오랜 시간을 걸쳐 인공적으로 번식된 독특한 형질의 작물 우량 품종은 선조 유전자 베이스 중에서 저주파 형질로 존재하고 있는 일부 우수품질 대립 유전자(elite allele)를 고착시켰을 가능성이 제기되고 있다. 이런 우수품질 대립 유전자는 그 우량 품종의 실용 형질(economical character)에 큰 기여를 한 것으로 알려지고 있다.
전통적인 유전학 연구에서 과학자들은 양적형질유전자좌 연결매핑(Quantitative trait loci linkage mapping), 연합 지도화(association mapping) 등의 방법을 채용하여 실용 형질의 관련 유전자를 확정한다. 그러나 양적형질유전자좌 연결매핑 방법은 군체 분리 구축에 긴 시간을 소요하며 또 연합 지도화 방법은 군체 중의 저주파 형질로 존재하는 대립 유전자를 확정하는 기능이 없다는 단점을 안고 있다.
위와 같은 단점을 극복하고 고효과적이고 빠르게 우수 품질계 중의 우수품질 대립 유전자를 감별하기 위해 중국 과학원 쿤밍(昆明)동물연구소 유전자원과 진화 국가 중점실험실의 연구진은 윈난성(雲南省) 농업과학원, 심천(深釧)화대유전자연구원의 연구진과 손잡고 ‘개량품종계 마크 위치 분석(Elite variety tag SNP analysis, ETAS analysis)’(이하 ETAS analysis )이라는 새로운 감별 방법을 내놓았다. 이 방법은 개량 품종계 중에서 우수 품질 대립 유전자를 감별해 낼 수 있다.
연구진은 특정 개량품종의 게놈 서열에 대한 심층적인 반복 측정 및 대규모의 비개량 품종 군체 게놈에 대한 대조 데이터를 기반으로 ‘ETAS analysis’를 사용했다. 연구진은 유명한 벼 개량 품종, 예를 들면, 높은 수확을 거둘 수 있는 꾸차우(桂朝), 우수 품질의 웨광(越光), 항가뭄의 IRAT104 중에서 개량 품종에 대응되는 마크 위치를 감별했다.
또한 연구진은 밭벼(upland rice) IRAT104 중 하나의 마크 위치에 대한 심층적인 분석을 통해 이 위치의 밭벼와 벼 중에 매우 큰 주파수 차이(61% vs 3%)가 있다는 것을 발견했다. 뿐만 아니라 그 부근에 인공적인 번식 흔적이 뚜렷하게 있다는 것을 발견했다.
그리고 기능 분석에 따르면, 그 마크 위치가 아브시스산(abscisic acid) 합성 율속효소(rate-limiting enzyme) NCED 유전자의 코드 구역에 정착되어 있는 것으로 나타났다. 밭벼 중의 고주파 유전자형은 하나의 착각 돌변을 일으켜 효소의 기질(substrate) 결합 공간 구상을 개변시키며 이는 밭벼 중의 아브시스산합성 효율에 영향을 미칠 것으로 분석되고 있다.
아브시스산은 이미 공인된 식물 항생 호르몬이다. 이 항생 호르몬은 식물의 침투압, 기공(氣孔) 밸브 컨트롤 및 근계(根系)의 발육을 통해 식물의 항가뭄에 중요한 역할을 수행한다. 본 연구는 실험을 통해 마크 위치의 밭벼가 업그레이드된 아브시스산 수준을 갖고 있을 뿐만 아니라 더 발달된 기근(branch root) 시스템을 갖고 있다는 것을 입증했다. 이로써 밭벼는 가뭄지역에서도 잘 적응할 수 있다는 메커니즘을 밝혔다.
본 연구에서 연구진은 개체 게놈과 군체 게놈의 비교를 통해 개량 유전를 감별하여 제공할 수 있다는 중요한 근거를 제시했을 뿐만 아니라 기능 검증이 기능 유전자 확정에서 없어서는 안되는 포인트라는 것을 입증했다. 이 연구 성과는 최근 세계적으로 권위 학술지인 Nature Communications에 발표되었다.
한편, 연구진의 연구 과제는 중국 위난성(雲南省) 과학기술부 중점 프로젝트(2011BB015), 국가’973(기초과학계획)’ 프로젝트(2013CB835200, 2013CB835201), 유전자 전이 중대 프로젝트(2009ZX08009-021B)의 지원을 받아 수행되었다.
키워드 : 대립 유전자, 실용 형질, 비교 방법,
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.cas.ac.cn/ky/kyjz/201307/t20130710_3897382.shtml 제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.02.19 16:53
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