돌연변이 사육

Mutation breeding

돌연변이 육종(variation creating)은 다른 품종과 함께 번식할 바람직한 특성을 가진 돌연변이를 생성하기 위해 씨앗을 화학 물질, 방사선 또는[1][2] 효소에 노출시키는 과정이다.돌연변이 유발을 이용하여 만들어진 식물은 돌연변이 유발 식물 또는 돌연변이 유발 씨앗으로 불리기도 한다.

1930년부터 2014년까지 직접 돌연변이(70%) 또는 자손(30%)[5]으로 파생된 3,200종 이상의 돌연변이 식물 품종이 출시되었습니다[3][4].작물 식물은 방류된 돌연변이 종의 75%를 차지하며 나머지 25%는 장식용 또는 장식용 [6]식물이다.그러나 FAO/IAEA는 2014년에 1,000개 이상의 변종 주요 작물이 전 세계적으로 [3]재배되고 있다고 보고했지만, 이러한 씨앗이 항상 돌연변이 유발 [7]기원을 가지고 있다고 확인되거나 라벨이 붙어 있는 것은 아니기 때문에 현재 얼마나 많은 변종이 전 세계에서 농업이나 원예에 사용되고 있는지는 불명확하다.

역사

정원사학자 페이지 존슨은 다음과 같이 말한다.

제2차 세계대전 이후, 원자력에 대한 '평화적인' 사용을 찾기 위한 공동의 노력이 있었다.그 중 하나는 식물에 방사선을 퍼부어 많은 돌연변이를 만들어 내는 것이었습니다.그 중 일부는 식물에 더 많은 균열이 생기거나 질병이나 추위에 강하거나 특이한 색을 띠게 될 것으로 기대되었습니다.실험은 대부분 미국 국립 연구소의 기반에 있는 거대 감마 정원에서 수행되었지만, 유럽과 [당시]USSR [8]국가에서도 수행되었다.

과정

돌연변이를 생성하기 위해 에틸메탄술폰산염, 디메틸황산염과 같은 화학 돌연변이 물질을 사용하는 등 다양한 종류의 돌연변이 발생이 있다.돌연변이 교배는 일반적으로 더 큰 씨앗, 새로운 색깔, 또는 더 달콤한 열매와 같은 자연에서 찾을 수 없거나 [9]진화 과정에서 손실된 특성을 생산하기 위해 사용된다.

방사능

식물을 방사선에 노출시키는 것은 방사선 교배라고도 하며 돌연변이 교배의 하위 클래스입니다.방사선 교배는 1920년대에 미주리 대학의 루이스 스타들러가 옥수수와 보리에 X선을 사용했을 때 발견되었다.보리의 경우, 결과물은 흰색, 노란색, 옅은 노란색이며 일부는 흰색 줄무늬가 [10]있었다.1928년,[11] Stadler는 식물의 방사선 유도 돌연변이 유발에 대한 그의 연구 결과를 처음으로 발표했다.1930-2004년 동안 방사선 유도 돌연변이 변종은 주로 감마선(64%)과 X선(22%)[6]: 187 을 사용하여 개발되었다.

방사능 교배는 원자원에서 [11]이루어질 수 있다; 그리고 씨앗들은 더 많은 우주 [12]방사선에 노출되기 위해 궤도로 보내졌다.

자외선은 예를 [13]들어 식물 병원체의 독성 메커니즘을 조사하기 위한 녹아웃을 생성하는 데 사용되어 왔다.

화학 물질들

이온화 방사선과 그에 따른 유해 효과로 인한 염색체 이상 비율이 높아 연구자들이 돌연변이를 유도하기 위한 대체 소스를 찾게 되었다.그 결과, 일련의 화학적 돌연변이들이 발견되었다.가장 널리 사용되는 화학적 돌연변이는 알킬화제이다.에틸메탄술폰산염(EMS)은 효과와 취급 용이성, 특히 폐기를 위한 가수분해를 통한 해독 작용으로 가장 인기가 있습니다.니트로소 화합물은 널리 사용되는 다른 알킬화제이지만, 그것들은 빛에 민감하기 때문에 휘발성이 높기 때문에 더 많은 주의가 필요하다.EMS는 TILING [14]개체군 개발 등 스크리닝용 돌연변이를 대량으로 개발하는 데 일반적으로 사용되고 있다.많은 화학물질이 돌연변이원이지만, 선량을 최적화해야 하고 또한 많은 경우 식물에서 효과가 높지 않기 때문에 실질적인 사육에 사용된 화학물질은 거의 없다.

