유전자 편집 작물 재생 속도 확 높인다…감귤·딸기·포플러 적용

유전자 편집 작물의 재생 속도를 높이는 기술이 개발됐다. 감귤·딸기·포플러 등 다년생 작물의 품종 개량에 속도가 붙을 전망이다.

11일(현지시간) 애저라이프사이언스에 따르면 미국 텍사스 A&M 애그리라이프 리서치와 메릴랜드대, 미국 농무부(USDA) 공동 연구진은 유전자 편집과 식물 재생을 동시에 유도하는 'CRISPR-콤보' 기술을 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 실렸다.

이 기술은 관심 유전자를 편집하면서 식물이 가진 '형태형성' 유전자를 함께 활성화한다. 형태형성 유전자는 세포가 뿌리와 줄기, 완전한 식물체로 자라나는 과정을 조절한다. 성장 촉진 유전자를 외부에서 추가로 넣는 대신 식물 게놈에 이미 존재하는 유전자의 발현을 높이는 방식이다.

연구진은 재생이 유전자 편집 기술의 상용화를 가로막는 가장 큰 걸림돌이라고 설명했다. 크란티 만다디 텍사스 A&M대 식물병리·미생물학과 교수는 "식물 자체의 유전자를 더 빠르고 안정적으로 재생하도록 유도할 수 있다는 점을 보여줬다"며 "감귤처럼 실험실에서 다루기 어려웠던 다년생 작물에 실질적인 가능성을 제시한다"고 말했다.

감귤과 포플러 같은 다년생 작물은 한 번의 교배 주기에 수년이 걸리고, 고부가가치 과일·견과류 작물은 실험실 형질전환과 재생에 특히 취약했다. 연구진은 외부 호르몬이나 추가 유전 물질에 의존하지 않고 식물 자체의 재생 유전자를 활성화하는 방식이 더 간소하고 확장 가능하다고 봤다.

연구진은 먼저 애그리라이프 리서치가 개발한 고속 '헤어리 루트' 시스템으로 후보 유전자를 선별했다. 이 시스템은 완전한 식물체를 재생하는 긴 과정 없이 삽목에서 뿌리 형성을 유도한다.

감자에서는 후보 유전자 17개를 검사해 뿌리 생성을 촉진하는 4개를 찾아냈다. 이 가운데 3개는 줄기 재생도 개선해 재생 효율을 45~70%로 끌어올렸다. 대조군은 약 30~35%였다. 연구 주저자인 마니칸단 라마사미 애그리라이프 리서치 연구원은 이같이 밝혔다.

형질전환과 재생이 어렵기로 알려진 감귤에서는 후보 유전자 10개 중 5개가 뿌리 형성을 유의미하게 높였다. 실험실 조건에서 이 5개 유전자는 모두 줄기 재생 효율을 80% 이상으로 올렸고, 대조군은 60% 미만이었다.

야생 딸기와 포플러에서는 형태형성 유전자 2개를 동시에 활성화하는 실험도 진행했다. 딸기는 특정 유전자를 동시에 활성화하자 완전한 유전자 편집 식물을 만드는 데 걸리는 시간이 기존 방식보다 한 달 이상 단축됐다.

포플러는 효과가 더 컸다. 유전자를 함께 활성화하자 줄기가 한 달 안에 재생됐고, 조직 배양에 통상 필요한 외부 식물 호르몬 없이도 가능했다. 두 유전자를 모두 활성화한 포플러 계통은 편집 세포 비율이 가장 높았고 온실에서 더 크고 생체량이 많은 식물로 자랐으며 뚜렷한 이상도 없었다.

이번 연구는 식량농업연구재단의 '유전자형 독립적 가임 식물 재생' 프로그램이 주로 지원했고, 미국 국립과학재단과 USDA 국립식량농업연구소, 미국 에너지부 등이 추가 지원했다.