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유전자 가위(Engineered nuclease)는 최근 유전자의 특정염기서열을 인식하여 목적 유전자 부위만을 정확히 편집하여 형질 교정을 유도하는 획기적인 기술이다. 본 연구에서는 세포벽으로 인해 형질교정율이 동물 시스템에 비하여 상대적으로 낮은 식물세포에 적용시켜 효율을 높이기 위한 조건을 확립하고자 함을 연구목적으로 하였다. 타겟 유전자인 질소환원효소(Nitrate reductase)에 맞춤 제작된 3세대 유전자가위 RGEN (RNA-guided Engineered nuclease)을 이용하여 페튜니아의 원형질체 수준에서 고효율의 형질교정을 유도시키는 조건을 조사하였다. 종자로부터 기내에서 자란 폐튜니아의 어린 잎을 사용하여 cellulose, viscozyme, pectinEX이 포함된 혼합 효소액을 처리한 후 원형질체의 분리를 유도하였다. 예비 실험으로 PEG와 형질전환에 사용된 플라스미드 DNA인 pBI1221-GFP의 농도를 조절하여 원형질체에 도입한 결과, PEG의 농도가 40%이고 Plasmid DNA의 농도를 50ug을 이용하였을 때, 30% 이상의 가장 높은 유전자 도입 효율을 보이는 것을 확인하였다. 동일한 조건으로 페튜니아 NR 유전자에 맞춤 제작된 CRISPR/Cas9을 원형질체에 도입하여 세포배양을 실시한 후 배양세포로부터 DNA를 추출하여 mid-seq을 통한 변이체 발생 비율을 확인한 결과 최대 12%까지 타겟 유전자의 교정이 유도됨을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 확립한 조건을 바탕으로 다른 가지과 작물의 다양한 선별 유전자에 적용시켜 목적 형질의 교정을 유도할 수 있는 새로운 작물 육종기술로 본 유전체 편집기술이 이용되도록 그 기반을 확립할 것이다.