제한핵산가수분해효소

식물 DNA의 이중가닥 절단을 연구하기 위해 박테리아 제한 핵산분해효소(RE)(예: Fok1[2], CRISPR/Cas9[1][2])의 사용에 대한 관심은 90년대 중반부터 시작되었다.DSB로 알려진 DNA의 이러한 파손은 진핵생물에서 많은 염색체 손상의 원천으로 밝혀졌으며, 식물 품종의 돌연변이를 유발했다.REs는 전리방사선이나 방사성 화학 물질과 유사한 식물의 DNA에 결과를 유도한다.끈적끈적한 끝부분의 파손과는 달리, DNA의 뭉툭한 끝부분의 파손은 염색체 손상에서 더 많은 변형을 만들어 내는 것으로 밝혀졌고, 이것은 돌연변이 번식에 더 유용한 유형의 파손이 되었다.염색체 이상에 대한 RE의 연관성은 대부분 포유류의 DNA에 대한 연구에만 국한되어 있지만, 포유류 연구의 성공은 과학자들이 보리 게놈에 대한 RE 유도 염색체 및 DNA 손상에 대한 더 많은 연구를 수행하게 만들었다.염색체 및 DNA 손상을 촉진하는 제한핵산가수분해효소의 능력으로 인해 REs는 돌연변이 식물 [15][1][2]품종의 증식을 촉진하는 새로운 돌연변이 유발 방법으로 사용될 수 있는 능력을 가지고 있다.

우주 사육

식물이 발달하고 번성할 수 있는 능력은 우주의 미소 중력과 우주 방사선과 같은 조건에 달려 있다.중국은 우주 비행이 유전자 변이를 일으킬지 여부를 시험하면서 씨앗을 우주로 보내 이 이론을 실험해 왔다.중국은 1987년 이후 우주 번식 프로그램을 통해 66개의 돌연변이 품종을 우주에서 배양해 왔다.종자가 항공우주산업으로 보내졌을 때 염색체 이상은 지구에 묶인 종자에 비해 크게 증가했다.씨앗에 대한 우주 비행의 영향은 씨앗의 종류와 종류에 따라 달라집니다.예를 들어, 우주에서 자란 밀은 지구에서의 지배에 비해 종자 발아율이 크게 증가했지만, 우주에서 자란 쌀은 그 지배력에 비해 눈에 띄는 이점이 없었다.우주 비행에 의해 양성으로 변이된 품종의 경우, 그들의 성장 잠재력은 지구에서 자란 품종뿐만 아니라 지구상에서 조사된 품종의 성장 잠재력도 능가했다.전통적인 돌연변이 발생 기술에 비해, 우주에서 자란 돌연변이는 그들이 첫 번째 세대의 돌연변이에 긍정적인 영향을 미친다는 점에서 더 큰 효과를 가지고 있는 반면, 방사선을 쬐는 작물은 종종 첫 세대에 유리한 돌연변이를 보지 못한다.우주 비행이 종자 돌연변이에 미치는 긍정적인 영향을 여러 번의 실험으로 보여주었지만, 항공우주에서 어떤 측면에서 이렇게 유리한 돌연변이를 만들어냈는지에 대해서는 명확한 연관성이 없다.우주 방사선이 염색체 이상 발생원이라는 추측은 많지만, 아직까지 그러한 연관성에 대한 구체적인 증거는 없다.중국의 우주 육성 프로그램은 매우 성공적인 것으로 나타났지만, 이 프로그램은 많은 다른 나라들이 제공하기를 꺼리거나 제공할 수 없는 많은 예산과 기술적 지원을 필요로 한다. 이는 이 프로그램이 중국 밖에서는 불가능하다는 것을 의미한다.이러한 제약으로 인해 과학자들은 지구에서 우주 태생의 변이를 촉진하기 위해 지구의 우주 상태를 재현하려고 노력해 왔다.그러한 복제 중 하나는 자기장이 없는 공간(MF)으로, 지구보다 약한 자기장을 가진 영역을 만들어낸다.MF처리는 돌연변이 유발 결과를 낳아 새로운 돌연변이 품종인 쌀과 알팔파를 재배하는 데 사용되어 왔다.우주 조건의 다른 복제에는 무거운 7Li-이온 빔 또는 혼합된 고에너지 [16]입자에 의한 종자 조사가 포함된다.이 우주에서 자란 품종들은 이미 일반에 소개되고 있다.2011년 중국에서 열린 전국연꽃전시회에서 [17]'외계우주태양'이라는 돌연변이 연꽃이 전시됐다.

