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콩 유전자로부터 밝혀진 질소 고정 원리

www.jadam.kr 2014-08-26

전 세계에서 강낭콩(common bean)을 재배하는 농부와 육종업자들에게는 콩과 식물의 풍부한 공급은, 농작 과정에서의 식물 활력 확보와 식량 안전 측면 모두에서 매우 결정적인 역할을 한다. 미국 에너지부는, 바이오에너지 작물의 지속가능성을 위한 질소 이용 효율 강화와, 기후 변화 및 척박한 환경 변화에 대응하는 식물의 복원력과 생산성 증대를 얻기 위해서 콩에 대한 연구를 진행하였다.

모든 식물은 번식을 위해 질소를 필요로 하며, 이러한 질소의 고정은 대기 중 질소의 암모니아 전환으로 이루어진다. 하지만 많은 농경 토지에서 질소 결핍 현상을 보이고 있으며, 이로 인해 발생하는 농작물에 필요한 부족분은 비료를 통해 공급된다. 미국 농림부에 따르면, 2012년 기준 미국이 한 해 수입한 질소 비료는 약 1,100만 톤에 이른다. 강낭콩, 흰 강낭콩, 완두콩, 얼룩무늬 강낭콩은 강낭콩의 모든 변종들이며, 전세계 경작 농작물 생산량 중 10위를 차지하고 있다. 이러한 강낭콩, 대두와 같은 콩과 식물은 질소 고정 박테리아와 공생 관계를 형성한다. 이러한 공생 관계의 형성과 유지 과정을 이해하는 것은, 농작물 수율 증대를 통한 농업 기술 개선과 바이오에너지와 식량 생산 확보 측면에서 매우 중요하다.

미국 조지아대학교 Scott Jackson 박사는, 에너지부 게놈 연구소, 허드슨 알파 생명공학 연구소, 노스다코타주립대와의 공동 연구를 통해 강낭콩 종류인 파세오루스 불가리스(Phaseolus vulgaris)의 게놈(genome)에 대한 염기서열 분석을 수행하였다. 관련 연구 결과는 “Nature Genetics” 최신호에 게재된다. 미 농림부 소속 Sonny Ramaswamy는 “강낭콩의 유전적 구성의 비밀을 푸는 것은 미래 농작물 생산 기술의 진일보를 이끌어낼 굉장한 업적이다. 우리는 농업 분야에서 다양한 유전체학 응용 기술에 대해 배워왔지만, 이번 연구 결과는 무엇보다 획기적”이라고 평하였다.

연구진은 강낭콩의 47,300만 염기쌍 게놈에 대한 염기서열과 조합 분석을 수행하였다. 이를 통해, 강낭콩의 기원이 멕시코이며, 메소아메리카(Mesoamerica)와 안데스(Andes)의 지리적 위치에서 따로따로 길들여졌음이 밝혀졌다. 현재의 경작용 강낭콩은 100,000년 전의 야상 원형 개체에서 분화되어 온 것이다. 연구진은 염기서열 비교 분석을 통해 두 지역별 강낭콩 사이에서 공유되고 있는 유전자가 매우 작은 부분에 불과함을 발견하였으며, 이는 강낭콩이 각 위치에서 서로 다른 육종 과정을 거쳤음을 알 수 있다.

연구진은 낮은 다양성, 개화시간, 질소 대사과정과 같은 특성에 관련된 유전자를 조사하였다. 연구진은 염색체 내부에 질병 내성과 관련된 유전자 밀집 클러스터를 발견하였으며, 질소 이동과 관련한 유전자도 규명하였다. 이러한 정보는 밀파(milpa)로 알려진 간작(intercropping) 농경술에도 유익하다. 밀파는 옥수수와 콩을 동시에 심거나, 옥수수 다음으로 콩을 심는 교대 방식을 말한다. 이러한 농경술은 비료 투입과 같은 인위적인 영양 공급을 토양에 더할 필요 없이, 높은 수율의 농작물 생산이 계속되도록 토질을 관리할 수 있다.

연구진은, 고품질은 강낭콩 게놈과 경제적 중요성을 가지는 대두의 염기서열을 비교 분석하였다. 이를 통해 복수의 유전자가 동일 염색체 위에 있는 신터니(synteny)의 증거를 발견하였다. 이는, 2000년 전의 마지막 강낭콩 원형에서 이들이 분화되었기 때문에, 강낭콩의 게놈이 대두에 비해 빠르게 진화하였음을 보여준다. 또한 연구진은 “강낭콩의 개선은 유전체학 기반의 원론을 이해하는데 무엇보다 중요하다. 이러한 게놈 수준 발견은 미래 농작물 향상과 육종 기술 발전에 유익한 정보로 이용된다”고 설명하였다.

키워드 : 강낭콩, 질소고정, 게놈, 간작

출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

원문: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140608152732.htm

제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.08.26 10:22

<저작권자 © 자닮, 무단 전재 및 재배포 금지>

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