슬롯사이트 소닉 메이저 개량 ‘보이지 않는 벽’ 허문 POSTECH

슬롯사이트 소닉 메이저 품종 개량을 가로막던 유전자 장벽을 극복할 길이 국내 연구팀에 의해 열렸다.

POSTECH(포항공과대학교) 연구팀이 특정 단백질의 기능을 조절하여, 기존에는 유전자 교환이 거의 불가능했던 영역에서도 유전자를 자유롭게 섞을 수 있는 기술을 밝혀냈다. 이를 통해 원하는 농업 형질만 효율적으로 골라 우수 품종을 개발하기 어렵도록 가로막았던 ‘연관 끌림’ 현상을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

28일 POSTECH 생명과학과 최규하 교수, 손남일 연구원, 김희진 박사 연구팀에 따르면 이 같은 연구 결과를 '미국 국립과학원회보 (PNAS)' 최신호에 게재했다.

슬롯사이트 소닉 메이저은 자손을 만들 때 부모 유전 정보를 절반씩 섞어 새 조합을 만든다. 이를 '감수 분열'이라고 한다. 이때 염색체 사이 유전 정보 조각을 교환하는 현상이 '교차(Chromosomal crossover)'다. 이 교차 덕분에 자손은 부모와 다른 새 유전 특성을 갖게 되며, 이는 생물 다양성 원천이자 품종 개량의 핵심 원리다.

그런데 교차는 염색체 모든 부분에서 똑같이 일어나지 않는다. 염색체 중심인 동원체 주변의 '이질염색질' 영역은 교차가 어렵다. 이곳은 DNA가 단단하게 뭉쳐 유전자 활동이 적어 교환이 드물다.

이 때문에 육종가들은 어려움을 겪는다. 예를 들어 병충해에 강한 야생 벼 속 저항성 유전자만 가져와 식용 벼 품종에 넣고 싶을 때, 해당 유전자가 이질염색질 영역에 있으면 분리해 가져오기 힘들다. 억지로 가져와도 저항성 유전자 주변에 자리잡은 야생 벼의 불필요한 특성까지 함께 딸려오는 경우가 많다. 의도와 다르게 밥맛이 나빠지거나 쌀알 갯수가 줄어들 수 있는 것이다. 이를 '연관 끌림'이라고 한다.

최규하 교수팀은 이질염색질 '장벽'을 허물 방법을 고민했다. 연구팀은 슬롯사이트 소닉 메이저에만 있는 단백질 'H2A.W'에 주목했다. 이 단백질은 DNA를 감싸는 히스톤 단백질 일종으로, 이질염색질 DNA를 단단하게 포장해 구조를 안정시키는 역할로 알려졌다. 연구팀은 H2A.W 단백질이 유전자 교환을 막는 역할을 할 것이란 가설을 세웠다.

연구팀은 모델 슬롯사이트 소닉 메이저 애기장대에서 H2A.W 단백질 만드는 유전자 3개(H2A.W.6, H2A.W.7, H2A.W.12)를 대상으로 실험했다. 유전자 가위 기술 등으로 이 유전자 기능을 제거한 돌연변이 슬롯사이트 소닉 메이저을 만들었다. 그리고 이 슬롯사이트 소닉 메이저들의 이질염색질 영역 속 유전자 교차 빈도를 정밀하게 측정했다.

실험 결과, 슬롯사이트 소닉 메이저 속 H2A.W.6 또는 H2A.W.7 유전자 기능이 사라진 후 기존에 교차가 거의 없던 이질염색질 영역에서 유전자 교차 빈도가 눈에 띄게 증가했다. 유전자 교환이 활발해진 것이다. 반면 H2A.W.12 유전자는 교차 억제 기능에 거의 영향을 미치지 않았다. 이는 H2A.W.6, H2A.W.7 두 단백질이 이질염색질 교차를 막는 핵심적인 역할을 하며 서로 일부 기능을 대체 가능하다는 뜻이다.

연구팀은 H2A.W.6, H2A.W.7 단백질이 이질염색질 DNA를 단단하게 묶어 구조 안정시키고 관련 화학 표지 유지해 외부 유전자와 교환을 억제한다고 정리했다. 이 단백질 기능 조절하면 이질염색질 영역 유전자 교환을 인위적으로 촉진할 수 있을 것으로 기대된다.

앞으로 H2A.W 단백질 기능 조절 기술 등으로, 이질염색질 영역에서 유용한 유전자만 정밀하게 분리해 원하는 품종에 도입 가능해질 수 있다. 이는 원하는 특성 가진 새 농작물 품종을 더 빠르고 정확하게 만드는 데 기여할 것으로 전망된다.

POSTECH 최규하 교수는 "이번 연구는 농작물 품종 개량의 효율성을 크게 높일 수 있는 기술적 돌파구"라며"원하는 특성을 효율적으로 도입한 작물을 더 빠르고 정확하게 개발할 수 있게 될 것"이라고 설명했다.

/ 육지훈 기자 editor@popsci.co.kr