국내·외 GM식물의 개발 및 산업화 현황

이신우,Lee, Shin-Woo 한국식물생명공학회 2010 식물생명공학회지 Vol.37 No.3

지난 십년까지 상업화가 승인된 GM작물들의 특성을 보면 첫 단계에는 제초제저항성, 해충저항성, 바이러스 저항성 유전자가 도입된 작물 등으로 농업적 생산성을 증가시키기 위한 단일유전자가 도입된 것들이었으나 최근 들어 지방산 조성을 변경하거나, 특정 필수아미노산의 함량을 증가시키거나, 또는 화색을 변경 시킨 제 2세대 GM식물들의 승인건수가 점차 증가하는 추세에 있다. 뿐만 아니라, 현재 국가별로 심사 중에 있거나 환경위해성 평가용 자료를 생산하기 위하여 제한된 구역에서 포장시험을 수행하고 있는 것으로 알려진 GM 작물들을 보면 가뭄, 냉해 등에 내성이 강한 무생물적 스트레스 내성 작물, 녹색 성장의 주역이 될 biomass 증가, 또는 바이오디젤연료 생산 작물, 그리고 각종 의료용 및 산용 특수물질을 생산하는 분자농업용 작물 등이 주를 이루고 있는 것으로 조사되었다. 또한 아직은 실험실 또는 연구실 수준에서 성공하여 전문 학술지 또는 다양한 언론매체를 통하여 보도된 자료들을 분석한 결과에서도 이러한 차세대 GM 작물들의 개발건수가 현저하게 증가하고 있다. 특히 분자농업용 GM작물의 개발 건수가 가장 많은 것으로 조사되었다. 국내의 경우에도 비슷한 추세로 다양한 연구과제가 진행 중에 있는 것으로 조사되었으며. 국내에서 개발되어 최초로 환경위해성 평가를 신청한 GM 작물은 제초제 저항성잔디로서 현재까지 심사가 진행 중에 있으며, 이외에도 향후 신청을 위하여 포장시험이 진행 중에 있는 GM 작물들이 벼, 고추, 배추 등 약 10여종으로 이들 중 벼에 관한 건수가 가장 많았으며 그 중에서도 흑명나방 저항성 벼가 가장 많은 연구가 진행되어 곧 환경 위해성 평가를 신청할 것으로 조사되었다. During a last decade, the introduced traits in commercialized GM crops have been diversified from a simple trait such as herbicide resistance gene or insectresistance gene which are related to the crop production into more complicated traits such as modification of fatty acid or essential amino acid composition, modified coloring pattern of flower. In addition, it was investigated that several other GM crops bearing more refined traits expected to lead next generation are also awaiting for risk assessment (RA) or under field test for the preparation of RA in the near future. These GM crops include abiotic stress resistance including drought or cold, increased biomass, production of bioethanol or diesel, production of pharmaceuticals or functional materials for industrial. In particular, in 2008 and 2009, it was reported that the highest number of GM crops for molecular farming are under developed in laboratory or green house level in all the world. Likewise, in Korea, 171 events from 49 plant species are under developed to introduce several important traits. At present, about 10 events are under field test to select elite lines for RA application. For the first time, herbicide resistance turfgrass developed by Korean research team has been submitted for RA and currently under requested for additional data. Moreover, GM rice resistant to leaf roll (folder) disease is expected as a next event to be submitted for RA application.

반복배열된 토마토 phenylalanine ammonia-Iyase(p AL X1, PAL X2) 유전자의 구조해석

이신우,여윤수,Lee, Shin-Woo,Yeo, Yun-Soo 한국응용생명화학회 1999 Applied Biological Chemistry (Appl Biol Chem) Vol.42 No.1

