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[표지로 읽는 과학] 보리 유전체 해독 첫 성공

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[표지로 읽는 과학] 보리 유전체 해독 첫 성공

2017.04.30 18:00
네이처 제공
네이처 제공

이번 주 ‘네이처’ 표지는 보리밭이 장식했다. 보리는 약 1만 년 전에 재배되기 시작하면서 초기 농업 시대부터 주요 곡물이었다. 인류와 역사를 함께 해온 보리의 유전체(게놈)가 오랜 노력 끝에 해독됐다.
 
닐스 스테인 독일 라이프니츠식물유전학연구소 교수팀을 비롯한 국제보리염기서열분석컨소시엄(IBSC) 연구팀은 여섯줄보리(Hordeum vulgare L.)의 게놈 염기서열을 해독하고, 표준 게놈지도를 완성했다고 ‘네이처’ 20일자에 발표했다. 이는 식량 부족 문제를 해결할 수 있는 새로운 품종의 유전자변형작물(GMO)을 얻는 데 도움이 될 것으로 보인다.
 
생명체의 유전 정보를 담고 있는 DNA는 아데닌(A), 티민(T), 시토신(C), 구아닌(G) 등 4개의 염기가 서로 쌍을 이루며 나열된 염기서열로 이뤄져 있다. 보리는 전 세계 다양한 지역에서 재배되는 인류의 주요 곡물 중 하나다. 그러나 보리 유전체의 80%는 염기서열이 복잡하게 반복되는 형태를 띠는 등 해독이 매우 어려웠다.

 

연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 염색체 단위로 분석하는 새로운 방법을 ‘샷건 시퀀싱’이라는 기존 염기서열 해독법에 적용했다. 샷건 시퀀싱은 임의로 절단해 얻은 DNA 조각에 든 염기서열 자료를 컴퓨터 편집 프로그램에 입력해 조합하는 방식으로 유전체의 염기서열을 알아내는 방법이다. 그 결과, 연구진은 밀과 호밀이 포함돼 있는 밀족(Triticeae)의 유전체를 처음으로 완전히 해독하는 데 성공했다.
 

보리 유전체를 이루는 염색체. 말단(Distal)과 중심(Proximal), 사이(Interstitial) 등 3가지 영역으로 이뤄져 있다. - 네이처 제공
보리 유전체를 이루는 염색체. 말단(Distal)과 중심(Proximal), 사이(Interstitial) 등 3가지 영역으로 이뤄져 있다. - 네이처 제공


이를 통해 연구진은 보리의 유전체를 이루는 염색체 7개가 각각 말단과 중심, 사이의 3가지 영역으로 나뉜다는 사실을 밝혔다. 염색체 한쪽 끝 말단에는 외부 자극에 저항하는 유전자 등 환경에 따라 빠르게 진화하는 유전자들이 풍부하게 위치해 있었다. 반면 중심에는 세포의 기능을 조절하는 등 일상적인 작용과 관련된 유전자들이 풍부했다. 세대를 거듭하면서 유전자가 재조합 되는 비율 역시 말단이 높았고, 중심부는 거의 변함이 없었다. 때문에 유전자들은 말단에 집중돼 있는 경향을 보였다.

 

또 연구진은 봄과 겨울 등 계절별 성장 조건에 따라 유럽의 고품질 보리 96종의 염색체를 분석해 보리의 유전형 다양성을 밝혔다. 그 과정에서 어떤 유전자 요인에 의해 보리의 종과 특성이 달라지는지 확인할 수 있었다. 스테인 교수는 “유전자를 교정해 새로운 품종의 보리를 설계해 맛과 영양을 풍부하게 하거나 척박한 환경에서도 잘 자라도록 만드는 데 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

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