<h1>서 론</h1><p>철은 호흡이나 광합성, 질소고정, 세포분열 등과 같은 대사과정에서의 중요한 역할로 인해 사실상 모든 형태의 생물에 필수적인 요소이다. 철분 \( \left(\mathrm{Fe}^{-2}\right) \) 은 미량원소로서 적은 량이 필요하지만 인체에 있어서 헤모글로빈의 주성분으로서 성장 속도가 빠른 유아, 임산부 및 가임여성 등에 있어서 결핍은 매우 심각한 문제를 야기할 수 있다. 세계 보건기구에 의하면 전 세계 인구의 \( 30 \% \) 가 철분 결핍성 빈혈을 가지고 있으며, 특히 취학 전 아동의 \( 43 \% \), 임산부의 \( 51 \% \), 학동기 아동의 \( 37 \% \) 에서 증상이 나타나고 있다. 벼를 주식으로 하고 있는 우리나라에서 쌀밥에서의 철분의 함량을 고려할 때에 임산부의 경우 \( 20 \mathrm{mg} / \) day 정도의 철분이 필요하나 벼에서는 단지 \( 0.4 \mathrm{mg} / 100 \mathrm{~g} \) 에 불과하므로 결핍현상이 초래되기 쉽다.</p><p>식물체내에서 ferritin은 철 저장단백질로서 철농도를 조절함으로써 살아있는 세포 내에서 중요한 역할을 하는데, 첫 번째는 철을 ferredoxin이나 cytochrome 같은 철단백질의 합성을 위해 공급하는 것이며, 두 번째는 iron/dioxygen의 상호작용으로 인한 자유기로부터의 유해한 작용을 방지하는 역할을 하는 것이다. Ferritin 단백질의 세포 내 철 항상성에 있어서 중요한 점은 4,500 개의 다량의 철 분자를 수용성, 생체 이용성, 무독성의 형태로 단백질 중앙 부위에 저장한다는 점이다.</p><p>Ferritin 유전자는 동물에 있어서 Dickey 등이 ferritin mRNA-specific trans-acting factors를 검출하였고, 그 후 ferritin 조절 단백질을 분리하고 클로닝하여, 보존된 조절 염기배열을 확인하였다. 식물에 있어서 ferritin 유전자는 콩(Ragland et al. 1990), 강낭콩(Spence et al. 1991), 완두콩(Lobreaux et al. 1991), 고추(Kim et al. 1998) 및 옥수수(Lobreaux et al. 1992)에서 분리되어 염기서열이 밝혀졌으며, 동식물 아미노산 서열과의 상동성도 분석되었다. 형질전환기술을 이용하여 ferritin 유전자를 작물로 도입한 연구는 Kim 등이 콩에서 유래한 ferritin 유전자를 고추에 형질전환하여 철분 함량을 높였으며, Kim 등은 상추에 ferritin 유전자를 형질전환 하였다. 그리고 일본의 Goto 등은 ferritin 유전자를 아그로박테리움을 이용한 형질전환 방법으로 벼에 도입하여 철분 함량이 일반 벼 보다 2.5배정도 높은 형질전환 벼를 얻었다고 보고하였다. 그러나 철분 함량이 낮은 품종을 사용하였으며, glutelin 프로모터를 사용하여 대부분의 철 단백질이 호분층에 저장되어 도정시 \( 50 \% \) 정도가 제거됨으로 그 이용 효율이 낮았다.</p><p>형질전환법을 이용하여 외래 유전자를 식물에 도입한 후에는 도입 유전자가 안정적으로 발현되는 것이 가장 중요하다. Jones 등은 도입 유전자의 copy수와 발현수준에는 연관성이 없다고 하였으며, Finnegan 등은 도입 유전자가 두 개 이상 존재할 경우에는 도입 유전자의 발현이 정지할 경우가 많다고 하였다. 그리고 Vain 등은 형질전환된 작물 중 \( 50 \% \) 정도가 세대를 거듭함에 따라 도입 유전자의 발현수준이 떨어지거나 정지하는 경향을 나타낸다고 하였다. 이는 형질전환 식물체의 육성에 큰 걸림돌이 되어왔다. 그러나 최근 Spiker와 Thompson 이 염색체 구조와 유전자 발현의 연관관계를 연구한 바에 의하면 염색체 상에 전사적 작용 domain과 전사적 비작용 domain이 존재하고 염색체상의 이러한 domain을 제한하는 부위가 있는데, 이를 MAR (matrix attachment region)라고 하였다. MAR는 염색체상의 도입부위에 관계없이, 혹은 도입 유전자의 수에 비례해서 유전자 발현을 안정적으로 유도한다는 사실이 동물세포 및 식물세포에서 보고되었다 (Van et al. 1996; Miynarova et al. 1995). 이를 바탕으로 Jang 등은 발현 안정화에 기여하는 MAR를 형질전환용 운반체의 양쪽 board 안쪽 부위에 장착시켜서 도입 유전자의 안정적 발현을 유도할 수 있도록 운반체를 제작하였다. 또한 이 운반체는 제초제 저항성 유전자(bar)를 선발 마커로 사용했기 때문에 형질전환 식물체를 만든 다음에 선발을 용이하게 하는 특징이 있다.</p><p>종자를 이용하는 많은 작물들에 있어 유용 유전자를 종자 내에서 집중적으로 발현시키기 위한 가장 효율적인 방법은 종자내에서 특이적으로 발현하는 프로모터를 운반체에 사용하는 것이다(Wu et al. 1998). 유용 유전자의 발현을 조직 특이적으로 조절할 수 있고 또한 유용 유전자를 종자 내에서 집중적으로 발현시킬 수 있는 배유 특이 프로모터의 기능을 사용하면 많은 작물들에 있어서 유용 유전자의 기능을 종자에 집중시킬 수 있다는 이점이 있다.</p><p>따라서, 본 연구에서는 벼와 옥수수의 종자 저장 단백질인 globulin, glutelin 및 zein으로부터 분리된 배유 특이 프로모터와 콩으로부터 분리된 ferritin 유전자를 결합하여 배유에서만 특이적으로 발현하는 운반체를 제작하고, 만들어진 운반체를 Agrobacterium을 이용하여 형질전환 시킴으로써 고농도 철 단백질 생산 능력을 가진 벼 품종 육성을 위한 분자육종소재를 얻고자 하였다.</p>
식물체내에서 철 저장단백질로서 철농도를 조절함으로써 살아있는 세포 내에서 중요한 역할을 하는 이것은 무엇인가?
ferritin