[위즈뉴스] 밀, 감자 등 다배체(polyploid) 작물들이 가진 장점을 이용해 생산성을 올리는 새로운 전략이 제시됐다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 6일, 경상국립대 응용생명과학부 박순주 교수와 식물생명공학연구소 김근화 박사 연구팀, 미국 콜드스프링 하버 랩의 도린 웨어(Doreen Ware) 교수 연구팀으로 구성된 국제공동연구팀이 다배체 작물이 가지는 유전적 특성을 활용해, 식물 양적 형질의 다양성을 구현해 생산성을 증대할 수 있음을 증명했다고 밝혔다.  

다배체(polyploid)란 기본적인 이배체(diploid) 유전체와 달리, 2배, 3배 혹은 그 이상의 배수체로 유전체가 증폭된 생명체를 말한다.

이번 연구 성과를 담은 논문은 식물생명공학 분야의 SCI급 국제학술지 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널(Plant Biotechnology Journal, IF=13.8)’ 8월 2일자에 게재됐다. 

논문명은 'Engineering homoeologs provide a fine scale for quantitative traits in polyploid'이며, 경상국립대 박순주 교수와 김근화 박사, 미국 콜드스프링 하버 랩 도린 웨어 교수가 공동 교신저자로, 원광대 이은송 박사과정생과 경상국립대 허정 박사, 국립생물자원관 방우영 박사, 콜드스프링 하버 랩 커필 초굴리 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

"다배체 작물의 생산성 향상뿐만아니라 병 저항성 등도 연구 중" 

연구팀의 박순주 교수는 “다배체 작물의 생산성 향상뿐만 아니라 병 저항성이나 대사물질 함유 조절 등도 같은 전략으로 정교하게 조절할 수 있는지 검증이 필요하다”며 “똑같이 가능하다면 더욱 폭넓게 유용 다배체 작물을 개량해 나갈 수 있다”고 말했다. 

야생에 존재하는 많은 식물들은 대부분 다배체 형태로 존재하지만, 유전체 크기가 크고 반복 서열 등의 문제로 인해 연구에 한계가 있었다.

그러나 최근 차세대 시퀀싱 기술과 유전자 가위(CRISPR)를 이용한 유전자 편집 기술이 활성화되면서 연구 진입이 비교적 용이해졌다. 

이에 연구팀은 한국에서 자생하는 가지과 종 육배체(hexaploid) 작물인 까마중(학명: Solanum nigrum)의 유전자를 편집해 이배체 조상 식물인 미국 까마중(학명: Solanum americanum)과 직접 비교한 결과, 많은 수의 유전자들이 동조 유전자(homoeologous gene) 형태로 3배수 존재하며 기능적으로 잘 보존되어 있음을 증명했다.

동조 유전자(homoeologous gene)는 하나의 다배체 개체 내에서 발현되는 유사 유전자로 염기서열이 매우 유사하고 기능적으로 보존되어 있다.

연구팀은 식물 꽃대 발달 또는 구조 결정에 중요한 역할을 하는 유전자를 편집해 활성화된 동조 유전자의 숫자가 다양하게 나타나는 유전형의 식물체들을 획득할 수 있었다.

각 개체들의 표현 형질을 조사한 결과, 생산성에 영향을 주는 형질들이 동조 유전자의 투여량 효과(dosage effect)에 의해 양적으로 구현된다는 것을 알아냈고, 그중 가장 생산성이 향상된 유전형 개체를 선발하는 방식으로 작물 개량이 가능함을 발견했다.

[그림설명] 유전자 편집을 이용한 육배체 유전형 분리법
육배체 까마중을 유전자 편집을 통해 돌연변이체를 제작하고, 야생형과의 역교배를 통해 이형접합 돌연변이체를 얻게 된다. 이 개체를 세대 진전하게 되면 기능하는 동조 유전자(HG) 수가 다른 다양한 유전형의 개체들을 선발할 수 있다. 반면 이배체의 경우는 유전자 수의 한계에 의해 다양한 유전형을 획득하지 못한다.

연구팀은 "다배체화를 통한 유전자 편집 기술은 이배체 식물이 가지는 한계를 극복하기 위한 새로운 육종방법으로서 이용될 것으로 예상된다"고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 세종과학펠로우십, 중점연구소지원사업 사업의 지원으로 수행됐다.

정 현 기자 다른기사 보기