첨단바이오기술을 통한 정밀 식물 엔지니어링

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-73

◆ 유전자편집기술, 단일세포 오믹스, 공간 오믹스, 실시간 이미징 등 첨단바이오기술에 의해 새로운 접근의 작물 생산성 향상 시대로 진입

○ 전 세계는 기후 변화와 인구 증가로 인한 심각한 식량 안보 위기에 직면, 이러한 도전에 대응하기 위해 지난 수십 년간 작물 수확량을 증대시켜 온 전통적인 육종 기술은 점차 그 한계에 봉착

- 복잡한 유전적 특성을 정밀하게 제어하지 못해 예기치 않은 부작용이 발생하는 경우가 많기 때문

- 정밀한 작물 개량을 위해 식물의 성장과 발달을 근본적으로 조절하는 식물 호르몬, 특히 브라시노스테로이드(Brassinosteroid, BR)*를 활용한 혁신적인 작물 개량 시도

* 식물 성장, 발달 및 스트레스 반응 등에 핵심적인 식물 스테로이드 호르몬으로, 세포 분열부터 신장, 분화에 이르기까지 성장과 발달의 전 과정에 관여

○ 최근 발표된 사이언스(Science) 리뷰 논문에서는 유전자편집기술, 단일세포 오믹스, 공간 오믹스, 첨단 이미징기술과 컴퓨터 모델링 등을 활용하여 정밀농업기술의 토대를 마련하고 있는 연구성과들을 소개

- BR 신호전달 경로를 조직 및 세포 수준에서 정밀하게 제어함으로써, 부작용은 최소화하고 작물의 수확량과 환경 회복력은 극대화할 수 있는 차세대 작물 개발 전략을 제시

◆ 브라시노스테로이드(BR)는 강력한 성장 촉진 능력 때문에 농업 생산성 향상의 주요 표적으로 주목

○ 그러나 식물 전체에 걸쳐 BR의 농도나 신호 전달을 조작할 경우, 의도치 않은 심각한 왜소화, 생식 능력 저하, 기형 발생 등 다양한 부작용(pleiotropic effects)을 초래

- 합성 BR을 농경지에 직접 살포하는 외부 처리 방식은 높은 비용과 낮은 안정성, 그리고 처리 시기나 환경 조건에 따라 효과가 달라지는 문제로 인해 대규모 상업화에 한계

- 유전공학기술을 이용해 BR 관련 유전자를 과발현시키는 경우, 식물의 모든 조직에서 유전자가 항상 발현되면 특정 형질(낟알 크기 증가 등)을 개선하는 동시에 다른 형질(키, 잎 모양 등)에 부정적 영향을 미치는 '상충 효과(trade-offs)'를 유발

○ 이러한 기존 접근법의 한계를 극복하기 위해서는 특정 조직이나 기관에만 선택적으로 BR의 효과를 발휘하도록 하는 보다 정밀한 접근법이 필요

- '정밀 식물 공학(precision plant engineering)'이라는 새로운 패러다임이 부상, 이는 첨단바이오기술을 활용하여 BR 신호 전달의 복잡한 메커니즘을 세포 및 조직 수준에서 깊이 있게 이해하고, 이를 바탕으로 호르몬의 작용을 시공간적으로 정밀하게 제어하는 것을 목표

- 이러한 접근법은 불필요한 부작용 없이 원하는 농업 형질만을 선택적으로 강화할 수 있어 미래의 맞춤형 작물 설계를 가능하게 하는 해결책이 될 것으로 기대

< 정밀 식물 공학(precision plant engineering)에 활용되는 첨단바이오기술 >

출처 : Science, Unlocking the potential of brassinosteroids: A path to precision plant engineering, 2025.11.6.; 국가생명공학정책연구센터 재가공