이온빔 기술

이온빔은 게놈에서 여러 염기를 제거함으로써 DNA를 변이시킨다.감마선이나 X선과 같은 전통적인 방사선원에 비해, 이온 빔은 DNA에 더 심각한 파괴를 일으키며, DNA의 변화를 전통적인 조사로 인한 변화보다 더 심하게 만든다.이온 빔은 기존의 조사 기술을 사용할 때보다 훨씬 다르게 보이게 하는 방식으로 DNA를 변화시킨다.이온빔 기술을 이용한 실험은 대부분 일본에서 이루어졌다.이 기술을 이용한 주목할 만한 시설로는 원자력 기구의 TIARA, 리켄 액셀러레이터 연구 시설, 기타 일본의 여러 기관이 있다.이온빔 방사공정에서는 2개의 카프톤막 사이에 씨앗을 끼워 약 2분간 조사한다.돌연변이 빈도는 전자 방사선에 비해 이온 빔 방사선의 경우 현저하게 높으며, 돌연변이 스펙트럼은 감마선 방사선에 비해 이온 빔 방사선의 경우 더 넓다.광범위한 돌연변이 스펙트럼은 이온 빔에 의해 생성된 꽃 표현형을 통해 밝혀졌다.이온빔에 의해 변형된 꽃들은 다양한 색깔과 무늬, 모양을 보였다.이온빔 방사선을 통해 새로운 종류의 식물이 재배되고 있다.이 식물들은 자외선 B에 강하고, 질병에 강하고, 엽록소가 부족한 특징을 가지고 있었다.이온빔 기술은 보다 튼튼한 식물을 만드는 데 책임이 있는 새로운 유전자를 발견하는데 사용되었지만, 가장 널리 사용되는 것은 줄무늬 [18]국화와 같은 새로운 꽃 표현형을 생산하는 것입니다.

감마선으로 처리된 성숙한 꽃가루

감마 방사선은 성숙한 쌀 꽃가루에 사용되어 교차에 사용되는 모식물을 생산한다.모식물의 돌연변이 특성은 자손식물에 의해 유전될 수 있다.쌀 꽃가루의 수명이 매우 짧기 때문에, 연구원들은 벼의 배양된 송곳니에 감마선을 방출해야 했다.실험을 통해, 조사된 꽃가루에는 조사된 마른 종자가 아닌 더 다양한 돌연변이가 있다는 것이 밝혀졌습니다.46Gy의 감마선으로 처리된 꽃가루는 전반적으로 입자 크기가 증가하고 기타 유용한 변화가 나타났다.전형적으로, 조사된 모종의 교배 후 각 곡물의 길이가 더 길었다.벼의 자손들은 또한 모종의 외모를 개선하면서 분필 같은 외관을 덜 보였다.이 기술은 중국에서 두 개의 새로운 쌀 품종인 자오허자오잔과 자푸잔을 개발하기 위해 사용되었다.이 2종류의 쌀 재배를 촉진하는 것과 함께, 성숙한 쌀 꽃가루의 조사로 약 200개의 돌연변이 쌀 라인이 생성되었다.이들 라인은 각각 고품질의 쌀알과 더 큰 쌀알을 생산한다.이 기술에 의해 생성된 돌연변이는 각 세대에 따라 다르며, 이는 이러한 돌연변이 식물의 추가적인 번식이 새로운 돌연변이를 생산할 수 있다는 것을 의미한다.전통적으로 감마선은 꽃가루가 아닌 성인 식물에만 사용된다.성숙한 꽃가루의 조사는 돌연변이 식물이 감마선에 직접 접촉하지 않고 자랄 수 있게 해준다.이 발견은 감마선에 대해 이전에 믿었던 것과는 대조적이다. 감마선은 식물의 돌연변이만 유도할 수 있고 [19]꽃가루는 유도할 수 없다는 것이다.

다른 기술과의 비교

유전자 변형 식품에 대한 논쟁에서, 유전자 변환 과정의 사용은 종종 돌연변이 유발 [20]과정과 비교되고 대조된다.인간 식품 시스템에서 트랜스제닉 유기체의 풍부함과 다양성, 그리고 그것이 농업 생물 다양성, 생태계 건강 및 인간 건강에 미치는 영향은 어느 정도 문서화되어 있는 반면, 돌연변이 식물과 인간 식품 시스템에 대한 그들의 역할은 잘 알려져 있지 않으며, 한 저널리스트는 "잘 알려져 있지 않지만, 방사능 교배는 그것을 생산했다.수많은 유용한 돌연변이들과 전 세계 작물의 상당 부분...쌀, 밀, 보리, 배, 완두콩, 면화, 페퍼민트, 해바라기, 땅콩, 자몽, 참깨, 바나나, 카사바, 수수 [10]등 다양한 품종이 포함됩니다."캐나다에서 돌연변이 번식에 의해 생성된 작물은 유전자 [21][22][23][24]공학에 의해 얻은 작물과 같은 규제와 시험에 직면한다.사용 조건, 특허 및 제안된 유전자 사용자 제한 기술 및 기타 지적 재산권 제도 및 집행 모드와 같은 사용에[6]: 187 점점 더 제약이 있는 많은 상업적 식물 품종이나 생식종과는 대조적으로 돌연변이 발생 품종은 식물 교배에 자유롭게 이용될 수 있는 경향이 있다.

