유전자 조작 토마토

Genetically modified tomato
생물공학적 ACC 합성효소 유전자를 함유한 토마토를 사용한 식물 생리학자 아타나시오스 신학자

유전자 변형 토마토 또는 트랜스제닉 토마토는 유전자 공학을 이용하여 유전자를 변형시킨 토마토이다.유전자 조작 식품은 1994년 [1]5월 21일부터 잠시 시판된 토마토로 유통기한이 길도록 설계되었다.최초의 직접 소비 토마토는 [2]2021년에 일본에서 승인되었습니다.일차적인 작업은 해충이나 환경 [3]스트레스에 대한 내성을 높이는 것과 같은 새로운 특성을 가진 토마토를 개발하는 데 초점을 맞추고 있습니다.다른 프로젝트들은 건강상의 이점을 제공하거나 더 영양가가 높은 물질로 토마토를 풍부하게 하는 것을 목표로 한다.과학자들은 새로운 작물을 생산하는 것을 목표로 할 뿐만 아니라 토마토에 자연적으로 존재하는 유전자의 기능을 이해하기 위해 유전자 변형 토마토를 생산한다.

야생 토마토는 작고, 녹색이며,[4] 대부분 매력적이지 않지만, 수세기 동안 번식한 후,[5] 현재 전 세계적으로 수천 개의 품종이 재배되고 있습니다.아그로박테륨 매개 유전공학 기술은 1980년대 후반 토마토의 [6]핵 게놈에 유전 물질을 성공적으로 이식할 수 있는 기술이 개발됐다.유전자 물질은 또한 생물학을 이용하여 토마토 세포의 엽록체와 색소체 플라스톰에 삽입될 수 있다.토마토는 이것이 [7]가능한 식용 과일을 가진 최초의 식용 작물이었다.

예

숙성 지연

토마토는 클라이맥테릭 과일의 숙성을 연구하는 모범 유기체로 사용되어 왔다.숙성 과정에 관련된 메커니즘을 이해하기 위해 과학자들은 토마토를 [8]유전공학적으로 조작했다.

1994년, Flavr Savr는 상업적으로 재배된 유전자 조작 식품 중 처음으로 인간의 소비 허가를 받았다.토마토 유전자 폴리갈락투로나아제의 두 번째 복사가 토마토 게놈에 안티센스 방향으로 [9]삽입되었다.폴리갈락투로나아제는 토마토 세포벽의 성분인 펙틴을 분해하여 과일이 부드러워지게 합니다.안티센스 유전자가 발현되면 폴리갈락투로나제 효소의 생산을 방해하여 숙성 과정을 지연시킨다.Flavr Savr는 상업적인 성공을 거두지 못하고 1997년에 시장에서 철수했다.비슷한 기술을 사용했지만 폴리갈락투로나아제 유전자의 잘린 버전을 사용하여 [10]토마토 페이스트를 만들었다.

DNA플랜트테크놀로지(DNAP), 아그리토프, 몬산토는 [11]과일의 숙성을 유발하는 호르몬인 [10]에틸렌의 생성을 막아 숙성을 지연시키는 토마토를 개발했다.토마토 3개 모두 에틸렌 전구체인 1-아미노시클로프로판-1-카르본산(ACC)의 양을 줄여 에틸렌 생성을 억제했다.Endless Summer라고 불리는 DNAP의 토마토는 내인성 ACC 합성효소를 방해하는 잘린 버전의 ACC 합성효소를 [10]토마토에 삽입했다.몬산토의 토마토는 토양 박테리아인 Pseudomonas chloraphis의 ACC 탈아미나아제 유전자가 ACC를 [12]분해함으로써 에틸렌 수치를 낮춘다.Agritope는 대장균 박테리오파지 T3에서 유래한 유전자를 코드하는 S-아데노실메티오닌 가수분해효소(SAMase)를 도입하여 [13]ACC의 전구체인 S-아데노실메티오닌의 수치를 낮췄다.Endless Summer는 시장에서 잠시 테스트를 거쳤지만 특허권 주장으로 인해 [14]철회할 수밖에 없었다.