토마토의 genome내에는 적어도 5개 이상의 PAL유전자 좌가 존재한다는 사실을 이 등(1992)이 이미 genomic Southern blot hybridization으로 확인하여 보고하였다. 그러나 본 연구에서 제작한 genomic DNA libraries를 대상으로 검색한 결과 기존에 보고된 PAL유전자 이외에 약 15 kb 와 10 kb에 해당하는 큰 EcoRI 단편을 확보 할 수 있었다. 이들 단편을 BamHI, HindIII등 9종의 제한효소를 사용하여 Southern blot hybridization을 행한 결과 PAL X1의 경우는 모든 효소에 대하여 2개의 단편이 hybridization 되었으며, 특히 BamHI으로 절단하여 얻은 3개의 단편중 두 개는 PAL5 유전자의 exon 2 부위에서 취한 oligomer(18 mer)와 primer extension 반응이 진행되어서 약 200 bp의 PAL유전자와 아주 높은 상동성을 갖는 염기서열이 확인되었다. 따라서 PAL X1유전자는 2 copy의 유전자가 나란히 존재하거나 아니면 염색체 재배열이 진행된 것으로 추정된다. 이러한 결과는 적어도 7개 이상의 PAL유전자 좌가 토마토 염색체내에 존재하는 것으로 사료된다. We observed the structure of phenylalanine ammonia-lyase gene (PAL) which is one of the best studied plant defense-related genes responding to pathogen infection by producing suberin, lignin, and phytoalexins. In tomato, at least 5 different genetic loci have been identified by genomic southern blot hybridization and nucleotide sequence analyses of partially cloned gene fragments (Lee et al. 1992). However, our results suggest that two other isoforms designated as PAL X1 and PAL X2 are located on the chromosome in tomato plant. Furthermore, the preliminary results obtained from southern blot hybridization analyses of subcloned fragment digested with several restriction endonuclease indicated that PAL X1 and PAL X2 clones contain at least two copies of PAL gene and partial nucleotide sequence analyses of each subcloned fragment with the same primer taken from known nucleotide sequence of PAL5 gene indicated that they are located side by side on the same chromosome.

생활 쓰레기의 매립방식과 침출수 재순환이 안정화에 미치는 영향

이신우,윤인상,김규연,정경진,이동훈 ( Shin Woo Lee,In Sang Yoon,Kyu Yeon Kim,Kyeong Jin Chung,Dong Hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 1994 한국폐기물자원순환학회지 Vol.11 No.3

엉겅퀴의 ITS 영역 염기서열 분석을 통한 특이적 SNP 분자마커의 개발

이신우,이수진,김윤희,Lee, Shin-Woo,Lee, Soo Jin,Kim, Yun-Hee 한국식물생명공학회 2018 식물생명공학회지 Vol.45 No.2

엉겅퀴는 일반적으로 이용되는 대표적인 다년생의 약용식물이다. 최근 국제적 추세에 따라 자국의 유전자원의 발굴, 보존 등이 강화됨에 따라 인접국가와 국내 자생 엉겅퀴 계통을 판별 할 수 있는 기준 설정에 관한 연구의 필요성이 대두되고 있지만, 분자생물학적 판별 기술의 개발은 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 국내 토종과 해외 유래 엉겅퀴종의 기원을 판별하기 위해 핵의 리보솜에 존재하는 ITS 유전자단편에서 SNP를 이용한 판별 프라이머를 확보하였으며, 이를 보완하여 보다 신속하게 판별하기 위하여 ARMS-PCR 및 HRM 기술을 이용한 판별 마커와 그 조건을 확립하였다. 또한, 국내 종 특이적 프라이머들을 이용한 정량적 PCR 분석방법을 이용해 두 가지 종의 genomic DNA의 혼합 여부를 판별하였다. 그러므로, 본 연구에서 개발된 SNP 마커는 다양한 지역 또는 국가에서 서식하는 엉겅퀴 종들의 신속한 확인을 위해 매우 유용하게 이용될 것으로 생각된다. Thistle is a perennial plant that is widely used for medicinal purposes. Information on the genetic diversity of thistle populations are great important for their conservation and germ plasmic utilization. Although thistle is an important medicinal plant species registered in South Korea, no molecular markers are currently available to distinguish them from other similar species from different countries. In this study, we developed single nucleotide polymorphism (SNP) markers derived from the nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacer (ITS) regions of genomic sequences to identify distinct Korean-specific thistle species via an amplification refractory mutation system (ARMS)-PCR and high resolution melting (HRM) curve analyses. We performed molecular authentication of four different kinds of thistle species from different regions using DNA sequences in the ITS intergenic region. We also developed a quantitative PCR assay using species-specific ITS primers, which allowed us to estimate the ratio of Korean-specific thistle species using varying ratios of mixed genomic DNA templates from the two species. The SNP markers developed in this study are useful for rapidly identifying specific thistle species from different countries.

