Ⅰ. 제목 : 에너지 분배 및 물질 합성 재설계를 통한 고성능 바이오매스 작물 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
21세기 현재, 인류는 화석 연료의 고갈과 지구 온난화의 진행에 따른 기후 환경적인 위기에 봉착해 있다. 이에 대한 해결책의 일환으로 식물에 존재하는 전분질을 이용하여 대체 연료를 개발하는 기술이 주목 받아 왔으나, 식량 부족과 애그플래이션이라는 부작용도 동시에 초래하게 되었다. 최근 전분질계 대신에 식물의 이차 생장을 통해 얻어지는 목질계인 리그노셀룰로오스(lignocellulose)를 원료로 사용하는 기술들이 개발되고 있고, 실증 규모의 단계를 지나 실제 산업화를 목전에 두고 있다. 한편, 향후 바이오 연료 생산과정의 바이오 리파이너리 기술들이 지속적으로 개선되고 연료 생산 비용이 기존 가솔린의 수준으로 경쟁력이 확보될 경우, 바이오 연료의 생산성과 지속성을 유지시키고 사업성을 증진시킬 수 있는 방법은 원료가 되는 목본식물의 바이오매스 증산에 있다고 볼 수 있다. 따라서, 향후 관련 산업의 수익성을 극대화시키기 위해서는 원료가 되는 식물의 부피 생장에 대한 다양한 형질 및 주요 조절 인자들에 대한 기초연구를 수행하고 응용이 가능한 원천기술을 확보하는 것이 중요하다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
식물의 측생 분열을 통한 부피 생장에 관여하는 조절 인자들을 탐색하고, 이들 인자들의 역할과 분자 상호작용 네트워크를 규명한 후, 이를 토대로 부피 생장에 관여하는 에너지 분배 시스템을 조명함과 동시에 허브로 작용하는 인자를 선별한다. 이러한 과정 중 도출되는 유용한 유전자들을 이용하여 에너지 작물의 바이오매스 축적 형질을 개선한다. 이를 수행하기 위하여, 모델식물인 애기장대의 만여 종의 돌연변이체 및 담배에서의 유전자 특이적 발현 억제 형질전환체들의 형성층 활성과 줄기의 이차 생장을 분석하여, 유용유전자군을 분리한 후, 이들의 생리학적, 분자 유전자학적, 세포생물학적, 생화학적 등의 관점에서 기능을 규명하고, 기능체 유전학 및 시스템 생물학을 이용하여 분자 네트워크를 구축한다. 연구 개발동안 도출된 유용한 유전자들에 대한 유전자 발현 조절 기술 및 작물의 형질전환 기술 최적화를 통해, 실제 바이오매스의 증대에 대한 원천 기술들을 확보한다.
Ⅳ. 연구개발결과
1단계 2년간의 연구를 통하여, 총 20종 이상의 유용 유전자를 발굴하였으며, 이들 중 형질 개선 효과가 우수할 것으로 판단되는 5종의 유전자를 선별하여 구체적인 기능성 분석 및 총 전사체 분석등을 실시하였고, 식물 발달 과정 중 이들 유전자들이 작동하는 조절 메카니즘을 규명하고 있다. 또한, 2종의 유전자에 대하여 포플러 형질전환을 실시하고 있다.
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
학술적으로, 식물의 부피 생장에 관한 식물의 시스템에 대한 개괄적인 정보와 관련 유전자들의 역할 규명을 학술 발표 및 저명한 학술 잡지에 논문을 게재할 것이며, 산업적으로는 화석 연료 대체 에너지원으로서 활용도가 높은 만큼, 특허 등의 지적 재산권을 확보하고 나아가서 관련 산업의 기업등에 기술 이전등을 적극 추진토록 할 것이다. 우리나라의 바이오매스 연구 역량 등에 관한 언론 홍보와 정부 부처의 정책 자료 등으로 활용할 계획이다.