Engineering the provitamin carotene Biosynthetic pathway into(cartenoid-free) Rice Endosperm
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Engineering the provitamin (β-carotene) Biosynthetic
pathway into
(cartenoid-free) Rice Endosperm
Ⅰ. Introduction - 황금쌀이란?
1999년 스위스 연방공과대학의 잉고 포트리쿠스(Ingo Potrykus)교수 연구팀이 비타민A의 함량이 높은 ‘황금쌀(Golden Rice)를 개발하여 세인의 주목을 받았다. 우리가 매일 먹고 있는 쌀에는 비타민A가 거의 없기 때문에 이를 높이기 위해서 비타민A의 전구물질인 카로티노이드를 만들어 낼 수 있는 3종류의 유전자를 유전공학적 방법으로 벼에 도입한 결과 쌀에 카로티노이드 함량이 많아졌고 쌀은 노란색을 띄게 되어 ’황금쌀‘ 이라 부른다.
쌀은 세계30억 이상의 인구가 주식으로 이용하고 있으며, 특히 동남아시아에서는 칼로리 섭취의 80%를 쌀이 차지하고 있다. 그러나 쌀만으로는 영양공급이 충분치 않아, 쌀을 주식으로 하는 많은 사람들이 비타민결핍으로 많은 고통을 받고 있고, 이로 인해 병의 발생이나 최악의 경우에는 사망에 이르는 경우도 있다.
벼 게놈 및 유전자변형 쌀을 연구하고 있는 과학자들은 쌀 영양분 조작을 위한 정보제공과 이를 통한 유전자변형 쌀의 개발에 의해 결핍된 비타민을 보충 할 수 있어, 기존 쌀에 의한 영양 결핍의 피해를 막는데 일조한다고 한다.
※비타민 A 는 어떻게 만들어지는가?
사람은 -carotene을 섭취하면 비타민A로 전환 시킬 수 있기 때문에 증가된 -carotene은 매우 안전하고 효과적인 비타민A 공급원이 된다. 그 중 β-carotene은 자연계에 존재하는 것으로 알려진 400가지 이상의 카로티노이드(carotenoid)중의 하나로 식물에 널리 분포하는 황색, 적색소이며, 가장 풍부하고 잘 알려진 카로티노이드 중의 하나이다.
왼쪽 그림은 자연계에 존재하는 식물 상에서 자연스레 β-carotene 이 합성되는 과정이다. 그리고 오른쪽 그림은 유전자 재조합 기술을 이용한 β-carotene 합성과정이며 벼의 유전자에 β-카로틴을 합성할 수 있는 3개의 유전자를 벼에다 Transformation 시킨 것이다.
phytoene synthase(psy) 유전자를 수선화(Narcissus pseudonarcissus)에서, phytoene desaturase (crtⅠ) 유전자를 세균 Erwinia uredovora에서, 그리고 lycopene-cyclase(lcy) 유전자를 수선화에서 각각 분리하여 Golden Rice 생산에 활용하였다.
Ⅱ. Insertion of interesting genes - Agrobacterium-mediated transformation
ⅰ)The structure of Ti-plasmid
T-DNA : 식물세포에 삽입되는 지역
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