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식물생명공학 과제

진핵생물의 단백질과 유전자 구조와 유전자 발현 및 번역에 대해 정리- 진핵생물에서는 유전정보를 DNA의 형태로 저장한다. DNA의 경우 핵안에 존재하며 염기들간의 수소결합에 의해 결합이 이루어져있다. DNA의 염기서열이 이 유전정보를 나타내며, 이 염기서열의 정보를 바탕으로 단백질이나 기능적 리보핵산으로 만들어내는 것이 유전정보의 발현으로 볼 수 있다. 유전자의 발현과정은 크게 이중나선의 DNA가 단일가닥의 RNA로 만들어지는 전사와 이렇게 전사된 RNA로부터 단백질을 합성해내는 과정인 번역과정으로 나눌 수 있다. 단백질이 합성되기 위해서는 DNA, mRNA, tRNA, 리보솜, 아미노산 등의 준비물을 필요로한다.진핵생물의 전사는 DNA의 방향성에 영향을 받는다. 전사시에는 5’말단에서 3’말단으로 염기서열을 읽게되며, 전사의 시작점을 알려주는 5’말단을 프로모터라고 부른다. 이 프로모터의 자리에는 RNA중합효소가 결합하고 DNA주형가닥을 중심으로 RNA복사본을 만들어낸다. 이때 모든 DNA서열이 mRNA로 복사되지만, 이후 아미노산으로 번역되는 부분인 엑손만 남기는 작업인 스플라이싱이 일어나게 되면 번역의 과정에 돌입할 수 있는 상태가 된다. 이후 3개의 염기서열, 즉 코돈이 지정하는 아미노산의 종류를 가져오는 tRNA와 리보솜의 도움을 받아 각 염기서열이 지정하는 아미노산들은 계속해서 중합적으로 결합되고, 결론적으로 염기서열이 나타내는 유전정보의 마지막 형태인 단백질로 번역된다.식물의 유전적 조작에 이용될 유전자 발현 조절의 여러 유형을 정리: (RNA interference, post-transcriptional gene silencing, Micro RNA, Gene silencing, RNA-directed methylation)- RNA interference란 RNA가 서열이 상보적인 타켓 mRNA에 결합하여 유전자 발현을 억제하는 현상이다. 이 RNA 간섭현상은 유전자 발현을 억제하는 매우 편리한 방법으로 발견 직후부터 많은 유전학, 생물학 연구에서 널리 사용되고 있다. RNA간섭은 긴 이중가닥 RNA가 dicer라고 하는 RNA를 자르는 효소에 의해 약 20여개의 뉴클로에티드 크기인 작은 siRNA로 잘리는 것으로 시작된다. 이중 가닥의 siRNA는 2개의 단일가닥 RNA로 풀린다. 그 중에서 타켓 mRNA와 상보적인 결합을 할 수 있는 RNA를 가이드 RNA라고 하며 이 가이드 RNA가 RISC라 불리는 단백질 복합체와 결합하다. 이후 가이드 RNA가 타켓mRNA와 상보적으로 결합을 하면 RISC에 존재하는 아고너트2가 mRNA를 분해하며 mRNA의 번역이 저해되는 기작이다.- post-transcriptional gene silencing은 특정 mRNA를 분해하는 메커니즘 중 하나로서 결과적으로 특정 유전자의 발현을 줄이는 효과를 가진다. RNA 분해를 통한 유전자 발현조절 현상으로 앞서 설명한 RNA간섭의 다른 이름이다. 전사 후 유전자 침묵을 활성화하기 위해서는 해당 유전자의 엑손인 단백질 암호화 부위에 맞는 dsRNA가 필요된다. 이런 dsRNA는 다른 단백질 복합체들의 작용으로 효소와 같이 작용하여 적은 양으로도 목표물인 mRNA를 분해할 수 있다.- Gene silencing은 유전자의 염기배열을 변화시키지 않고, 그의 발현을 인위적으로 억제하는 것 및 자연에 발생하는 발생억제와 유전자 전사단계에서인 억제와 전사후 억제 등을 포함하여 일컫는다.- micro RNA는 단백질을 암호화히자 않고 RNA의 번역을 조절하는 작은 조절 RNA분자이다. 마이크로 RNA는 식물과 동물 등 진핵 생물의 핵에 있는 DNA와 mRNA 분자에 있는 상호보완적인 염기쌍을 통해 기능을 한다. 그 결과, 타겟팅된 mRNA분자들은 그 가닥이 두 개의 조강으로 절단되거나, 폴리 A꼬리의 축소를 통한 불안정화가 나타나거나, 리보솜에 의한 효율적인 번역의 억제 중에서 하나 이상의 과정들에 의해 침묵된다. 이러한 기작으로 마이크로 RNA는 RNA침묵과 전사 이후 유전자 바련 조절의 기능을 한다.- RNA-directed methylation은 이중나선 형태의 dsRNA유래의 구조들이 해당 RNA서열과 유사한 DNA지역을 메틸화하여 이질 염색질을 만들어내는 현상이다. 이는 주로 식물에서 발견되며, 이질 염색질을 나타내는 후성 유전학적인 마커로서 DNA메틸화가 많이 일어난 해당 염색질의 부위는 이질염색질이 되어 DNA의 전사가 잘 일어나지 않는 응축구조로 변형된다. 이러한 RNA매개 DNA메틸화 기전은 생물의 질병상태의 유무와 성장 속도, 발달 신호, 스트레스 신호에 반응하여 후성 유전학적인 조절을 이끌게 된다.식물 형질 전환 측면에서 애기 장대의 생명 공학적 의의에 대해 정리- 애기장대는 배추, 무와 함께 십자화과에 속하는 쌍떡잎식물로, 생장 주기가 4~6주로 매우 짧아 다른 식물에 비해 빠른 속도로 연구를 수행할 수 있으며, 자화수분이 가능하기 때문에 곤충이나 발마 같은 수분매개자가 없는 온실에서도 키울 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 염색체가 다섯쌍밖에 되지 않아 유전체 분석이 용이하여, 2000년에는 유전제 분석이 이루어져서 현재는 유전체 해독이 끝난 상태이다. 또한 그 중에서도 실제로 발현되는 유전자의 비율이 많기 때문에 식물 유전체 연구 모델작물로서 매우 적합하다.하지만 마냥 애기장대가 완벽한 모델식물은 아니기도 하다. 최근 동물을 대상으로 한 연구에서 SMG1유전자가 발견되었는데 이는 난센스 전사체로서, 이를 토대로 단백질이 합성되면 단백질이 원래 크기보다 짧아지는 불완전 형태로 생성되는 작용이 일어난다. 따라서 이는 다양한 유전병과 식물의 면역 시스템 같은 생리현상에 관여하는 중요한 인자로 밝혀졌는데 애기장대에는 이러한 유전자가 발견되지 않았다. 따라서 동물성 유전자라고 추측했지만, 다른 식물에서는 발견되고 애기장대에서는 발견되지 않아 애기장대가 완벽한 모델식물이 아니라는 측면도 있다.

자연과학| 2021.06.13| 3페이지| 1,000원| 조회(254)

식물생명공학, 환경원예학과, 식물생명공학 과제

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