Erratum: 진보된 DNA barcoding 기술을 이용한 당귀(Angelica)속 식물의 기원 판별 기술에 관한 연구 동향

이신우,신용욱,김윤희,Lee, Shin-Woo,Shin, Yong-Wook,Kim, Yun-Hee 한국식물생명공학회 2022 JOURNAL OF PLANT BIOTECHNOLOGY Vol.49 No.1

유전자변형식물의 국내 연구 현황

이신우,Lee, Shin-Woo 한국식물생명공학회 2003 식물생명공학회지 Vol.30 No.1

본 연구에서는 10종의 국내 학술지와 11종의 SCI 학술지에 국내 학자들이 게재한 GM 식물 개발 관련 논문을 분석하여 국내의 GM 식물 개발 현황을 조사하였다. 국내 학술지의 경우 지난 1990년부터 2002년 9월까지 발표된 총 204편중에서 총설 등에 해당하는 논문을 제외한 190편에 대하여 분석한 결과, 담배를 대상으로 한 연구 논문이 65편으로 가장 많았으며, 벼가 20편으로 2위를 차지하였으나 다른 주요 곡류 작물인 옥수수, 밀, 콩, 보리 등은 각각 단 1편씩의 연구결과가 발표되었다. 대부분의 연구가 기초 연구인 형질 전환 기술의 확립(46편), 유전자 발현기술(34), 유전자 운반체 개발(10) 등에 해당하는 논문들이었으나 최근 들어 유용물질 및 단백질 생산 작물 및 영양성분이 강화된 작물 등 품질을 개량하기 위한 연구가 점차 많이 발표되는 것으로 조사되었다. 연도별 논문의 발표건수는 1990년도부터 점차 증가하여 1996년도에 최고치(39편)를 기록한 후 다시 감소하는 경향을 보였으며 식물생명공학회지가 100여 편의 GM 식물 개발 관련 논문을 게재함으로써 이 분야에서는 주된 학술지인 것으로 조사되었다. SCI 학술지의 경우에도 담배를 대상으로 한 연구가 10편으로 가장 많았으며 벼가 7편, 애기장대가 5편 등으로 발표되었으나, 주곡작물인 옥수수, 밀, 보리, 콩 등은 단 1편의 논문도 발표되지 않았으며, 유전자 발현 기술 등에 해당하는 기초연구 논문이 16편으로 50%를 차지하였으며 내병성이 7편, 재해저항성이 3편, 제초제 내성이 2편 등으로 조사되었다. 한편, SCI 학술지의 논문 게재 건수는 해마다 꾸준히 증가하는 추세에 있으며 impact factor가 높은 유수한 국제 학술지에도 점차 게재 건수가 많아지고 있는 사실을 확인할 수 있었으나 실험실, 온실 등에서 유전자의 도입이 확인된 GM 식물에 관한 안전성 평가 연구의 일환인 포장 시험 연구 결과에 관한 논문은 거의 없는 것으로 조사되었다. In an attempt to evaluate the current research status of genetically modified (GM) plants, the scientific research publications in Korea as well as in international SCI journals were screened. About 190 research articles related to the development of GM plants were searched from 10 different domestic journals in the last 12 years (Jan. 1990 to Sept. 2002), The researches in 65 articles were carried out with tobacco plant, 20 with rice, 19 with potatoes, and less then 9 articles from each other plant species, respectively, In total, 38 different plant species were being subjected for the development of GM plants. In particular, there was only one article for each major staple grains such as wheat, barley, soybean, and maize. In more than 47% of total published articles, scientists mainly focused on the basic research such as developing transformation system (46 articles), gene expression study in transgenic plants (34), and vector constructions (10). In addition, 28 articles which main authors are Korean scientists were searched from 11 different international SCI journals. Again, major plants for GM research were tobacco (10) and rice (7). More than 50% of published articles were focused on the basic research, gene expression study with transgenic plants (16). The publications on the research of disease-resistant plants were 7 articles, 3 for the development of stress-resistant and 2 for the herbicide-resistant plants, respectively. It is believed that the last 10 year's investment through government organizations has just strengthen the capacity for the next big stride on agricultural biotechnology in Korea.