인도 과학자들은 N-글리코프로틴 수정 효소를 코드하는 두 개의 유전자, α-만노시다아제와 β-D-N-아세틸헥소사미니다아제를 침묵시킴으로써 토마토의 숙성을 지연시켰다.생산된 과일은 실온에서 45일 동안 보관된 후 눈에 띄게 손상되지 않은 반면, 수정되지 않은 토마토는 [15]상했습니다.냉동 시설 부족과 열악한 도로 인프라로 인해 시장에 나오기 전에 과일의 30%가 낭비되는 인도에서, 연구진은 토마토의 유전자 공학이 [16]낭비를 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

환경 스트레스 내성

서리, 가뭄, 염분 증가와 같은 비생물적 스트레스는 [17]토마토의 성장을 제한하는 요인이다.유전자 변형 스트레스 내성 식물은 현재 상용화되어 있지[when?] 않지만, 트랜스제닉 접근법이 연구되고 있다.특히 다른 종의 유전자를 결합하는 인식된 윤리적 딜레마와 관련하여 유전자 변형 식품에 대한 논쟁 초기에 아이콘이 된 토마토의 성에에 대한 내성을 높이기 위해 겨울 광어로부터 얻은 부동 유전자 (afa3)를 포함하는 초기 토마토가 개발되었습니다.이 토마토는 생선토마토라는 별명을 얻었다.[18]부동단백질은 광어혈액에서 얼음 재결정을 억제하는 것으로 밝혀졌지만 유전자 변형 [19]담배에서 발현되면 효과가 없었다.그 결과 생성된 토마토는 유전자 변환 식물이 성에 내성이 있거나 다른 농업적 [19]특성이 좋지 않았기 때문에 상용화되지 않았다.또 다른 실패한 내한성은 대장균 GR 트랜스제닉입니다.다른 사람들은 기증 유기체의 차가운 스트레스 속에서 이미 관찰된 플라스티드에 다양한 효소를 삽입함으로써 내한성 니코티아나 타바쿰을 성공적으로 만들어냈다.따라서 Brüggemann et al. 1999는 대장균의 글루타티온 환원효소 → S. Lycopersicum과 S. peruum의 엽록체 전달에도 동일하게 유지된다고 가정했다.그들은 기증받은 GR을 과도하게 압박했고, 이는 내생적인 GR을 보완하는 것이었습니다.총 GR 활성은 증가했지만 내한성은 [20]개선되지 않았습니다.

다양한 환경 요인에 대한 저항력을 높이기 위해 다양한 종의 다른 유전자가 토마토에 삽입되었다.트랜스제닉 아라비도시스 탈리아나 식물의 추위와 가뭄 내성을 증가시키는 것으로 나타난 전사 인자를 코드하는 쌀 유전자(Osmyb4)가 토마토에 삽입되었다.이로 인해 가뭄에 대한 내성이 증가했지만,[21] 한랭성에는 아무런 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다.A. 탈리아나의 Na/H+ 항진균+(AtNHX1)을 과도하게 발현하면 식물의 잎에 소금이 축적되지만 과일에 축적되지 않으며 야생 [22][23]식물보다 소금 용액에서 더 많이 자랄 수 있다.토마토에서 과도하게 분비된 담배 삼투압 유전자는 가뭄과 염분 [24]스트레스에 대한 내성을 증가시키면서 야생 식물보다 높은 수분 함량을 가진 식물을 생산했다.

해충 내성

토마토 [25]식물에 바실러스 튜링겐시스균의 살충성 독소를 주입했다.현장 테스트에서 담배 뿔벌레(Manduca sexta), 토마토 과실벌레(Heliothis zea), 토마토 요충(Keiferia lycopersicella) 및 토마토 과일 보레(Helicoverpa armigera)[26][27]에 대한 내성을 보였습니다.쥐를 대상으로 한 91일간의 먹이 실험에서는 부작용이 [28]나타나지 않았지만, BT 토마토는 상용화된 적이 없다.토란에서 [29]시스테인단백질가수분해효소억제유전자를 삽입하여 뿌리줄기선충에 내성이 있는 토마토를 만들었다.화학적으로 합성된 세크로핀 B 유전자는 보통 거대 누에나방(Hyalophora cecropia)에서 발견되며 토마토 식물에 도입되었으며 생체 내 연구는 세균의 위축과 세균 [30]반점에 대한 상당한 저항성을 보여준다.세포벽 단백질, 폴리갈락투로나아제, 익스팬딘이 과일에서 생산되는 것을 막을 때, 그들은 [31][32]일반 토마토보다 보트리티스 씨네레아 균에 덜 민감하다.해충에 강한 토마토는 토마토 생산의 생태학적 발자국을 줄이는 동시에 농가의 [33]수입을 증가시킬 수 있다.

