개념 한 쪽
형질전환 육종은 목적 유전자를 분리하는 클로닝에서 출발한다. 분리한 유전자를 운반체에 실어 식물 세포에 넣고, 선발과 재분화를 거쳐 품종을 만든다. 쌍자엽식물에서는 아그로박테리움의 Ti 플라스미드가 대표적인 운반체로 쓰인다.
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출제기준 단원 「유전자 클로닝」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 형질전환 육종 순서 판단 | 1 | 클로닝부터 재분화까지 단계의 선후를 가리기 |
| 쌍자엽 운반체 고르기 | 1 | 쌍자엽식물 형질전환에 쓰는 운반체를 고르기 |
| GUS 표지 반응 확인 | 1 | X-GLU 첨가 시 형질전환 세포의 색을 판정하기 |
유전자 클로닝은 원하는 유전자를 분리하고 증폭하는 작업이다. 형질전환 육종은 이렇게 확보한 목적 유전자에서 시작한다. 클로닝으로 유전자를 준비한 뒤 벡터라 불리는 운반체에 결합시켜 식물 세포로 들여보낸다.
형질전환 육종의 흐름은 목적 유전자 클로닝, 벡터 도입, 형질전환 캘러스 선발, 식물체 재분화 순으로 이어진다. 벡터를 식물 세포에 주입하면 캘러스가 생기고, 항생제 등으로 형질이 전환된 세포만 골라내는 선발을 거친다. 마지막으로 선발된 캘러스에서 식물체를 다시 자라게 한다. 유전자 분리가 가장 먼저이고 재분화가 가장 마지막에 온다.
쌍자엽식물의 형질전환에는 아그로박테리움이 지닌 Ti 플라스미드가 가장 널리 쓰인다. 이 세균은 식물에 감염되면 자신의 DNA 일부를 식물 유전체에 삽입하는 능력을 지닌다. Ti 플라스미드가 그 DNA를 운반하는 역할을 한다. E. coli는 세균 자체이고, 바이러스 외투단백질은 구조 성분이며, 제한효소는 DNA를 자르는 효소일 뿐 운반체가 아니다.
형질전환 여부는 표지 유전자로 확인한다. GUS 효소 유전자를 표지로 쓰는 경우 배지에 X-GLU를 넣으면, GUS 효소가 기질을 분해하며 청색 침전물을 만든다. 그래서 형질전환된 세포는 청색으로 나타난다. GFP는 녹색, LUC는 발광으로 구분한다.
cDNA 유전자 은행을 구축할 때는 mRNA 추출이 가장 먼저다. cDNA는 mRNA를 역전사해 합성한 복사본이므로 원본인 mRNA가 있어야 만들 수 있다. 역전사, 운반체 삽입, 클론 동정은 모두 그 이후의 단계다.
유전자 클로닝 문제는 형질전환 단계의 순서를 뒤바꾼다. 캘러스 선발을 벡터 도입보다 앞에 두거나 재분화를 첫 단계로 놓으면 틀리다. 운반체를 묻는 문항에서는 제한효소나 바이러스 외투단백질을 운반체로 제시하는 선지가 함정이다. 쌍자엽식물과 형질전환 운반체가 함께 나오면 Ti 플라스미드를 고른다. GUS 표지 문항은 X-GLU 반응의 색을 다른 색으로 바꾸거나 GFP와 혼동하게 만든다. cDNA 은행 구축에서는 mRNA 추출보다 뒤에 오는 단계를 먼저라고 제시하는 선지가 함정이다.
쌍자엽 식물에서 가장 널리 이용하고 있는 유전자 운반체는?
정답 ③ · 문항은 쌍자엽 식물에 유전자 도입 시 가장 널리 쓰이는 운반체를 묻고 있다. 식물 형질전환에서 흔히 사용하는 방법은 Agrobacterium의 Ti 플라스미드를 이용한 벡터 시스템으로, 특히 쌍자엽 식물에 적용이 용이하다.
쌍자엽 식물의 유전자 도입에 가장 널리 쓰이는 운반체는 Ti 플라스미드이며, E. coli는 세균, 제한효소는 효소이다.
쌍자엽식물 형질전환에 가장 널리 이용하고 있는 유전자 운반체는?
정답 ③ · 문항은 쌍자엽식물 형질전환에 가장 널리 쓰이는 유전자 운반체를 묻고 있다. 아그로박테리움의 Ti-plasmid는 T-DNA를 식물 게놈에 통합시키는 능력으로 쌍자엽식물 형질전환의 표준 벡터로 널리 사용된다.
쌍자엽식물 형질전환의 표준 운반체는 아그로박테리움의 Ti-plasmid이다.
형질전환식물을 선발하기 위해 GUS효소유전자를 표지유전자로 사용한 경우, 재조합 DNA를 주입시킨 박테리아의 배양배지에 X-GLU를 첨가했을 때 형질 전환된 세포는?
정답 ① · 문항은 GUS 표지유전자를 사용하고 X-GLU를 배지에 첨가했을 때 형질전환 세포의 색을 묻고 있다. GUS(β-glucuronidase)가 X-GLU를 가수분해하면 불용성의 청색 침전물이 생성되므로 형질전환된 세포는 청색으로 나타난다.
GUS 유전자 발현 시 X-GLU 기질이 분해되면 청색 침전물이 생성되어 형질전환 세포가 청색으로 나타난다.
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