Erratum: 진보된 DNA barcoding 기술을 이용한 당귀(Angelica)속 식물의 기원 판별 기술에 관한 연구 동향

이신우,신용욱,김윤희,Lee, Shin-Woo,Shin, Yong-Wook,Kim, Yun-Hee 한국식물생명공학회 2022 식물생명공학회지 Vol.49 No.1

당귀(Angelica spp.)의 기원분석에 관한 분자생물학적 연구 현황 및 향후과제

이신우,이수진,한은희,신의철,조계만,김윤희,Lee, Shin-Woo,Lee, Soo-Jin,Han, Eun-Heui,Sin, Eui-Cheol,Cho, Kye Man,Kim, Yun-Hee 한국식물생명공학회 2017 식물생명공학회지 Vol.44 No.1

당귀는 우리나라를 포함하여 중국과 일본 등 아시아국가에서 유용하게 이용되는 한약재이다. 그러나 국가마다 그 기원을 달리하기 때문에 혼 오용이 심하고 국제시장에서 혼란을 불러일으킬 소지가 다분하다. 따라서 오래전부터 형태학적, 세포유전학적 분석과 지표성분을 이용한 화학적 판별 마커의 개발에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 또한 최근에는 다양한 재배환경과 수확 후 가공 및 처리방법에도 비교적 안전한 유전자 단편의 염기서열 비교분석을 통한 분자생물학적 기술을 적용한 판별기술의 개발에 관한 연구결과 들이 발표되고 있다. 그러나 아직까지 이들 기술의 실용화를 통한 현장 적용에는 한계가 있으며 보다 많은 후속연구가 수행되어야 한다. 이에 본 논문에서는 현재까지의 연구결과를 바탕으로 얻어진 문제점을 논하고 향후 필요한 추가 연구 과제들에 관하여 기술하였다. The dried root of Angelica species is used in traditional Chinese medicine in East Asia, particularly in Korea, China and Japan. Since the plant origin differs in these countries, they are often misused or adulterated in the commercial markets, resulting in distrust among the consumers. Enormous efforts have therefore been focused to distinguish the origin for the Angelica genus, by using morphological or cytogenetical analyses, and chemical markers based on biochemical analyses of secondary metabolites. DNA is considerably stable against different cultivation conditions, and to treatment and processing after harvesting of plants. Hence, several researches have been filed for the development of molecular markers, based on the single nucleotide polymorphisms in specific regions of DNA. However, there are several obstacles for application in the commercial markets, concerning the reproducibility, accuracy, sensitivity, and rapidity of these tests. In this review, we summarize the research achievements that help classify the origin of Angelica species, in particular, Angelica gigas Nakai. A. sinensis(oliv.) Diels, A. acutiloba Kitag., and A. acutiloba var. sugiyamae Hikino. Further researches are required for practical applications.

