향후 50년 이내 한반도 평균온도 2℃ ↑
기후의 변화와 인간활동으로 인한 경지면적의 감소는 기존의 기술에 기반한 작물 생산성의 증가 또는 지속 가능성을 매우 어렵게 하고 있습니다. 지구의 평균 온도가 섭씨 1도 증가할 때마다 식량 작물의 생산량은 3~7% 줄어들 것이라는 연구 결과가 있습니다.
전문가들은 앞으로 50년 이내에 한반도의 평균 온도가 섭씨 2도 오를 것으로 예측하고 있습니다. 기후의 변화는 강수의 변화도 수반해 많은 지역에서 농업에 필요한 물 부족 현상이 일어날 것으로 예상됩니다.
이러한 변화에 대응할 수 있는 작물을 유전체 편집을 통해 개발하거나, 재배품종의 생산성을 최저의 비용으로 극대화할 수 있는 생육 조건을 디자인하기 위해서는 식물 생장 조절의 기반이 되는 유전자 조절망에 대한 정보가 필수적입니다.
변화하는 환경 속 작물 생상선 극대화 가능해지나
서울대학교 자연과학대학 생명과학부 이지영 교수팀은 미국 보이스 톰슨 인스티튜트의 Zhangjun Fei 교수와, 서울대학교 컴퓨터공학부 김선 교수팀과의 공동 연구를 통해 한국의 대표적 채소 뿌리 작물인 무를 이용, 저장뿌리의 비대 성장과 관련된 유전자 발현 데이터를 생산하고 유전자 간의 조절망을 규명했습니다. 해당 연구는 <Current Biology>에 게재됐습니다.
연구진은 형성층이 저장뿌리에서 어떻게 비대 성장을 유도하는 지를 유전자 조절 측면에서 파악하고자 했습니다. 이를 위해 무를 성장 단계별로 수집하여 형성층과 주변 조직들을 laser capture microdissection이라는 기술로 각각 분리한 후 이로부터 정제한 mRNA를 차세대 시퀀싱 기술로 프로파일링 했습니다. 이때, 무 비대가 빠르게 일어나는 계통과 느리게 일어나는 계통을 재료로 활용, 생산성과 직결된 비대의 차이를 유도하는 유전자들을 탐색하는 생물정보학적 분석을 진행했습니다.
- 전령RNA(messenger RNA 혹은 mRNA)
전령RNA는 DNA에 보관되어 있는 유전 정보를 단백질로 전달해주는 매개체로, 모든 생명 활동에 핵심인 물질입니다. 전령RNA는 염기서열로 암호화 되어 있는 유전 정보를 포함하고 있으며 조절 및 보호를 위해 성숙 과정 중에 뒤쪽 말단에 긴 아데닌 꼬리를 가지고 있습니다.
- 형성층(cambium)
쌍떡잎식물이나 겉씨식물, 일부 외떡잎식물과 양치식물의 줄기나 뿌리의 물관부와 체관부 사이에 있는 분열 조직입니다. 왕성한 세포 분열이 이루어져 안쪽에 물관부, 바깥쪽에 체관부를 만듭니다.
유전자 조절망을 분석한 결과, 연구진은 환경 스트레스에 대응하는 유전자들이 뿌리 비대 성장을 촉진하는 유전자들을 제어하며 뿌리 생장 속도와 생산성을 조율한다는 사실을 알고 있었습니다. 또한, 연구진은 밝혀낸 유전자 조절망이 다른 식물종에도 보존돼 있어 타 뿌리 작물에도 폭넓게 활용 가능함을 제시했습니다.
본 연구는 변화하는 환경 속에 작물 생산성을 극대화할 수 있는 신육종 기술을 도입하고자 할 때 필요한 기술과 정보를 제공할 것으로 기대됩니다.
##참고자료##
- Choe, Goh, et al. "Identification of conserved gene regulatory networks that integrate environmental sensing and growth in the root cambium." Current Biology(2020).