영양의 향상

토마토는 영양 성분을 첨가하기 위해 변형되었다.2000년에는 카로티노이드의 총량은 [34]동일하지만 피토엔 불포화효소를 코드하는 세균 유전자를 첨가하여 프로 비타민 A의 농도를 증가시켰다.연구진은 당시 GM에 반대하는 기후 때문에 상업적으로 재배될 가능성이 없다고 인정했다.압력 단체인 진워치의 수 마이어는 인디펜던트와의 인터뷰에서 "만약 당신이 기초 생화학을 바꾼다면,[35] 건강에 매우 중요한 다른 영양소의 수치를 바꿀 수 있을 것입니다."라고 말했다.보다 최근에 과학자들은 토마토에 있는 항산화 물질인 안토시아닌의 생산을 증가시키는 파란색 토마토를 만들었다.한 그룹은 아라비도시스[36] 탈리아나에서 안토시아닌을 생산하기 위해 전사 인자를 첨가한 반면, 다른 그룹은 스냅드래곤(안티르히눔)[37]의 전사 인자를 사용했다.스냅드래곤 유전자가 사용되었을 때, 그 과일은 블랙베리와 [38]블루베리와 비슷한 안토시아닌 농도를 가지고 있었다.스냅드래곤 유전자를 사용한 GMO 블루 토마토의 발명가 조나단 존스와 존 이네스 센터의 캐시 마틴은 블루 토마토를 상품화하기 위해 노퍽 식물[39] 과학이라는 회사를 설립했습니다.그들은 캐나다의 New Energy Farms라고 불리는 회사와 제휴하여 많은 양의 푸른 토마토를 재배했고, 이 토마토에서 주스를 만들어 규제 승인을 [40][41]받기 위한 임상 시험에서 테스트했습니다.

또 다른 그룹은 콩 이소플라본 합성효소를 [42]토마토에 도입함으로써 잠재적인 암 예방 효능으로 알려진 이소플라본의 수치를 높이려고 시도했다.

2021년 일본 사나텍 종자는 GABA 수치가 [2]높아진 시실리안 루즈 하이 GABA 토마토 품종을 출시했다.

맛의 향상

레몬 바질(Ocimum basilicum)의 제라니올 합성효소가 과일 특화 촉진제 하에서 토마토 과일에 발현되었을 때, 미숙련 맛 테스터의 60%가 유전자 변형 토마토의 맛과 냄새를 선호했습니다.그 과일들은 리코펜의 [43]절반 정도를 함유하고 있었다.

백신

토마토는 (감자, 바나나, 그리고 다른 식물들과 함께) 식용 백신을 전달하기 위한 매개체로 조사되고 있다.노로바이러스, B형 간염, 광견병, HIV, 탄저균,[44] 호흡기 합성 바이러스를 대상으로 한 항체 또는 항체 생성을 촉진하는 단백질을 발현하는 토마토를 사용한 쥐를 대상으로 임상실험이 실시되었다.한국의 과학자들은 알츠하이머 [45]백신을 발현하기 위해 토마토를 사용하는 것을 고려하고 있다.소아마비 백신 개발에 참여했던 힐러리 코프로우스키는 [46]사스에 대한 재조합 백신을 발현하는 토마토를 개발하는 데 연구팀을 이끌었다.

기초 조사

토마토는 과학 연구에서 모델 유기체로 사용되며, 종종 특정 과정을 더 이해하기 위해 유전적으로 변형된다.토마토는 유전자가 성공적으로 [47]분리되었다는 것을 증명하기 위해 유전자 변형 식물을 만들어야 하는 지도 기반 복제의 모델로 사용되어 왔다.식물 펩타이드 호르몬인 시스템인은 토마토 식물에서 처음 확인되었고 유전자 변형은 토종 유전자를 침묵시키기 위해 반센스 유전자를 첨가하거나 토종 [48][49]유전자의 복사본을 추가함으로써 그 기능을 증명하기 위해 사용되었다.

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