보통 한두 개의 표적 유전자를 삽입하는 유전자 조작 작물과는 달리, 무작위, 다중, 불특정 유전자[25] 변화를 가진 돌연변이 유발 과정을 통해 개발된 식물들은 우려[26] 사항으로 논의되어 왔지만 어느 국가의 유기 기준에 의해 금지되지는 않았다.미국 국립과학아카데미의 보고서는 유전자 조작 작물을 규제할 과학적 근거가 없지만 돌연변이 번식 [7]작물에 대해서는 그렇게 하지 않는다고 밝히고 있다.

여러 유기농 식품 및 종자 회사가 화학 및 핵 돌연변이 [27]유발을 모두 사용하여 개발된 인증된 유기농 제품을 홍보 및 판매하고 있습니다.GMO 작물에 엄격한 라벨 부착 또는 전면 금지를 지지하는 몇몇 인증된 유기농 브랜드는 유전자 [27]조작에 대한 언급 없이 돌연변이 유발 과정에서 유래한 브랜드 밀 및 기타 품종 품종의 사용을 판매하고 있습니다.유기농[28] 맥주에 사용되는 변이원성 보리, 밀 성분부터 유기농으로 [29]소비자에게 직접 판매되는 변이원성 자몽까지 다양하다.

국가별 출시

2011년 현재 전 세계에 출시된 돌연변이 원인의 비율은 다음과 같습니다.[6]: 187 [30]

국가별로 주목할 만한 종류는 다음과 같습니다.

아르헨티나
  • 콜로라도 레이디아도 그라운드넛(X선으로 생성된 돌연변이, 고지방 함량과 수율, 1980년대 아르헨티나에서 재배된 그라운드넛의 80%가 콜로라도 레이디아도)[31]
  • Puita INTA-CL 쌀 돌연변이(내살충제와 양호한 수확량. 볼리비아, 브라질, 코스타리카, [31]파라과이에서도 재배)
호주.
  • 아마루 쌀 돌연변이 품종(2001년 [31]호주에서 재배된 쌀의 60~70%가 아마루)
방글라데시
쿠바
  • 메이벨 토마토 돌연변이([31]내건성이 우수)
  • GINES 쌀 돌연변이(양성자 방사선을 사용하여 생성, 염분 조건에서 [31]잘 성장)
중화인민공화국
  • 헤농계 콩 돌연변이[31]
  • 자헤자잔과 자푸잔 쌀(화분 조사로 얻은 품종, 높은 수율과 품질, 적응성이 뛰어나고 식물 호퍼와 발파에 [31]강한 쌀)
  • 루미안 넘버원[32] 코튼
  • 보라색 과수원 3 고구마[33]
  • 티펑 18[31] 콩
  • 양다오 6호[32] 밥
  • 양마이 156[32] 밀
  • Zefu 802 쌀 돌연변이(감마선 조사, 벼폭풍에 대한 내성, 열악한 환경에서도 양호한 수확량, 1986~1994년 [34]가장 많이 재배된 쌀 품종)
  • 26 자오 인디카 쌀 돌연변이(감마선으로 [34]생성)

