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Sep 16, 2023

유전자 조작에 의한 오이와 토마토의 이종 모그로시드 생합성

커뮤니케이션 생물학 볼륨

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 191(2023) 이 기사 인용

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모그로사이드는 다양한 생물학적 활성을 나타내고 현대 분자 생명공학을 통해 야채 향미 육종을 가능하게 하는 고가치 천연 제로칼로리 감미료로 널리 사용됩니다. 본 연구에서 우리는 이식유전자 스태킹을 위한 In-fusion 기반 유전자 스태킹 전략과 6개의 모그로사이드 생합성 유전자를 보유하는 다중 유전자 벡터를 개발하고 이를 Cucumis sativus 및 Lycopersicon esculentum으로 형질전환시켰습니다. 여기에서 우리는 형질전환 오이가 각각 587 ng/g FW와 113 ng/g FW에서 mogroside V와 siamenoside I을 생산할 수 있고, mogroside III로 형질전환 토마토를 재배할 수 있다는 것을 보여줍니다. 이 연구는 야채 풍미 개선 전략을 제공하여 모그로사이드의 이종 생합성을 위한 길을 열었습니다.

음식 맛에 대한 선호는 인간의 전체 진화 역사에 널리 퍼져 있으며, 이러한 선호는 때때로 인간의 영양 요구량보다 더 높았습니다. 맛은 음식 선호도에 중추적인 역할을 하며, 맛은 즐거움을 선사하며, 이는 식욕 증진, 소화 개선, 영양소 이용률 증가에 중요한 의미를 갖습니다1. 더욱이, 인간은 이미 야채와 과일의 맛을 개선하기 시작했으며, 이는 궁극적으로 식단 지출의 지침과 인간의 건강 개선으로 이어졌습니다2. 지난 반세기 동안 높은 작물 생산성이라는 육종 목표는 간접적으로 맛과 영양분의 감소를 초래했습니다3. 유전적 연관으로 인해 품질 특성은 수확량에 부정적인 영향을 미치는 것으로 보이며 바람직한 풍미, 높은 수확량 및 고품질은 여러 유전자에 의해 제어되는 복잡한 특성입니다4. 따라서 일반적으로 풍미 증진을 위한 식물 육종은 높은 수확량과 우수한 품질을 바탕으로 하는 주요 과제로 남아 있습니다. 1983년 이후 형질전환 생명공학의 주요 발전으로 맛과 영양 품질을 향상시키기 위한 육종이 더욱 단순화되고 실행 가능해졌습니다5. 이전에 설명한 바와 같이, 현대 상업용 토마토 품종에는 풍미와 관련된 휘발성 물질이 분명히 없습니다. 결과적으로 과학자들은 Ocimum Basilicum geraniol synthase6의 발현을 통해 과일에서 레몬 맛과 장미 같은 향이 나도록 토마토 식물을 변형했습니다. 또한 TomLoxC는 지질 유래 C5 및 C6 휘발성 생합성을 촉매하여 토마토 과일 맛에 영향을 미치는 것으로 널리 알려져 있습니다7. 더욱이 이전 연구에서는 바닐린 생합성을 조절하는 VpVAN 유전자의 변형이 고추의 독특한 맛을 변화시켰다는 사실이 밝혀졌습니다8. 분명히, 풍미와 관련된 동종 또는 이종 이식유전자를 포함하는 식물 육종은 앞으로도 계속될 인기 있는 연구 주제가 되었습니다.

단맛 선호는 일종의 인간 본능이며, 단맛은 근본적인 쾌락적 쾌락으로 묘사되어 왔습니다9. 설탕을 필수 성분으로 하는 달콤한 음식은 전 세계 모든 연령층에서 비만, 당뇨병 및 심혈관 질환을 현저히 증가시켰습니다10. 따라서 매일 식단에 사용할 수 있는 무설탕 감미료를 탐구할 필요가 있습니다. 마찬가지로 과학자들은 달콤한 맛이 나는 단백질을 오이11, 토마토12,13, 딸기14, 배15 및 상추13,16로 전환하여 달콤한 맛이 나는 작물을 육종했습니다. 그러나 달콤한 단백질은 일반적으로 높은 가격, 부족한 공급, 낮은 맛, 짧은 유통기한 및 안정성으로 인해 제한을 받았습니다17. 1983년에 독특한 Siraitia grosvenorii 과일(Cucurbitaceae, Luo-han-guo 또는 Monk Fruit)에서 분리된 무당 감미료인 모그로사이드 V가 중국에서 발견되었으며18,19,20 2010년에 FDA의 승인을 받았습니다. 모그로사이드는 모그로사이드 III, 시아메노사이드 I 및 모그로사이드 V와 같은 여러 가지 달콤한 성분으로 나뉩니다. 모그로사이드의 단맛은 글리코실화 및 글리코실화 부위의 수에 따라 다릅니다. 모그로사이드 V의 가장 큰 장점은 일반적으로 약간 쓴맛이 나는 달콤한 스테비오사이드, 루부소사이드 및 글리시리진에 비해 뛰어난 향미입니다22,23. 흥미롭게도 항당화 효과가 있는 이 천연 감미료24는 단맛이 높고 칼로리 함량이 낮으며 독성이 없습니다. 그 단맛은 자당보다 약 300배 더 높습니다25,26; 약용으로 사용된 역사는 300년이 넘습니다27. 모그로사이드는 국내외 각종 인정 브랜드에서 승인 및 사용되었으며, 2019년 9월 말까지 전 세계 4,300개 이상의 제품에 적용되었습니다. 중국에서는 모그로사이드를 일종의 식품, 음료 및 제약 산업에서 널리 사용되며 전 세계적으로 큰 상업적 잠재력을 가지고 있는 안전하고 무독성이며 천연 감미료입니다27. 2011년에 우리 그룹은 모그로사이드 V 생합성 경로를 조사했으며 40개의 주요 효소 코딩 유전자가 처음으로 복제되었으며28 이는 단맛 개선을 위한 작물 육종을 위한 기증자 유전자를 제공했습니다. 문헌에 따르면, 모그로사이드 V 생합성의 전구체인 2,3-옥시도스쿠알렌은 식물에서 광범위하게 발견됩니다(보충 그림 S1). 따라서 다양한 모그로사이드 V 신타제 유전자를 후보 식물로 형질전환시켜 감미 식물을 개발하는 것이 매우 중요하며, 이러한 형질전환 식물은 모그로사이드 V 생산을 위한 유망한 물질로도 사용될 수 있습니다.