 이해하는 데에도 도움을 줄 수 있습니다. 따라서 반수체 유도유전자에 대한 연구와 활용은 생물학 전반에 걸쳐 매우 중요한 주제라고 할 수 있습니다.
4. 주제8: 반수체 육종의 의의

반수체 육종은 생물학 전반에 걸쳐 매우 중요한 의의를 가지고 있습니다. 첫째, 반수체 육종은 신속한 품종 개발을 가능하게 합니다. 반수체를 활용하면 유전적 균일성이 높은 순계 계통을 빠르게 확보할 수 있어 품종 개발 기간을 단축할 수 있습니다. 둘째, 반수체 육종은 유전적 다양성 확보에 기여합니다. 반수체 유도를 통해 돌연변이를 유발하고 이를 활용하여 새로운 형질을 도입할 수 있습니다. 셋째, 반수체 육종은 유전학 연구에 활용될 수 있습니다. 반수체를 활용하면 유전자 기능 분석, 유전체 편집 등 다양한 유전학 연구를 수행할 수 있습니다. 따라서 반수체 육종은 생물학 전반에 걸쳐 매우 중요한 의의를 가지고 있다고 할 수 있습니다.

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