식물 유전체 편집을 위한 CRISPR/Cas9의 적용 = Applications of CRISPR/Cas9 system for plant genome editing

국문 초록 (Abstract)

초 록 최근 유전자 편집 기술을 Streptococcus pyogenes에서 유래한 CRISPR/Cas9 system이 주도하고 있다. 바이러스 침입에 대항하는 면역체계인 CRISPR/Cas9 system을 활용하여 목표 유전자에 돌연변이를 유발하거나 목표 유전자를 원하는 염기서열로 편집할 수 있다. CRISPR/Cas9 기술은 목표 유전자의 변화로 인한 생물학적 표현형 변화 연구에 적용되며 기능 유전학 연구에 핵심적인 역할을 할 수 있다. 나아가 인간 질병 modeling, 유전질환 치료, 신약 개발, 식물 바이오 매스 증대, 종자 생산량 증산 등 다양한 영역에서 활용 가능하다. CRISPR/Cas9 system의 CrRNA과 tracrRNA은 결합하여 sgRNA로서 역할을 하고 목표 유전자 특이성 및 Cas9 단백질의 인식에 관여한다. PAM 은 Cas9 단백질의 DNA 결합에 관여하는 필수적인 염기서열이며, 실험 설계 단계에서 sgRNA와 함께 고려되어야 한다. Cas9 단백질은 DNA에 double-strand break를 발생시켜 DNA 보수 기작을 유도한다. 목표 유전자는 DNA 보수 기작을 거치는 동안 돌연변이가 발생하거나 유전자가 편집된다. 식물은 인간의 주식, 치료제, 바이오 연료원 등을 제공하며 삶의 유지와 질적 향상에 밀접한 역할을 한다. 유전체에 임의 돌연변 이를 유발하는 기존의 화학적 물리적 돌연변이 유발 방법과 달리 CRISPR/Cas9 system은 식물 유전체 특정 위치에 돌연변이를 유발시킬 수있다. CRISPR/Cas9 system은 실제적으로 이미 개발된 Agrobacterium-mediated transformation과 particle bombardment 기술 등 식물 형질전환 기법을 통해 식물체에 적용 가능하다. 유전체 크기가 크고 반복 서열의 비중이 높은 일부 작물에서는 목표 유전자 특이성 확보가 어렵고 원하지 않는 유전자가 돌연변이 되는 off-target 발생 가능성이 높으나, 애기장대, 담배, 벼 등 모델 식물과 일부 작물에서 실제 적용 사례가 보고 되어 있다. CRISPR/Cas9 system은 실험이 단순하고 효율적이며 한 번에 여러 유전자에 적용 가능하고 비용이 저렴한 큰 장점을 가지고 있으며 식물을 포함한 동물, 심지어 인간에게도 적용 가능하다. CRISPR/Cas9 system을 활용한 유전체 편집 기술은 인간의 삶의 질 향상에 핵심적인 역할을 담당할 것으로 예측된다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론
• II. CRISPR/Cas9 system의 이해
• III. CRISPR/Cas9 system과 기존 system의 차별성
• IV. Off-target effect의 감소 방안 모색
• V. CRISPR/Cas9 system의 식물에 적용
• VI. 결론 및 전망