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토마토 유전체 완전 해독! 맞춤 재배 가능해질까?

여러분, 토마토 좋아하시나요?
토마토는 우리가 즐겨먹는 채소이자 가지, 고추, 감자 등과 같은 가지과 식물의 연구모델식물로서, 연간 세계 교역량이 10조원에 달하는 중요한 채소작물인데요, 8년 만에 토마토 유전체의 전체 염기서열이 국제 공동연구에 의해 모두 해독되었습니다!

*가지과 식물 : 고추, 토마토, 감자, 가지, 담배 등을 포함하는 식물군으로 식량, 채소, 기호식품, 화훼 및 약용식물로 전세계적으로 재배되고 있으며 진화적으로 가장 종 분화가 다양하게 일어난 식물 분류군 중 하나로 지구상에 약 3,000종이 서식하고 있음.

@burgundavia / http://www.flickr.com/photos/coreyburger/4640025475


이 연구는 국내 연구진을 포함한 14개국 3백여 명의 과학자가 참여했으며 국내에서는 교과부 21세기 프론티어 작물 유전체 기능연구 사업단(단장 최양도)과 한국생명공학연구원(원장 정혁)의 지원을 받아 서울대 최도일 교수팀과 한국생명공학연구원 허철구 박사팀이 참여하였습니다.

이번 토마토 유전체 염기서열 분석은 국제 컨소시엄을 구성하여 12개의 염색체를 참여국가에 하나씩 나누는 방법으로 진행되었으며, 한국은 2번 염색체를 할당 받아 분석을 진행했습니다.

한편 염기서열분석 방법은 인간유전체 분석에 활용된 1세대 염기서열 분석 방법으로 시작하여 최종적인 마무리는 차세대 염기서열 분석장비(NGS)를 이용하는 방법으로 진행하였으며, 하나의 야생종을 포함하여 재배되는 토마토의 질높은 유전체서열을 감자유전체와 비교하여 보고했습니다.


* 1세대 염기서열분석: 1977년 Sanger교수가 개발해 노벨상을 수상한 염기서열 분석 방법으로 인간 유전체 및 애기장대 유전체 분석에 쓰임.

* NGS (차세대염기서열분석 방법): 2000년대 이후 유전체 분석 수요가 늘면서 개발된 염기서열 분석방법으로 Illumina사가 개발한 Genome Analyzer, Roche사가 개발한 454 GS FLX등의 기종이 있으며 최신기종의 경우 인간 유전체의 100배 분량의 서열을 10일 내에 생산해 낼 수 있음.

그 결과, 재배되는 토마토는 야생토마토와 서열상에 0.6%, 감자와는 8% 변이가 일어났으며 유전체상의 염색체 재배열을 관찰 할 수 있었습니다. 애기장대와는 다르지만 콩과는 유사하게 토마토의 small RNA 유전자는 유전자가 많은 염색체 부위에 존재했으며, 토마토 염색체는 진화과정상 세 번의 배수화가 진행되었습니다. 즉, 토마토 열매의 특성, 색깔 및 과육의 특성은 이러한 염색체 진화과정을 통해 진화된 것으로 판단됩니다.

국제컨소시엄을 통한 토마토 전체 유전체 서열분석

9억 염기쌍의 DNA로 구성된 토마토 유전체의 염기서열 정보는 35,000여 개의 토마토 유전자 기능정보 뿐만 아니라 유전자의 배열 및 구성, 그리고 유전체 구조 등 광범위한 내용을 담고 있기 때문에 이러한 토마토 유전체 정보는 육종 기술개발을 가속화하여 생산성 높은 고품질의 토마토를 생산하는데 도움이 될 것으로 보입니다.

무엇보다 유전체 정보를 이용하면 초기 단계에서 종의 품질을 확인할 수 있어 육종연한 및 비용을 절반이상 감축할 수 있으며, 비타민 A․C, 캡사이신(매운성분) 등 가지과 식물의 유용한 2차 대사산물의 생합성과정과 종분화 연구에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 또한, 이 정보를 같은 가지과 식물인 고추, 감자 등에 활용하면 다양한 고품질의 신품종 농산물을 만들 수도 있겠죠.

토마토 유전체와 다른 가지과 식물 유전체의 유사성

최도일 교수팀은 토마토 유전체 정보 분석을 통해 축적된 기술력을 바탕으로 고추의 유전체 분석을 독자적으로 진행하고 있는데요, 최도일 교수는 “이번 연구결과가 육종기술개발 및 유전자의 진화 및 종분화 연구에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.”고 밝혔습니다.

이번 연구결과는 생명과학분야 최고 학술지인 네이처지에 5월31일 게재되었으며, 염기서열 관련 정보는 홈페이지(http://solgenomics.net/tomato)를 통해 확인할 수 있습니다.

자료 |
교육과학기술부 보도자료(http://mest.korea.kr/gonews/branch.do?act=detailView&dataId=155831076&sectionId=b_sec_2&type=news&currPage=3&flComment=1&flReply=0)

 

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