농업생명공학기술은 유전자에 대한 연구로부터 시작됐습니다.처음 이 연구를 시작한 사람은 멘델입니다. 1856년 멘델은 3만 개의 완두콩으로 교배실험을 실시, 생물의 유전과정에서 나타나는 세가지 법칙을 발견했습니다.1953년 왓슨과 크릭이 DNA의 이중나선 구조를 밝혀내면서 유전자 연구는 활기를 띄기 시작했습니다.이 연구를 통해 핵심 유전정보가 담긴 DNA가 생명체에 작용하는 과정이 알려졌고, 생물의 유전자를 다른 생물에게 이식하는 유전 공학 연구가 본격화됐습니다. 그리고 1983년 최초의 생명공학작물인 항생제 카나마이신 저항성 담배와 페튜니아의 개발에 성공했습니다.최초의 상업화된 생명공학작물은 1994년 칼젠(Calgene)사에 의해 개발된 무르지 않는 토마토입니다. ■ 생명공학작물 개발의 역사 1세대 생명공학작물 생산량 증가, 영농 편이, 살충제 사용량 감소를 목적으로 개발됐습니다.제초제내성, 해충저항성, 바이러스 저항성 등의 형질을 지닌 작물이 대표적이며 이미 실용화된 상태입니다.이 작물들은 실제 살충제 사용량과 노동력을 줄였고, 생산성 향상에도 크게 기여한 것으로 평가 받고 있습니다. 2세대 생명공학작물 1세대 작물이 생산성 향상에 기여했다면, 2세대 작물은 영양적가치에 비중을 두고 있습니다.인체에 유익한 성분(비타민, 불포화지방산, 철분, 플라보노이드, 약리성분, 식용백신 등)의 함량을 높인 작물 개발로 2000년 들어 본격화되기 시작했습니다. 3세대 생명공학작물 건강증진과 대체 에너지 생산을 목표로 합니다. 고부가가치를 가진 먹는 백신과 약리성분이 첨가된 작물등이 연구되고 있습니다.
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■ 제1단계 식물의 유전자를 분석, 필요한 형질의 유전자를 선별 DNA를 추출합니다.만약 해충에 잘 견디는 벼를 만들고자 한다면 다른 식물중에서 해충저항성이 강한 식물을 선별, 그 유전자 중 해충 저항성에 관여하는 유전자만을 추출하는 식입니다. 이 경우에는 해충 저항성에 관여하는 유전자가 유용유전자가 됩니다. ■ 제2단계 분리된 유용유전자를 목표 작물에 이식하기 위해선 유전물질의 이동을 도와줄 수단이 필요합니다.이를 운반체(벡터)라고 부르는데, 짧은 시간에 다양한 생물체에 옮겨 다닐 수 있는 박테리아나 바이러스 등을 주로 활용합니다.이 운반체에 유용유전자를 삽입, 재조합운반체를 준비합니다. ■ 제3단계 목표하는 작물에 유용유전자를 이식, 유전자를 재조합하는 과정입니다. 형질전환이라고도 하며, 다음과 같은 방법이 사용됩니다. 1) 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens) 이용법아그로박테리아는 흙과 식물에 기생하는 토양세균의 하나입니다.다양한 식물에 기생하면서 식물의 을 일으키는 골칫덩이 병원균이기도 합니다. 하지만 자신의 특정한 유전자를 다른 식물 세포에 이동시키는 전이 능력도 갖고 있습니다.즉 아그로박테리아에서 식물에 종양을 일으키는 유전자를 제거하고 유용유전자만을 삽입하면, 아그로박테리아는 놀라운 유전자 전이능력으로 해당 유전자를 안전하고 빠르게 다른 식물의 몸속에 옮겨주게 됩니다. 2) 유전자총(Particle bombardment) 이용법유용한 유전자를 직접 식물의 세포속에 넣어주는 방법입니다. 먼저 금 또는 텅스텐 등 금속미립자에 유용한 유전자를 코팅하여 작은 총알 같은 형태로 만듭니다. 그 다음, 압축된 공기를 이용, 마치 총을 쏘듯 식물의 잎 절편이나 세포덩어리에 투입하는 방식입니다. [아그로박테리움과 유전자총을 이용한 생명공학작물 개발과정] 3) 전기충격법(Electroporation)/ 원형질체 융합(Protoplast fusion)법 동물과 달리 식물이나 균류 등은 세포벽을 가지고 있고, 이 세포벽을 제거한 상태의 세포를 원형질체라고 합니다. 이 방식은 서로 다른 특질을 가진 두 세포의 세포벽을 없앤 후 원형질 상태로 합쳐 다양하고 새로운 형태로 유전자 조합을 유도하는 방식입니다. 고농도의 삼투압 용액(설탕, PEG 등)에 금속이온(Ca, Mg, Mn)을 첨가하여 원형질체의 DNA흡수를 돕거나, 전기충격을 통해 세포막에 구멍을 뚫어 DNA흡수시키는 방법등이 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 아그로박테리움이용법과 유전자총법입니다. ■ 제4단계 새로운 유전자가 삽입되어 형질이 변화된 세포를 조직 배양합니다. 이중 원하는 원하는 개체만을 선발합니다.인체위해성 및 환경위해성 등 안전성 심사를 담당하는 규제기관의 심사를 거쳐 해당기관에 품종등록 및 승인을 받아 상품화합니다.
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