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생식세포는 유전정보를 후대로 전이 할 수 있는 유일한 세포로, 세포의 발달 및 분화과정에 대한 이해는 학문적 연구가치가 대단히 높습니다. 조류의 원시생식세포는 체외 배양이 가능하며 이를 통한 생식선키메라를 효율적으로 생산할 수 있기 때문에 생식세포 발달 생리 및 유전체제어를 통한 형질전환 동물 생산에 매우 적합한 세포입니다. 따라서 조류 원시생식세포의 특성화 및 고효율의 형질전환 기술의 확보가 무엇보다도 필요하다고 할 수 있습니다.

본 연구단의 최종 목표는 조류 생식세포의 생물학적 특성을 규명하고 조류 원시생식세포 매개의 유전자 제어 및 맞춤형 조류 생산 시스템을 확립하는 것입니다. 이를 위해 조류 원시생식세포의 체외배양 기술을 바탕으로 생식세포의 유지, 발달 및 분화와 관련된 조절인자들을 규명하고, 이를 이용한 생식세포 발달연구, 세포신호전달 및 체세포로부터의 역분화 메커니즘 및 이에 대한 의미를 밝히고자 합니다. 또한 생식세포 매개의 유전자 제어를 통해 기능이 조절된 맞춤형 조류를 복제 및 생산함으로써 새로운 학문영역의 확보 및 조류 자원의 영구적 보전 시스템 구축 등의 연구를 수행하여 학문 및 산업분야의 발전에 기여하고자 합니다.

이와 같은 연구 목표를 달성하기 위하기 위해서 조류 생식세포 제어 및 복제 연구단은 다음과 같이 2개의 주요 연구분야를 중심으로 핵심 연구그룹을 구성하였습니다.

1. 조류 생식세포의 신호전달 네트워크 규명 및 분화연구

다른 종들과는 달리 조류의 원시생식세포는 유일하게 특성을 유지한 상태로 장기간 체외 배양이 가능합니다. 이러한 강점을 활용하여 원시생식세포의 세포 특이성을 유지시키는 세포 신호전달 기작이나 조절 유전자들의 기능성을 체외배양 중에 손쉽게 조절하여 연구를 진행할 수 있습니다. 본 연구진에서는 생식세포 발달 전반에 걸친 유전자 및 유전조절인자 발현 양상, 후생유전적 마커 발현 등의 총체적 정보를 확보하고 기능적으로 검증함으로써 조류 생식세포 분화 및 역분화 조절 기작에 대한 이해를 완성하고자 합니다.

2. 생식세포 유전자 제어 및 형질전환 조류 생산 연구

포유류는 전핵세포 주입, 핵치환, 확립된 줄기세포의 이식 등을 이용해 형질전환, 클로닝, 개체 보존, 생식선 키메라 생산 등이 가능한 상태인 반면에, 조류는 난 (egg)내의 배반엽세포들로 부터 발달하는 독특한 발생생리학적 차이로 인해 다른 전략 기술이 필요합니다. 조류의 원시생식세포는 형질전환 생산, 유전자원 보존 등의 목적을 이룰 수 있는 유일한 수단입니다. 본 연구진은 유전자 적중 및 제어기술을 통해 조류 특이적인 난 단백질 성분 조절, 형질전환 모델동물, 멸종위기종 복원 등 경제적, 산업적, 학문적으로 고부가가치를 가지는 조류 품종 라인을 확보하고자 합니다.

Germ cells are the only cell population that can transfer genetic information to future generations, understanding the development and differentiation of the cells has very high academic research value. Because avian primordial germ cells can be cultured in vitro and produce germline chimera efficiently, these are very suitable for physiological characteristic of germ cell development and the production of transgenic animal through programmed genome editing. Therefore, there is an increasingly strong demand for the characterization of primordial germ cells and novel transgenic techniques with high efficiency in avian species.

The aim of this project is to establish a comprehensive understanding of biological mechanisms of avian germ cells using a combined approach involving genome-editing technology and germ cell manipulation. By combining the in vitro culture systems of germline-competent cell lines and genome modulation tools, we are also obtaining a comprehensive understanding of germ cell-signaling networks including factors related to specification, development and (de)differentiation of germ cells. Furthermore, our research team aims to pioneer new fields of study and establish a reliable system for the conservation of avian genetic resources for the contribution of development of academic and industrial sectors.

In order to achieve the research goals above, we configured the key research groups around the two main research areas as follows:

1. Germ cell signaling network and its application

Unlike any other species, avian primordial germ cells can be cultured for a long period without losing their unique characteristics. In vitro culture of chicken PGCs has provided in-depth knowledge on their biology using a high-throughput approach, including analysis of methylation status, non-coding RNA profiling and gene expression patterns. Therefore, we aim to identify the expression profile of various RNAs, including non-coding RNAs and epigenetic elements in germ cells, to develop a comprehensive understanding of mechanisms of germ cell (de)differentiation.

2. Establishment of innovative avian systems through germ cell-mediated technologies

In mammalian species, various techniques have been developed to generate germline chimeras and transgenic animals, such as pronuclear injection, nuclear transfer, and stem cell transplantation. However, in avian species, novel strategies are required due to the unique physiological differences of avian species. Primordial germ cells are the only means to overcome germline competency and conserve the genetic resources. Based on the gene-targeting technologies and genetic modulation system, we aim to secure the bird breed lines with high added value in economic, industrial and academic sectors, including modulation of egg white protein composition, transgenic model animals, and restoration of endangered species.