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농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터

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센터소개

국가 핵심자원의 DNA/Tissue Bank

국가 핵심자원의 DNA/Tissue Bank
농업생명자원은 쌀과 보리 등을 포함하는 식량작물, 꽃 등을 포함하는 원예작물, 인삼 등을 포함하는 약용 혹은 특용작물 등, 농업적으로 이용되는 동물·식물·미생물 자원을 일컫는 포괄적 개념이다. 현재 많은 생물 종들이 환경 변화에 따라 사라져가는 상황에서 농업생명자원은 현재 국가의 식량안보 및 자원 주권을 위한 중요한 자원이며 또한, 잘 보존하여 후대에 물려주어야 할 유산이기도 하다.

농업생명자원센터에서는 토종 재래종 자원을 포함하여 국가적으로 중요도가 높고 가치있는 국가 핵심자원을 대상으로 유전 정보를 저장하는 DNA를 뽑아 저장하고, 개별 자원들의 유전적 특성을 분자 표지를 이용하여 확인하는 DNA profiling을 실시하고 있다. 또한 이렇게 얻어진 현황과 결과들에 대하여 이용자들이 쉽게 접근할 수 있도록 데이터베이스를 구축하고 인터넷을 통해 공개하고 있다.

벼와 같이 DNA 상에서 유전적 특성을 확인하는 분자 표지가 이미 개발되어 있는 작물에서는 이를 이용하여 국내외 주요 자원들에 대하여 고밀도로 DNA profiling을 진행하고 있다. 분자 표지가 미개발된 토종 재래종 자원을 포함하는 소면적 재배작물에서는 자체적으로 분자 표지를 개발하여 DNA profiling을 진행함으로써 국가 핵심자원들의 유전적 특성을 확인하고 있다.

DNA/Tissue Bank 구축의 의의

토종자원을 포함하는 국가 핵심자원의 보호기반 구축

세계적으로 식물생명자원국제협약이 발효(‘04. 6.29)됨에 따라 협약이 우리나라에서 인준될 경우 국내에 보유중인 농업생명자원들을 국제적으로 공개하고 공유해야 하는 상황이 되었다. 우리나라는 생물자원의 이용분야에 있어서 선진국에 비해 매우 뒤떨어져 있는 상태로, 종자산업의 모태인 생명자원의 보존 및 생물자원연구의 내실화로 국제경쟁력을 제고하고자 농업생명자원 관련법령(2007년, 7월)을 제정하고, 현재 농수산생명자원의 보존ㆍ관리 및 이용에 관한 법률로 농업생명자원 보호와 이용 확대를 위해 힘을 쏟고 있다.

전 세계적으로 가장 일반적인 상비약 아스피린도 버드나무에서 추출한 천연물질이고 항암제로 유명한 택솔은 주목나무에서 얻은 생약물질로 단일 의약품의 연간매상액이 1조원에 달하고 있으며 우울증 치료제의 연간 매출규모가 20조원에 이른다고 한다. 생물자원을 이용한 상품의 세계적인 시장규모가 약 8,000천억 달러에 달하는 천문학적 숫자를 차지한다는 사실은 생물공학산업이 가지는 무궁무진한 영역을 선점하는 것이 해당기업뿐 아니라 국가 경쟁력 향상의 지름길이라고 볼 수 있다.

예를 들어, 한 국내 과학자가 우리 종자은행에서 분양받은 벼 품종을 이용하여 일반 수확량의 2배가 되는 벼 품종을 만들었다고 가정하자. 벼의 크기, 모양, 색깔 등은 다른 일반 벼 품종과의 차이가 주관적으로 치우칠 수 있기 때문에 다른 나라에서 도입 후 자국의 품종이라고 주장할 우려가 있으며, 개발한 과학자의 특허권 또한 보장받기 힘든 경우가 있다. 이러한 경우에 이미 분양해준 벼 품종의 DNA 특성을 가지고 있다면 분쟁의 소지를 잠재울 수 있으며 위에서 언급한바 대한민국의 벼 품종으로서 쌀을 주곡으로 삼고 있는 대부분의 국가에 엄청난 이익과 함께 원천기술을 보급할 수 있다.

이러한 상황에서 DNA Bank 구축은 토종 재래종 자원을 비롯한 국가적으로 중요한 국가 핵심자원에 대하여 우리의 주권 주장을 위한 과학적 증거를 제시해 줄 수 있는 기반이라는 점에 의의가 있다. 한 예로 우리나라의 토종 콩을 이용하여 다른 나라에서 기능성이 탁월한 콩을 육종하였을 때 우리 토종 콩의 특성을 우리가 이미 조사하여 알고 있다면 우리 토종 품종 이용에 대한 권리를 요구할 수 있는 근거를 갖게 됨으로써 자원 주권 주장에 기여할 수 있다.

