개량 까다로운 다배체 작물, 유전자 조합으로 생산성 높인다

박순주 경상국립대 교수 연구진

한국에 자생하는 까마중의 열매. 까마중은 유전자가 6배 증폭돼 있는 다배체 식물이다. 국내 연구진은 최근 다배체 식물의 작물 생산성을 높일 수 있는 기술을 개발했다./퍼블릭도메인

국내 연구진이 밀, 감자 같은 다배체 식물이 가진 특성을 활용해 작물 생산량을 높일 방법을 찾았다. 질병 저항성을 높이거나 유용한 성분을 함유한 작물을 만드는 데도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

박순주 경상국립대 응용생명과학부 교수와 김근화 경상국립대 식물생명공학연구소 선임연구원이 이끄는 공동 연구진은 다배체 작물의 유전적 특성을 활용해 생산성을 높이는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

자연계에 서식하는 식물의 대부분은 다배체 형태로 존재한다. 다배체는 유전체가 3배 이상으로 증폭된 생물이다. 유전체가 2배로 증폭돼 있는 사람을 비롯한 대부분의 동물과 달리 다배체는 유전체의 크기가 크고 반복 서열이 많아 연구가 까다로운 분야로 꼽힌다. 최근에는 유전체 해독 기술이 발달하고 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위를 이용한 유전자 편집이 쉬워지면서 활발한 연구가 이뤄지고 있다.

연구진은 국내에 서식하는 가지 종(種) 중 하나인 ‘까마중’의 유전자를 편집해 미국 까마중과 비교했다. 국내 까마중은 유전체가 6배로 증폭된 육배체이고, 미국 까마중은 유전체가 2배로 증폭된 이배체다.

연구 결과 국내 까마중의 유전자 일부에서는 3배로 증폭된 ‘동조 유전자’가 발견됐다. 동조 유전자는 하나의 개체 안에서 발현되는 유전자 중 염기서열과 기능이 유사한 경우를 말한다.

연구진은 꽃대의 발달과 구조를 결정하는 동조 유전자의 숫자가 다양한 식물체를 선별하고 작물 생산량과 연관이 있다는 가정을 세웠다. 실제로 연관성을 분석한 결과, 작물 생산량은 유전자의 발현 정도에 따라 결정되는 ‘투여량 효과’를 보였다. 여러 유전자가 어떻게 조합되는지에 따라 동조 유전자가 작물 생산량에 미치는 영향에 차이가 나타났다.

실제로 까마중의 아종인 보라농의 유전자를 편집해 기존보다 수확량이 늘어난 개량 품종을 만들 수 있다는 것도 확인했다. 연구진은 다배체에서 나타나는 유전적 다양성을 활용하면 이배체 식물보다 우수한 품종을 만들 수 있을 것으로 기대했다.

박순주 교수는 “다배체 작물의 생산성 향상뿐만 아니라 질병 저항성이나 대사물질 함유량도 조절할 수 있는지 검증이 필요하다”며 “향후 유용한 다배체 작물을 개량해 나갈 수 있을 것으로 기대한다”고 설명했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널’에 지난달 2일 소개됐다.

참고자료

Plant Biotechnology Journal, DOI: https://doi.org/10.1111/pbi.14141

이번 연구에 참여한 연구진. 왼쪽부터 박순주 경상국립대 교수, 김근화 선임연구원, 이은송 원광대 박사과정 연구원, 허정 경상국립대 박사 후 연구원./한국연구재단

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -