원광대학교(총장 박성태) 생명과학부 추영국 교수와 경상국립대 박순주 교수 연구팀이 다배체(polyploid) 작물이 가진 유전적 특성을 활용하여 식물 양적 형질의 다양성을 구현해 생산성이 향상된 작물로 개량할 수 있음을 증명하고, 새로운 육종 전략으로 제안하는 논문을 식물생명공학 분야 국제 저널인 ‘Plant Biotechnology Journal(IF: 13.263)’에 게재했다.

생명과학부 이은송(사진) 대학원생이 추영국 교수의 지도를 받아 제1저자로 참여한 이번 논문은 한국에서 자생하는 가지과 종 육배체(hexaploid) 작물인 까마중(학명: Solanum nigrum)을 이용해 연구를 수행했으며, 까마중 열매는 당도가 높고 항산화 및 항암 물질과 시력에 좋은 루테인을 함유해 훌륭한 건강 보조 식품으로 알려져 있다.

연구팀은 육배체 까마중의 전체 유전체 서열 분석과 이배체 조상 식물인 미국 까마중(학명: Solanum americanum)과 직접 비교를 통해 많은 수의 유전자가 동조 유전자 (homoeologous gene) 형태로 3배수 존재하며 기능적으로 잘 보존돼 있음을 증명했다.

특히 동조 유전자 중 식물 꽃대 발달 및 구조 결정에 중요한 역할을 하는 유전자를 크리스퍼(CRISPR) 편집시스템을 통해 편집하고, 야생형 부모와 역교배를 통해 활성화된 동조 유전자 숫자가 다양하게 나타나는 유전형의 식물체들을 획득했다.(그림 1)

또한, 각 개체의 표현형질 조사를 통해 생산성에 영향을 주는 형질들이 동조 유전자의 투여량 효과(dosage effect)에 의해 정교하게 양적으로 구현됨을 발견하고, 이 중 가장 생산성이 향상된 유전형 개체를 선발하는 방식의 작물 개량을 제안했다.(그림 2)

한편, 이배체 작물의 경우 형질 결정에 중요한 유전자를 편집할 경우 다양한 보상 조절 유도로 인해 식물 생장 밸런스가 깨지는 경우가 많은 가운데 다배체 작물을 이용하면 중요 유전자 편집을 통한 생장 밸런스를 정교하게 조절하여 다양한 형태의 중간 형질을 지닌 개체를 제작할 수 있으며, 이는 생산성 향상뿐만 아니라 작물의 병 저항성이나 대사 물질 함유 조절 등에도 적용돼 미래 작물 육종에 중요하게 활용될 것으로 기대되고 있다.

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