연구자들의 연구기간 단축

또한 DNA Bank 구축 및 분양을 통해 여러가지 유전적 특성 정보를 이용자들에게 제공함으로써 종자은행에 보유한 생명자원들의 이용성을 높이고 추후 보존자원에 대한 분자 유전학적으로 평가를 추진할 수 있는 기반이 구축되었다는데 의의를 둘 수 있다. 각 과학자들이 연구를 시작함에 있어서 필요로 하는 식물자원에 대해서 DNA 특성을 인터넷을 통해서 제공함으로써 식물자원의 선발과 분석에 대한 시간을 한층 줄여줄 수 있으므로 연구에 대한 질적, 양적 향상에 크게 이바지할 수 있다

전 세계 밥상에 made in Korea

4계절이 뚜렷한 대한민국에 다른 도움이 없이 움직일 수 있는 능동적인 동물과 달리 수동적인 식물은 몇 백년 동안 그 자리를 지켜오고 있다. 오랜 기간동안 각 지역에 맞게 그리고 기온에 맞게 자생하는 우리나라 자생식물들은 다양한 환경에서 적응하기에 이용가치가 매우 크다. 이들 자생식물과 우리나라에서 만든 식물 품종에 made in korea 란 꼬리표를 붙일 수 있다.

세계수준

20세기 이후 DNA가 유전자를 가지고 있는 물질임이 밝혀지고 지금까지 동물, 식물 뿐만 아니라 미생물의 DNA를 이용한 여러 기술 및 활용이 세계 각국에서 연구되고 보고되고 있다. 이러한, 다방면에 이용 가능한 DNA의 확보는 이미 선진국들을 중심으로 국가적 핵심 전략 중의 하나가 되었다.

외국의 DNA Bank 운영 Web-Site

DNA Bank 국가 인터넷 사이트
Australian Plant DNA Bank 호주 www.dnabank.com.au
BGBM DNA Bank 독일 www.bgbm.org
DNA Bank Brazilian Flora Species 브라질 www.jbrj.gov.br
DNA Bank at Kirstenbosch 남아프리카 www.nbi.ac.za
IRRI. DNA Bank 필리핀 www.irri.org/GRC/GRChome
National Herbarium Netherlands DNA Bank 네덜란드 www.nationaalherbarium.nl
NIAS DNA Bank 일본 www.dna.affrc.go.jp
Royal Botanic Garden Edinburgh DNA Bank 스코틀랜드 www.rbge.org.uk
Royal Botanic Gardens, Kew :
Plant DNA Bank database
영국 www.rbgkew.org.uk
Tropical Plant DNA Bank 미국 www.fairchildgarden.org
Missouri Botanic Garden DNA Bank 미국 www.wlbcenter.org

국제적으로 추진중인 DNA Bank의 운영시스템 : DNA- 초저온 보존, 조직시료- 영하 20도 보존

국제적으로 추진중인 DNA Bank의 운영시스템 : DNA- 초저온 보존, 조직시료- 영하 20도 보존

지금 전 세계는 ITPGRFA(식량농업 식물생명자원 국제조약)와 UPOV(국제 식물 신품종 보호동맹)의 발효로 인하여 자국의 토종 식물 자원에 대해서 주권을 주장할 수 있고, 식물 품종 발명자의 특허권을 보장해 줄 수 있다. 특히, 자국의 식물에 대해서 타국의 식물과 특별한 모양적인 차이를 보이지 않는 경우 분쟁이 생길 수 있는데, DNA 기술을 이용하여 그 차이를 입증할 수 있으며 (Marker), 이를 토대로 과학적인 증거자료를 제시할 수 있다. 이러한 DNA의 확보는 크게 보면 국가의 주권과도 일맥상통 할 수 있다.

DNA/Tissue Bank 구축 현황

농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원센터에서는 보존중인 15만여점의 자원 중 핵심적인 3만3천여점에 대해서 DNA를 추출하였으며, 각 식물의 DNA마다 특성을 분석하여 정보를 인터넷 상에 공개 및 공유 중에 있다. 이러한 수준은 최단기간 동안에 선진국의 DNA Bank의 규모 및 수준에 다다르는 것으로서 향후 더 많은 데이터베이스의 축적으로 선진국의 DNA Bank와 어깨를 나란히 할 수 있을 것으로 사료된다.

연구내용

  • 국가 보존 종자 및 영양체 자원의 시료육성, 동결건조 및 장기보존
  • 동결건조시료로부터 DNA 추출 및 Stock 관리
  • DNA Stock 및 시료의 생명공학연구 활용 및 일반 분양 추진
  • 분자마커(Microsatellite marker 등) 개발 및 분자마커 정보 제공 시스템구축
  • 작물별 프로파일 DB 구축 및 제공시스템 구축

현황

주요 생명자원의 DNA stock 구축 (36작물 41,016자원)

구 분 작물(한국 토종) 자원수(한국 토종)
식량자원 벼등15작물(13) 35,285자원(17,338자원)
원예자원 고추등10작물(10) 3,910자원(801자원)
특용/약용자원 들깨등11작물(11) 1,821자원(1,085자원)
36작물(34) 41,016자원(19,224점)

*2016.01.01) 국가등록번호 부여자원 기준

DNA bank 구축 기반 DNA profiling

구 분 자원수 평균적용 분자표지수 프로파일
식량작물(벼 등 9작물) 21,460 16 332,692
원예작물(사과 등 5작물) 1,948 11 21,436
특용/약용작물(들깨 등 9작물) 2,007 17 33,715
25,415 44 387,843

DNA/Tissue Bank 구축 로드맵

DNA/Tissue Bank 구축 로드맵

DNA/Tissue Bank 구축을 바탕으로 한 보유 자원 분석

DNA/Tissue Bank 구축을 바탕으로 한 보유 자원 분석