무궁화 유전체 해독 “목화·카카오와 사촌”

국내 연구진 배수체화·100일간 개화 메커니즘 밝혀

국내 연구진이 무궁화의 유전체를 해독해 식물의 배수체화 현상과 100일간 지속적으로 개화하는 메커니즘을 밝혀냈다.

한국생명공학연구원은 20일 “산하 국가생명연구자원정보센터와 식물시스템공학센터 연구팀이 최도일 서울대 교수와 염선인 경상대 연구팀과 공동으로 무궁화 유전체 해독 연구를 진행해 8만7603개의 유전자를 찾아내고 무궁화의 유전체가 2배, 3배로 늘어나는 배수체화 현상과 100일 동안 지속적으로 꽃을 피우는 원리를 규명했다”고 밝혔다. 논문은 학술지 <디엔에이 연구> 최근호에 실렸다.

연구팀은 우선 유전체 분석 결과 무궁화가 아욱과에 속하며 같은 아욱과의 카카오와는 3천만년 전에, 목화와는 2200만년 전에 종 분화가 일어난 것을 확인했다. 이어 종 분화 시기에 배수체화 현상이 일어난 것을 알아냈다. 배수체화란 유전체가 2배, 3배로 늘어나 고유한 염색체 숫자가 배로 증가하는 현상으로, 옥수수·밀 등도 배수체화 식물이다. 연구팀은 배수체와 현상이 기후와 관련이 있는 것으로 추정하고 있다. 목화와 종이 분화되는 시기 이후 지구 평균온도가 지속적으로 감소해 빙하 때문에 한반도에서는 생물체가 이동할 수 없고 평균기온도 무궁화가 자라는 조건인 30도보다 낮아졌다. 이런 저온 환경 때문에 무궁화 생식세포의 감수분열이 비정상적으로 일어나 배수체화 현상이 발생다. 연구팀은 이번 유전체 분석을 통해 목화와의 종 분화 이후 무궁화에 두 차례의 배수체화 현상이 일어난 것을 확인했다.

이 배수체화 때문에 꽃을 피우는 개화 관련 유전자가 다른 식물에 비해 많이 증가하고 그 결과 무궁화는 지속적으로 개화하는 표현형질 곧 ‘무한꽃차례’(무한화서) 형질을 진화적으로 획득한 것이라고 연구팀은 설명했다. 꽃이 꽃대의 아래쪽에서 위쪽으로 향해 피는 경우 꽃대가 자라는 동안 꽃이 무한히 필 수 있어 무한화서라 한다. 식물은 배수체화가 일어나면 다시 정상적인 이배체로 돌아가려는 현상이 일어나는데, 이 과정에 유전자가 상실되는 결실이 일어난다. 하지만 무궁화에서는 개화 관련 유전자들의 결실이 거의 일어나지 않아 다른 식물체에 비해 개화 유전자가 2~10배 증가한 것이다.

연구팀은 “이번에 밝혀낸 개화 관련 메커니즘 연구를 다른 식물체에 적용하면 개화 시기 조절이 가능한 식물체 개발에 응용할 수 있을 것이다. 또 배수체 작물이면서 아직 유전체 해독이 완성되지 않은 옥수수·밀 등의 연구에 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

이근영 선임기자 [e-mail]