BEP 가지, 즉 대나무(Bambusoideae), 벼아과(Ehrhartoideae), 조숙 포아풀아과(Pooideae) 등은 벼과(Poaceae)의 중요한 구성부분에 속한다. 최근 수십년 동안 연구자들은 이 분야에서 거대한 노력을 쏟아부었지만 BEP 가지의 계통적 발육에서 여전히 논쟁이 남아있다.
다행히 최근 2년 동안 연구자들은 엽록체(chloroplast) 풀게놈 서열 정보를 이용한 결과 대나무와 조숙 포아풀아과가 더욱 가까운 근연적 시스템 관계를 가지고 있다는데 무게를 두고 있다. 그러나 엽록체 유전자의 경우, 편모 유전(대부분 모계 유전)이 이뤄지고 있어 상대적으로 진화 속도가 느리며 또 편모 유전은 종(種)의 진화 역사를 정확하게 반영할 수 없기 때문에 핵유전자(nuclear gene, 양친 유전)를 이용하여 종의 진화 관계를 연구하는 것이 매우 필요하다.
최근 중국 과학원 쿤밍(昆明)식물연구소 궈전화(郭振華) 연구진과 리더주(李德銖) 연구진은 11개 풀게놈과 6개 전사체(transcriptome)를 갖춘 종 서열을 이용하여 종의 진화에 대한 연구를 추진하였다. 이들 연구진은 생물정보학 방법을 통해 17개 종 중 121개 싱글 카피(single copy) 혹은 로 카피(Low copy)의 직계 동원 게놈(orthologous groups)을 식별해 낸 후, 여러 가지 방법을 이용하여 대나무와 조숙 포아풀아과가 계통적인 관계에서 더욱 가까운 근연 관계가 있다는 것을 입증했다.
연구진은 지금까지 엽록체 게놈과 핵게놈(nuclear genome) 데이터를 이용하여 BEP 가지가 단계통군(monophyletic group)이라는 것을 확인했다. 또한 BEP 가지 내에서 대나무와 조숙 포아풀아과 더욱 가까운 근연 관계가 있으며 대나무와 조숙 포아풀아과가 함께 벼과의 자매군을 구성한다는 것도 규명했다.
이 외에도 연구진은 벼과의 14종 중 173게 직계 동원 유전자를 식별해 냈을 뿐만 아니라 선택 압력 분석을 통해 이 중 9개 유전자가 직접 선택(direct selection)의 포인트를 보유하고 있다는 것을 발견했다.
이와 함께 연구진은 열대와 온대(temperate zone)의 대표 종인 대나종 대마죽(dendrocalamus affinis)과 모죽(mao bamboo) 중에서 314개 직계 동원 유전자를 식별했다. 이 중 24개 유전자에게서 직접 선택 추세가 나타났다. 마직막으로 연구진은 직접선택을 받는 유전자의 기능 연구를 통해 일부 유전자는 환경 압력 반응, 생식 발육, 세포 분열, 선호 전달, 호르몬 합성과 생화 대사 등 기능의 영향을 받는다는 것을 발견했다. 예를 들면, WCOR413，PM5, Meu13, OsClp8, RRM and DNA-directed RNA polymerase II 등이다.
본 연구 결과는 장기간 논쟁이 되어 왔던 벼과 BEP 가지 진화에서 친연 관계를 정확하게 규명하는 계기가 된다. 뿐만 아니라 일부 직접 선택 유전자를 발굴함으로써 벼과의 적응성 진화를 이해하는데 중요한 가치를 제공해주며 또 후속 유전자 기능을 검증하고 유전자 전이와 분자 육종을 연구하는데 기초 소재를 제공해 줄 것으로 전망된다.
한편, 본 연구 결과는 ‘Phylogenomic Analyses of Nuclear Genes Reveal the Evolutionary Relationships within the BEP Clade and the Evidence of Positive Selection in Poaceae’란 주제로 ‘공공 과학 도서관-종합(PLoS ONE)’에 발표되었으며 본 연구는 중국 과학원 지식혁신 공정 프로젝트(KSCX2-YW-N-067), 국가 자연과학기금 프로젝트(30990244), NSFC-윈낭성 연합기금 프로젝트(U1136603), 국가 교육부 귀국 연구원 가동 기금과 윈난성 청년학술 리더 기금(2008PY065) 등의 지원을 받아 수행되었다.
그림: 대나무, 벼과와 조숙 포아풀아과의 계통적 발육 관계도(PAUP, RAxML, MrBayes와 MP-EST를 이용하여 계통 관계를 판단했다. 수평선 위와 아래는 각각 단백질과 핵산 서열을 기반해 추정한 지원율 ) ‘*’은 지원율 pp=100을 대표하며 ‘#’은 소유의 1.0과 100을 지원한다.
키워드 : BEP 가지, 근연종, 벼과,
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.cas.ac.cn/ky/kyjz/201306/t20130603_3854833.shtml 제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.02.19 17:21
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