페삭 벤슨 기자 • 2025년 6월 10일

예루살렘, 2025년 6월 10일 (TPS-IL) — 이스라엘과 중국 과학자들이 토마토 식물의 크기, 모양, 맛, 영양소 이용 및 질병 저항성과 같은 복잡한 형질을 성공적으로 변형시킨 획기적인 유전자 편집 방법을 개발했습니다.

텔아비브 대학교는 화요일에 맛, 영양소 이용, 열과 가뭄 저항성에 대한 연구 결과를 발표했습니다.

CRISPR-Cas9 기술을 정제한 형태를 사용하는 이 방법은 농업 과학에서 오랫동안 해결 과제였던 여러 유전자를 동시에 편집할 수 있게 해줍니다. 이는 식물 게놈의 복잡하고 중복적인 특성 때문입니다. 최근 동료 검토를 거친 Nature Communications 저널에 발표된 연구에서 연구원들은 맛, 모양, 영양소 이용과 같은 토마토의 주요 특성에 영향을 미칠 수 있는 능력을 입증했습니다.

연구원들은 “작물 식물의 유전자 편집은 복잡한 과정입니다. 우리의 방법은 주요 과제를 극복했으며 질병 및 가뭄 저항성과 같은 다양한 형질을 연구하고 영향을 미치는 데 사용될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

이 프로젝트는 텔아비브 대학교 식물 과학 및 식품 안보 학과의 일론 샤니 교수와 이타이 마이로즈 교수, 그리고 박사 과정 학생인 아미차이 버먼이 주도했습니다. 그들은 베이징 중국 과학원 대학의 닝 수 교수와 유친 장 박사, 그리고 이스라엘 농업 기술 회사 NetaGenomiX의 오스낫 야나이 박사와 협력했습니다.

CRISPR은 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats의 약자입니다. 이는 과학자들이 유전자를 정확하고 효율적으로 편집할 수 있게 해주는 강력한 도구입니다. 이는 분자 가위처럼 작동합니다. 특수 단백질(종종 Cas9)은 작은 RNA 조각에 의해 DNA의 특정 위치로 안내됩니다. 목표를 찾으면 절단을 하여 연구자들이 특정 유전자를 제거, 비활성화 또는 교체할 수 있게 합니다.

그러나 식물과 같은 복잡한 유기체에서는 많은 유전자가 중복된 기능을 수행하는 유사한 유전자 계열에 속합니다. 이는 유전적 중복이라는 문제를 야기합니다. 즉, 한 유전자가 편집되면 같은 계열의 다른 유전자가 보상하여 변화를 보기 어렵게 만듭니다.

이 획기적인 연구는 두 가지 주요 혁신에 초점을 맞추고 있습니다. 첫째, 연구원들은 수천 개의 유전자를 동시에 표적으로 삼을 수 있는 시스템을 개발하여 CRISPR-Cas9의 확장성을 개선했습니다.

유전적 중복이라는 두 번째 문제를 해결하기 위해 버먼은 “우리는 유사한 유전자 전체 계열을 동시에 변경하는 것을 목표로 했습니다. 이전 연구에서 우리는 대상 유전자 목록을 받아 각 유전자 또는 유사한 유전자 그룹에 대해 고유한 CRISPR 단위를 식별하여 원하는 변형을 유도하는 전용 알고리즘을 개발했습니다. 이를 통해 포괄적인 CRISPR 라이브러리를 구축할 수 있었습니다.”라고 말했습니다.

이 연구에서 과학자들은 토마토 게놈의 특정 유전자 또는 유사한 유전자 그룹을 표적으로 삼도록 설계된 맞춤형 유전자 편집 도구의 대규모 컬렉션인 CRISPR 라이브러리를 만들었습니다. 이 CRISPR 라이브러리는 수백 개의 식물에 걸쳐 수천 개의 유전자를 동시에 편집하여 중복 문제를 극복할 수 있게 했습니다. 각 식물은 고유한 유전적 변형을 가지고 있어 연구자들이 어떤 변화가 단맛, 과일 모양 또는 질병 저항성과 같은 형질의 차이를 초래했는지 관찰할 수 있었습니다.

이 알고리즘에 대한 이전 테스트는 모델 식물인 Arabidopsis thaliana에서 성공했지만, 새로운 연구는 작물 종에 처음으로 적용된 것입니다. 팀은 토마토 게놈을 위해 설계된 약 15,000개의 고유한 유전자 편집 단위를 포함하는 10개의 CRISPR 라이브러리를 구성했습니다. 그런 다음 이 편집 내용을 약 1,300개의 토마토 식물에 도입했으며, 각 식물은 다른 유전자 그룹에서 변형되었습니다.

이스라엘 회사 NetaGenomiX는 이 기술을 상용화할 수 있는 라이선스를 받았습니다. 목표는 기후 변화에 더 잘 견딜 수 있고 농부와 소비자 모두에게 실질적인 이점을 제공할 수 있는 개선된 비 GMO 작물을 개발하는 것입니다.

버먼은 “우리의 연구가 광범위한 작물에 대한 개선된 품종 육성의 문을 열고 식물 과학 분야 전체를 발전시킬 것이라고 믿습니다. 후속 연구에서는 토마토와 벼에서 추가적인 선택 형질을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.”라고 덧붙였습니다.