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보고서 상세정보

광합성 남세균 유전자의 작물 엽록체 게놈 도입에 의한 “CyanoCrop 개발
Development of “Cyano Crops" by introducing cyanobacterial genes into the chloroplast genome of crops

  • 사업명

    21세기프론티어연구개발사업(작물유전체기능연구)

  • 과제명

    광합성 남세균 유전자의 작물 엽록체 게놈 도입에 의한 ''CyanoCrop'' 개발

  • 주관연구기관

    한국생명공학연구원
    Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology

  • 연구책임자

    유장렬

  • 참여연구자

    정화지   민석란   정원중   박주영   김현태   허정혜   김미나  

  • 보고서유형

    2단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2007-05

  • 과제시작년도

    2006

  • 주관부처

    농촌진흥청

  • 사업 관리 기관

    농촌진흥청
    Rural Development Administration

  • 등록번호

    TRKO201000012393

  • 과제고유번호

    1390007459

  • 키워드

    색소체형질전환.광합성남세균.캘빈회로.광합성.바이오매스.plastid transformation.cyanobacteria.calvin cycle.photosynthesis.biomass.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Most of our crops, such as wheat, rice, soybean or potato are classified as C3 plants as the first product of atmospheric CO2 fix...

    Most of our crops, such as wheat, rice, soybean or potato are classified as C3 plants as the first product of atmospheric CO2 fixation is the 3-carbon compound 3-phosphoglycerate (3-PGA), which is produced in the Calvin cycle by Rubisco (the only enzyme capable of net carbon assimilation) in the chloroplast stroma. However, competition of O2 with CO2 at the active site of Rubisco results in a loss of up to 40% of the carbon fixed in a process known as photorespiration. However, common C4 plants, such as corn,
    sorghum or sugarcane, and CAM (Carassulacean acid metabolism) plants which have "Kranz anatomy" are shown not only an increased CO2 prefixation but a resistance to environmental stresses by a spatial separation of C3 pathway in the bundle-sheath cells and C4 pathway in the mesophyll cells. Recently, researchers in laboratories around the world have attempted to improve photosynthesis and crop yield by introducing a single cell C4-cycle in C3 plants by a transgenic approach.
    Chloroplast transformation has become one of the potential tools of plant biotechnology because of advantages over nuclear transformation such as a high level of the desired gene expression and an avoidance of environmental dissemination of pollen-mediated foreign gene. Using the plastid transformation system established during 1st phase of this research we introduced photosynthesis related genes, PEPC, FBP/SBPase, PPDK, and ME isolated from the photosynthetic cyanobacterium into the chloroplast genome of tobacco (C3) to improve photosynthetic efficiency and crop yield. The genes identified their biological functions in tobacco plants will be applied to crops such as potato, soybean, and rice in the third stage of this project.


    1) 감자 엽록체 게놈 전 염기서열을 완성하여 감자 엽록체 형질전환 벡터 제작에 활용하였음.
    2) 현재 감자 엽록체 형질전환 시스템을 확립하였음.
    3) Synechocystis sp. PCC6803으로부터 확보한 FBP/...

    1) 감자 엽록체 게놈 전 염기서열을 완성하여 감자 엽록체 형질전환 벡터 제작에 활용하였음.
    2) 현재 감자 엽록체 형질전환 시스템을 확립하였음.
    3) Synechocystis sp. PCC6803으로부터 확보한 FBP/SBPase와 PEPC 유전자를 담배의 색소체로 도입하여 형질전환 식물체를 확보하였음. FBP/SBPase 유전자가 도입된 T1 세대 식물체의 표현형 및 생리적 특성을 조사한 결과 광합성효율과 효소 활성도가 대조구 식물체에 비해 월등히 증가하였으며 총 바이오매스도 10-15% 증가됨을 확인함. 따라서 단일 유전자를 엽록체내로 직접 도입하여 캘빈회로를 조절하는 방법이 핵 형질전환에 비해 보다 효율적인 것을 알 수 있음.
    4) C. glutamicum과 E. coli K12 strain으로부터 확보한 NADP-MDH와 NADP-ME 유전자를 담배 색소체 및 핵으로 도입하여 형질전환체를 확보하여 T1 세대의 표현형 및 광합성효율을 조사함. NADP-MDH 형질전환 T1 식물체 경우 대조구 식물체에 비해 2-3배의 광합성효율 증가와 약 15%의 바이오매스 증가율을 나타냄. 이러한 결과는 원핵생물 유래의 C4 회로 유전자가 유관속 초 세포가 존재하지 않는 C3 식물의 엽록체 엽육세포에서 효과적으로 기능을 한다는 것을 확인하였으며 FBP/SBPase와 함께 향후 작물에 직접 활용하고자 함.
    5) A. tumefacience C58의 genomic DNA로부터 PPDK 유전자를 확보하여 담배 엽록체로 도입하여 T0 세대를 확보함.
    6) 기존의 rrn promoter 및 psbA terminator vector를 사용하였을 때 생기는 2차 recombination을 방지할 수 있도록 벼 clp 유전자의 promoter와 대장균의 rrnB1B2 terminator (HCE terminator)로 만든 색소체형질전환 벡터를 기술이전함.


  • 목차(Contents) 

    1. 제출문 ...1
    2. 초록 ...2
    3. 요약문 ...3
    4. SUMMARY ...7
    5. CONTENTS...12
    6. 목차 ...13
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ...14
    8. 제1절 연구과제 개요 ...14
    9. 제2절 연구개발의 필요성 ...15
    10. 제3절 ...
    1. 제출문 ...1
    2. 초록 ...2
    3. 요약문 ...3
    4. SUMMARY ...7
    5. CONTENTS...12
    6. 목차 ...13
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ...14
    8. 제1절 연구과제 개요 ...14
    9. 제2절 연구개발의 필요성 ...15
    10. 제3절 연구개발의 최종목적 ...20
    11. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...21
    12. 제1절 국내 동향 ...21
    13. 제2절 국외 동향 ...22
    14. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...24
    15. 제1절 감자 색소체 게놈 염기서열 결정 ...24
    16. 제2절 광합성남세균 FBP/SBPase 유전자가 엽록체 게놈에 도입된 담배 식물체 제작 ...39
    17. 제3절 C4 타입 유전자가 엽록체 게놈에 도입된 담배 식물체 제작 ...57
    18. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...86
    19. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...88
    20. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...89
    21. 제7장 참고문헌 ...90
  • 참고문헌

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