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I. 연구과제명
■ 주관 과제명: 유용 생물자원 첨단 탐색 기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
■ 우리나라 자생 생물자원을 효율적으로 보전, 관리함과 동시에 생물산업의 근간을 이루는 유용 생물소재 발굴 및 유용 생물자원을 이용한 신물질 또는 신약 개발을 위해서는 수많은 생물종의 탐색 및 분류와 선별 과정을 거처야 하며, 다양한 생물종 및 품종을 정확히 동정하고 유용형질을 정성적, 정량적으로 파악할 수 있어야 함.
■ 그러나 생물종을 탐색, 동정, 분류에 주로 사용되어 왔던 형태형질에 기반한 종 판별 방법은 분류군에 대한 전문적인 지식이 필요하고, 형태형질의 변이에 대한 깊은 이해가 요구되며, 종 판별 과정에서 주관성이 개입될 여지가 있고, 분석에 사용되는 생물 재료가 비교적 완전해야 하는 한계점을 가지고 있음.
■ 반면, DNA를 이용한 종 판별 기술은 생물의 부분 재료만으로도 생물종을 빠른 시간 내에 비교적 손쉽고, 객관적으로 식별할 수 있는 장점이 있는 신기술이나 우리나라의 경우에는 아직 이러한 연구 개발이 체계적으로 수행된 바 없음.
■ 따라서, 본 과제는 자생 난과 식물과 기능성 소재로서 중요한 생리활성물질 식물 자원을 대상으로 유용 생물자원의 첨단 온라인 탐색 동정 시스템을 개발하는 것을 최종 목표로 하며, 이를 위해 1) 비교형태 분석을 통해 주요 식별형질을 정의 하고, 2) DNA 염기서열을 분석하여 DNA 바코드를 개발하며, 3) 이를 토대로 DNA 칩을 이용한 대용량 검색 기법을 확립하고, 4) 관련 유용 생물자원의 전승지식 정보를 체계화하여 웹 환경 하에서 연계시킴으로써 온라인 상호대화형 동정 및 특성정보 획득 가공이 가능한 첨단 탐색동정 시스템을 개발 운영하여, 이를 통해 5) 국가 생물자원의 보전, 관리 및 산업적 활용의 기틀을 마련하며, 6) ABS 대응 한반도 유용 생물자원의 소유권을 대내외적으로 선언하고자 함.
III. 연구개발의 내용 및 범위
■ 원예용, 향장자원 및 멸종위기종 복원의 측면에서 중요한 난과식물과 생리활성물질 자원인 산형과, 두릅나무과 및 마디풀과 식물(종 169종 이상)을 대상으로 형태 정보, DNA 바코드 정보, 전승지식 정보 등을 획득하여 이를 DB 형태로 체계화
■ 웹 환경하에서 포괄적 검색, 정보 획득 및 가공이 가능한 알고리즘을 개발하여 유용 생물자원의 탐색 동정 시스템을 개발
■ 대용량 검색이 가능한 DNA 칩 제작 및 상용화 추진
IV. 연구개발 결과
1. 대상 분류군 형태정보 확보
▶ 대상 분류군: 난과 42속 97종, 산형과 34속 84종 선정
▶ 대상 분류군 주요 식별 형질 선정 완료: 산형과 60개, 난과 19개 형질
▶ 검색형질 추출 및 자료행렬(data matrix) 구축: 181종
2. 유용 생물자원의 전승지식 정보 DB화
▶ 제1 세부과제에서 도출된 유용 생물자원의 전승지식 정보 DB 구축: 총 382분류군
3. DNA 바코드
▶ 바코드 분석재료 확보:
- 난과: 43속 106종 480개체군 784개체
- 산형과: 34속 82종 399개체군 762개체
▶ 바코드 분석 구간
- coding region: rbcL, matK
- non-coding region: atpF-atpH, psbK-psbI, trnH-psbA
▶ 바코드 자료 분석:
- 난과: 37속 95종 250개체군 273개체
- 산형과: 34속 82종 185개체군 203개체
- 두릅나무과: 4속 4종 4개체군 4개체
- 마디풀과: 1속 12종 23개체군 23개체
▶ DNA 바코드 DB 구축 완료
- 4과 76속 204종 468개체군 623개체
4. 대화형 온라인 탐색·동정 시스템 구축
▶ 『유용생물자원 탐색 동정 시스템 (BRIS: Biological Resources Identification System』
- 형태 정보, 유전 정보 및 전승지식 정보 기반 통합 시스템 구축 완료
- 관련 기술 국립생물자원관에 이관 완료
5. 대용량 검색을 위한 DNA 칩 제작
▶ (주)넥스바이오에 기술 이전 완료
▶ 자원적 가치가 높은 토종 산형과 식물 중 2속 5종의 종 동정 DNA 칩 개발
▶ 관상용으로 널리 시판되는 춘란(보춘화속)의 한국, 중국 및 일본산 품종을 대상으로 원산지 판별용 DNA 칩 제작
▶ 한반도 토종 산형과 식물 전체(33속 69종)를 대상으로 종 판별용 DNA 칩 제작
▶ 한반도 토종 난과 식물 전체(34속 88종)를 대상으로 종 판별용 DNA 칩 제작
V. 연구개발결과의 활용계획(기대효과)
■ 본 연구 개발결과는 관련 기술이 국립생물자원관 등에 이관되고, 논문 등으로 출간되어 다음과 같이 여러 분야에서 널리 활용될 수 있을 것으로 예상됨.
1. 우리나라의 생물다양성/생물자원의 보전 관리
2. 국가 유용생물자원의 탐색, 확보 및 관리
3. 생물산업 및 식물관련 응용 분야: 생물사업 및 응용연구 분야에서 필요한 유용 식물자원탐색, 확보, 생물 산업 신소재 발굴, 우수 품종 개발 및 유통, 생리활성 물질의 탐색과 신약개발, 조림수종의 선택 및 관리 등 기초자료 제공
4. 비전문가 및 일반인: 자생식물 종의 검색, 동정, 유용식물 전승지식 탐색 등에 활용
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