▲ 꽃대가지 결정 S 유전자 돌연변이체 표현형질의 양적 조절 및 수확성 변화 기능하는 동조 S 유전자의 숫자가 줄어들수록 꽃대 가지가 늘어나며 꽃수가 증가하고, s1s2s3 돌연변이체에서 그 수가 최대가 된다. 하지만 열매 수확성은 무수히 많은 꽃을 가진 s1s2s3 돌연변이체에서 오히려 떨어지고, S1 한량을 가진 s1/+s2s3에서 최대가 된다. 이배체보다 육배체에서 양적 형질이 더욱 다양하게 분리되고 그로 인한 수확성 최적화 개체를 선발할 수 있다. (사진 속 화살촉은 꽃대 가지 분지 위치를 표시)

경상국립대학교 박순주(응용생명과학부) 교수와 김근화(식물생명공학연구소) 박사 연구팀이 다배체 작물이 가지는 유전적 특성을 활용, 식물 양적 형질의 다양성을 구현해 생산성을 증대할 수 있음을 증명했다.

야생에 존재하는 많은 식물들은 대부분 다배체 형태로 존재하지만, 유전체 크기가 크고 반복 서열 등의 문제로 인해 연구에 한계가 있으나 최근 차세대 시퀀싱 기술과 유전자 가위(CRISPR)를 이용한 유전자 편집 기술이 활성화되면서 연구 진입이 비교적 용이해졌다.

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.

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.

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

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 설명했다.

이번 연구 성과는 식물생명공학 분야 국제학술지 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널(Plant Biotechnology Journal)’에 8월 2일 게재되었다.

꽃대가지 결정 S 유전자 돌연변이체 표현형질의 양적 조절 및 수확성 변화 기능하는 동조 S 유전자의 숫자가 줄어들수록 꽃대 가지가 늘어나며 꽃수가 증가하고, s1s2s3 돌연변이체에서 그 수가 최대가 된다. 하지만 열매 수확성은 무수히 많은 꽃을 가진 s1s2s3 돌연변이체에서 오히려 떨어지고, S1 한량을 가진 s1/+s2s3에서 최대가 된다. 이배체보다 육배체에서 양적 형질이 더욱 다양하게 분리되고 그로 인한 수확성 최적화 개체를 선발할 수 있다. (사진 속 화살촉은 꽃대 가지 분지 위치를 표시)