유전자편집 작물의 개발 현황 및 농업생명공학기술의 국가 경쟁력 강화

이신우,Lee, Shin-Woo 한국식물생명공학회 2018 식물생명공학회지 Vol.45 No.3

본 논문은 현재까지 개발된 유전자편집 기술들의 작용기작 및 장 단점 등을 비교하고 이들 기술로 개발된 유전자편집(site-directed mutagenesis, SDN)작물들의 안전성 평가를 위한 분류 기준 등을 살펴보았다. 또한 2016년부터 2018년 5월 현재까지 발표된 유전자편집 식물 개발과 관련된 논문들을 조사하여 ZFN, TALENS, CRISPR기술별 발표 논문 추세를 조사한 결과 CRISPR기술을 적용한 연구건수가 절대적으로 많았다. 또한 애기장대와 벼를 대상으로 수행한 연구건수가 가장 많았으며, 담배와 토마토, 밀, 옥수수 등이 그 뒤를 이었다. 하지만 발표건수는 아직 1~2건에 해당하지만 대상 식물들은 주곡작물을 포함하여 화훼, 채소, 과수 등으로 다양하게 그 응용 범위가 확대되고 있는 것으로 조사되었다. 특히 실용화 또는 향후 상업화를 목표로 한 연구건수도 해마다 증가하는 추세에 있으며 그 응용 범위도 유용단백질 또는 물질의 대량생산을 위한 대사공학 연구와 바이러스, 세균, 곰팡이 등에 대한 병저항성 작물의 개발, 가뭄 등의 무생물적 환경스트레스 저항성 작물, 수량이 증대된 작물 등의 개발에 집중되었다. 이 외에도 단위결실 토마토, 웅성불임성 이용 hybrid벼, 탈립 저항성 증진 등으로 응용 범위가 점점 다양화되어 가고 있음을 알 수 있었다. 또한 미국 농무성의 동 식물 검역소에서 허가를 득한 CRISPR유전자편집 작물의 건수도 해마다 증가하여 조만간 이들이 국제 종자시장에 출시될 것으로 전망된다. In this paper, mechanisms of gene editing technologies including ZFN, TALENS and CRISPR were briefly discussed with mutual advantages and disadvantages. Classification criteria of gene edited, site-directed mutagenesis (SDN) crops for regulatory purpose were also discussed. The number of studies using CRISPR technology was high and studies conducted on Arabidopsis thaliana and rice were highest, followed by tobacco, tomato, wheat, and corn. It has been applied to a variety of plants such as other grain crops, flower crops, vegetable crops, and fruit trees. The number of studies focused on practical application or commercialization in the future were also increasing yearly, and the scope of studies also expanded to include research on metabolic engineering for mass production of useful proteins or substances, development of disease resistant crops against viruses, bacteria, and fungi, abiotic environmental stressresistant crops, and increased yields. In addition to this, it was revealed that application range is becoming more diversified, including the development of parthenocarpic tomatoes, hybrid rice lines using male sterility and increased shattering resistance Brassica napus. It was also revealed that the number of CRISPR gene edited crops permitted by the USDA(APHIS) increases yearly, to be released in the international seed market soon.

진보된 DNA barcoding 기술을 이용한 당귀(Angelica)속 식물의 기원 판별 기술에 관한 연구 동향

이신우(Shin-Woo Lee),신용욱(Yong-Wook Shin),김윤희(Yun-Hee Kim) 한국식물생명공학회 2021 JOURNAL OF PLANT BIOTECHNOLOGY Vol.48 No.3

We reviewed current research trends for discriminating between species of the Angelica genus, a group of important medicinal plants registered in South Korea, China, and Japan. Since the registered species for medicinal purposes differ by country, they are often adulterated as well as mixed in commercial markets. Several DNA technologies have been applied to distinguish between species. However, one of the restrictions is insufficient single-nucleotide polymorphisms (SNPs) within the target DNA fragments; in particular, among closely-related species. Recently, amplification refractory mutation system (ARMS)-PCR and highresolution melting (HRM) curve analysis techniques have been developed to solve such a problem. We applied both technologies, and found they were able to discriminate several lines of Angelica genus, including A. gigas Nakai, A. gigas Jiri, A. sinensis, A. acutiloba Kitag, and Levisticum officinale. Furthermore, although the ITS region differs only by one SNP between A. gigas Nakai and A. gigas Jiri, both HRM and ARMS-PCR techniques were powerful enough to discriminate between them. Since both A. gigas Nakai and A. gigas Jiri are native species to South Korea and are very closely related, they are difficult to discriminate by their morphological characteristics. For practical applications of these technologies, further research is necessary with various materials, such as dried or processed materials (jam, jelly, juice, medicinal decoctions, etc.) in commercial markets.