농촌진흥청(청장 권재한)이 참여한 가운데 국제 협력(컨소시엄)으로 추진한 밀 조상 격 식물 ‘염소풀’의 범유전체* 연구 결과가 지난 8월 14일 국제 학술지 네이처(Nature)에 실려 관심을 끌고 있다.
*범유전체(Pan-genome): 특정 생물 종의 유전 정보를 정리해 모은 것. 같은 종의 공통 유전자는 물론 서식지역, 변종 등 개체마다 조금씩 다를 수 있는 유전자들까지 포함하는 유전 정보를 모은 도서관이라 볼 수 있음.
염소풀 범유전체 국제 협력은 기후변화와 병해충에 대응해 수확량이 늘어난 밀을 육성하고자 2017년부터 추진하고 있다. 모두 17개 나라 연구진이 참여해 1, 2단계*로 나눠 연구를 진행했다.
*1단계 연구에서는 산지가 중복되지 않는 염소풀 242자원의 유전체를 분석했으며, 기후와 지리적 위치를 반영해 이들의 유전적 다양성을 세 가지(L1, L2, L3)로 구분함. 또한, 염소풀과 현대의 밀, 합성밀의 유전체를 비교해 염소풀의 D염색체 유전자가 일반 밀로는 25% 이동했으나 합성밀로는 75% 이동해 합성밀을 이용한 육종이 염소풀 강점을 이용하는 데 많은 장점이 있음을 확인한 바 있음.
농촌진흥청은 단백질 분석 전문성을 인정받아 미국 농업연구청 서부지역연구센터(ARS)와 함께 2단계 연구에 참여했다. 이를 통해 밀가루 품질에 필수적인 글루텐 유전자들을 발굴하고 신규 명명했으며, 단백질의 화학적 분석연구도 수행했다.
이번 2단계 연구에서 염소풀 600자원의 유전체를 진화적으로 분석, 오늘날 밀에 있는 디(D)염색체가 남부 카스피해에 속한 집단(L2-E1과 L2-E2 그룹)의 염소풀에서 유래했음을 확인했다.
또한, 600자원 중 46자원을 선택해 고품질 참조 범유전체*를 구축하고, 유전자-전장 연관성 분석연구*로 밀 생산에 큰 피해를 주는 녹병에 새로운 저항성 유전자(SrTA1662, Lr39)를 찾아내는 성과도 거뒀다.
*고품질 참조 범유전체: 특정 생물 종의 모든 유전 정보가 정확하고 빠짐없이 정리돼 연구자가 신뢰할 만한 정보를 쉽게 찾아볼 수 있는 교과서 같은 유전 정보의 모음
*유전자-전장 연관성 분석연구(GWAS): 단일염기다형성(SNP) 표지를 이용해 특정 형질과 연관성이 있는 유전자를 규명하기 위한 통계 유전체 분석기법
염소풀은 동튀르키예와 중앙아시아, 중국 서부지역이 원산지다. 녹병, 붉은곰팡이병, 흰가루병, 밀혹파리, 진딧물 등 오늘날 중요한 병해충 저항성 유전자와 고온, 가뭄, 염분 등 환경 스트레스에 강한 유전자를 가지고 있어 최근 합성밀의 형태로 밀 육종에 적극적으로 활용되고 있다.
*합성밀: 야생 밀 염소풀(2배체)과 듀럼밀(4배체)의 인위적으로 교배해 병해충, 기후변화에 강하면서 수량은 많은 밀을 육종하는 방법 중 하나. 기존 방법으로는 새로운 형질의 밀을 육성하는 데 한계가 있으나 합성밀은 다양한 유전자를 가진 유전자원을 활용해 기후변화, 병해충에 강한 고품질, 다수확 밀을 만들 수 있음.
밀은 벼, 옥수수와 함께 세계 식량 대부분을 차지하는 3대 작물 중 하나다. 벼, 옥수수는 염색체를 한 쌍(2n)씩 가지고 있어 일찍이 유전체 분석이 끝났다. 밀은 염색체를 세 쌍 갖는 육배체(6n)라 유전체 분석이 매우 복잡하고 그 결과를 확인하는 게 어려웠으나 최근에 유전체 분석을 완료했다.
*지금의 밀(Triticum aestivum, AABBDD)은 8,000년 전 야생의 염소풀(Aegilops tauschii, DD)이 인간이 재배하던 밀속(Triticum)의 엠머밀(Triticucm dicoccum, AABB)과 자연 교잡해 생겨났다고 알려져 있음. AABB (엠머밀) + DD (염소풀) = AABBDD (현대의 재배종 밀)
농촌진흥청 김남정 농업생명자원부장은 “이번 연구에서 얻은 정보들은 전 세계가 원하고 있는 병충해나 재해에 강하면서 생산성과 품질이 좋은 새로운 밀 품종 개발에 중요한 자료로 활용될 것으로 보인다.”라고 말했다.
