유전자는 핵 내외의 DNA, 트랜스포존, 플라스미드, 바이러스의 유전물질 등으로 존재합니다. 그 중 플라스미드에 대해 살펴보겠습니다.

플라스미드

출처: 위키백과

붉은색이 박테리아의 DNA이고, 파란색 둥근모양이 플라스미드입니다.

플라스미드(Plasmid)는 세균의 세포 내에 복제되어 독자적으로 증식할 수 있는 염색체 이외의 DNA 분자를 총칭하는 말로, 1952년 조슈아 레더버그 박사가 처음 제안한 말이다. 고리 모양을 띠고 있다. 플라스미드는 세균의 생존에 필수적이지는 않으며, 다른 종의 세포 내에도 전달될 수 있다. 이런 성질을 이용해 유전공학에서는 세균 내 플라스미드를 세포 밖으로 빼내고 제한효소로 자른 뒤 필요로 하는 유전자를 삽입하여 이를 다시 세균에 넣어 배양하는 유전자재조합 기술을 사용한다. 출처: 위키백과

농작물에 병을 일으키는 미생물이 많이 있습니다. 이들의 밀도를 줄이려고 농약을 살포합니다. 그런데, 동일한 작용기구의 약제만 계속 사용하면 병균은 농약에 대한 내성이 생깁니다. 플라스미드에 농약에 대한 저항성 유전자가 있으면, 이것이 스스로 복제되고 다른 세포에게 전달되어 농약에 내성 있는 미생물의 숫자가 급증하게 됩니다.

출처: 위키백과
이렇게 플라스미드 DNA를 다른 미생물에 전해줄 수 있습니다.

Ti-플라스미드

식물에 종양(tumor)을 일으키는(induce) 플라스미드(plasmid)라 이름이 Ti-plasmid입니다. Ti-plasmid는 식물에 종양을 일으키는 토양박테리아인 Agrobacterium tumefaciens의 세포 안에 있습니다. 플라스미드이므로 염색체 DNA 말고 2중나선의 원형 DNA로 세포질의 핵 바깥에 따로 떠다닙니다.

Ti-플라스미드의 기생 전략

출처: 위키백과
A: Agrobacterium tumefaciens세포
C: Ti-플라스미드
D: 식물세포

Ti-플라스미드에서 종양을 유발하는 DNA인 T-DNA를 복사하여, 식물의 세포벽과 세포막, 핵막을 통과하여 식물의 염색체 DNA에 잠입할 수 있는 이런 저런 단백질을 붙여주어, 식물체 DNA에 꽂아줍니다. 그러면 식물체 DNA에 재조합되어 종양을 유발하는 효소, 조효소, 구조단백질, 식물호르몬 등의 단백질을 암호화한 TDNA에서 수많은 mRNA를 만들고, 식물 세포의 자원을 이용해 종양을 만드는 수많은 단백질이 만들어집니다.

Ti-플라스미드를 이용한 품종개량

역시 결론은 식물 육종에 어떻게 이용하는지 알아보는 것입니다. Ti-플라스미드의 T-DNA는 식물의 세포벽, 세포막, 핵막까지 무사통과하는 능력이 있습니다. 게다가 식물의 DNA를 자르고 T-DNA를 이어붙여서 원래 식물체의 DNA인것처럼 인식시키기까지 하니 여간 편리한 것이 아닙니다. 우리가 할 일은 Ti-플라스미드의 T-DNA 근처에 형질전환하고자 하는 유용한 DNA 조각을 삽입해주기만 하면 됩니다. 나머지는 T-DNA가 알아서 합니다.

실제 생명공학에서 Ti-플라스미드를 직접 사용하기보다는, 유전자를 운반하는 벡터를 만드는데 사용합니다. Ti-플라스미드에서 일정 부분을 개량하여 더욱 성능 좋은 운반수단을 개발하는 것입니다. 많은 생명공학 관련 업체들이 이러한 제품을 만들어서 연구소에 납품합니다.

향문사 재배학 82P에 해당되는 내용입니다.