체코 공화국

  • 디아만트 보리(X-Rays로 [35]만든 높은 수율, 짧은 키 돌연변이)
이집트
  • 기자 176과 사하 101의 고수율 쌀 돌연변이[31]
핀란드
  • Balder J 보리 돌연변이(가뭄에 강하고 수확량이 많으며 [31]싹이 트는 것이 좋다)
  • 푸티와 리티 뻣뻣한 밀짚 귀리[31] 돌연변이
프랑스.
  • 고올레성 해바라기(해바라기 면적의 50% 이상)
독일.
  • 트럼프 보리[31]
가나
  • Tek Bankye 돌연변이 카사바(가중성이 좋고 건조물 [31]함량 증가)
인도
  • Co-4, Pant Mung-2 및 TAP 녹두 돌연변이[31]
  • MA-9 면 - 1948년에 출시된 세계 최초의 돌연변이 면(X선 방사선, 가뭄 내성, 고수확)[31]
  • PNR-381 라이스[6]: 189
  • Pusa 408(Ajay), Pusa 413(Atul), Pusa 417(Girnar) 및 Pusa 547 병아리콩 돌연변이(아스코히타 병충해에 강하고 수확량이 높다)[31]
  • 샤르바티 소노라[6]: 189 밀
  • Tau-1,[32] MU2, BM4, LGG 407, LGG 450, Co4, Dhauli(TT9E) 및 Pant moong-1 블랙그램(YMC, (옐로우 모자이크 바이러스) 내성)[6]: 189
  • TG24 및 TG37 그라운드너트 변이체[32]
이탈리아
일본.
  • Osa Gold Pear (내병성)
  • 일본에서 재배되는 쌀 품종은 대부분 레이메이 쌀[32] 품종의 sd1 돌연변이 대립 유전자를 가지고 있다.
미얀마
  • Shwewartun 쌀 돌연변이(IR5 쌀을 조사하여 생산량, 곡물 품질, 조기 [31]숙성)
파키스탄
  • Basmati 370 단키[34] 쌀 돌연변이
  • NIAB-78 면 돌연변이(고수율, 내열성, 조기 성숙)[34]
  • CM-72 병아리콩 돌연변이(감마선 150Gy로 생성, 고수율, 내병성)[39]
  • NM-28 빈대 돌연변이(키가 작고 균일하며 일찍 성숙하며 종자 수율이 [39]높음)
  • NIAB Masoor 2006 렌틸 돌연변이(200Gy의 방사선으로 생성, 조기 성숙, 고수율,[39] 질병에 대한 내성)
페루
  • UNA La Molina 95 보리 돌연변이(3,000m [40]이상 성장을 위해 1995년 개발)
  • 센테나리오 아마린스 "kiwicha" 돌연변이(고품질 곡물, 인증 유기농 [40]제품 수출)
  • 센테나리오II 보리 돌연변이(고수율, 고품질 밀가루, [40]우박에 대한 내성을 가진 안데스 고지대에서 재배하기 위해 개발)
수단
  • 알벌리 바나나 돌연변이(품질, 고수율, 스탠드)[31]
태국.
  • RD15 및 RD6 방향족 쌀 돌연변이(감마선으로 생성되어 1977-8년에 방출되었습니다. RD15는 일찍 익고 RD6는 귀중한 찹쌀 내복균을 가지고 있습니다.)태국은 세계에서 가장[31] 큰 방향미 수출국이다.
영국
  • 골든 프로미스 보리(감마선을 [41]이용해 만든 반내염 돌연변이) 맥주와 위스키[42] 제조에 사용
미국
  • 칼로스 76 쌀(감마선으로 유도되는 [6]: 189 단신 쌀)
  • 루터와 펜라드 보리(고수율 돌연변이 품종; [31]펜라드도 겨울에 강하다)
  • Murray Mitcham Peppermint (버티실륨 시들기 내성)[6]: 189
  • Sanilac bean(X선 방사선, 고수율 돌연변이 - Gratio 및 Sea-way bean 품종은 Sanilac에서 [31]교배되었다)
  • 스타들러 밀(풀린 스머트, 잎 녹에 강하고 성숙이 [31]빠른 고수율 돌연변이)
  • Rio Star Graphuit의 스타 루비와 리오 레드 [6]: 189 품종(열 중성자 기술을 사용하여 생성)
  • Todd's Mitcham Peppermint (버티실륨 시들기 내성)[6]: 189
베트남
  • VND 95-20, VND-99-1 및 VN121 쌀 돌연변이(수율 증가, 품질 향상, 질병 및 [43][44]해충에 대한 내성)
  • DT84, DT96, DT99 및 DT2008 콩 돌연변이(감마선을 사용하여 연간 3개의 작물을 재배하고 더위와 추위에 대한 [44]내성과 질병에 대한 저항성)

2014년에는 쌀 변종 17종, 콩 10종, 옥수수 2종, 국화 변종 1종이 베트남 농가에 공식 출시되었으며 쌀의 15%, 콩의 50%가 [45]변종에서 생산되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  21. ^ 캐나다의 규제 시스템은 원산지 방법에 관계없이 제품에 새로운 기능이 있는지 여부에 따라 결정됩니다.즉, 돌연변이 육종 또는 유전자 공학(또는 선택적 육종을 포함한 다른 방법)을 사용하여 생성되었는지 여부에 관계없이 종에서 이전에 발견되지 않은 특성을 가진 경우, 제품은 유전자 변형으로 규제된다.
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외부 링크