서울시립대 김승일 교수 연구팀, 식물 전이인자 진화기작 규명

식물의 전이인자 유래 유전자들의 구조 및 기능이 종 특이성으로 분화하게 된 이유 규명
중요 농업 형질 관련 유전자들의 생성 및 기능획득 기작 이해

서울시립대 김승일 교수(왼쪽), 채근영 연구원. 서울시립대 제공

서울시립대학 환경원예학과 김승일 교수 연구팀이 경희대학교 연구팀(정기홍 유전공학과 교수)과의 공동연구를 통해 식물 유전체 내에 다수로 존재하는 전이인자에서 유래된 유전자들이 다양한 서열 및 기능을 획득하게 된 진화기작을 규명했다.

연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 Nucleic acid research(IF=16.971, 상위 2.71%)에 11월 2일자로 ‘Recurrent mutations promote widespread structural and functional divergence of MULE-derived genes in plants’라는 제목으로 온라인 게재됐다.

김승일 교수는 “본 연구는 FAR1이라는 유전자에 대하여, 전체 식물 종의 유전자 정보 업데이트, 비교 유전체 및 기능분석을 수행한 종합선물세트와 같은 결과물이다.”라고 설명했다. 또한 “유전자의 진화기작을 이해하면 기능이 어떻게 생성되었는지 이해할 수 있으며 이를 바탕으로 중요 형질 연관 유전자를 밝혀낼 수 있을 것이다.”라고 덧붙였다.

전이인자(Transposable elements)는 유전체 내에 가장 많은 부분을 차지하는 DNA 서열이지만 생명체 내에서 그 역할은 잘 알려지지 않았다. 연구팀은 전이인자의 한 종류인 MULE(Mutator-like elements)로부터 유래한 전사인자인 FAR1(FAR-RED IMPAIRED) 유전자들을 식물 80종에 대한 유전체 정보에서 재 동정하여 종합적인 비교 유전체 및 기능 분석을 수행했다.

재 동정 결과로 발견한 18,744개의 FAR1 유전자 중 15,536개(83%)는 기존의 유전자 정보에 없던 새롭게 발견된 유전자들이었으며, 그 중 대다수(82%)는 벼, 밀과 같은 단자엽 식물의 유전자들이었다.

FAR1은 FAR1(F), MULE(M), SWIM(S) 도메인으로 구성되는데 FM, F, FMS 구조의 유전자가 전체의 90%를 차지했다. 일반적으로 유전자의 구조가 다르면 다른 계통으로부터 유래하여 기능 등이 다를 수 있지만, 세 가지 유형의 FAR1 유전자들은 전 계통에 고르게 분포하였으며, 이는 공통 조상으로부터 유래하였음을 의미한다.

연구팀은 이와 같은 현상이 반복되는 서열 변이가 FAR1 유전자에 발생하여 조기 번역 종료(Premature translation termination)를 일으켜 FMS의 구조가 F 또는 FM으로 짧아지게 되었다는 것을 밝혀냈다.

이는 식물 유전체 전반에 걸쳐 일어난 현상으로, 반복적 서열 변이가 광합성 관련 전사인자인 FAR1 유전자 구조의 다양화, 식물 종 특이적 유전자 형성에 기여했음을 의미한다.

연구팀은 벼에서 꽃가루 내 전사기작을 조절하여 수정에 관여하는 새로운 FAR1 유전자를 발견했는데, 해당 유전자는 서열 변이에 의해 FMS에서 FM 구조로 짧아지며 기능을 획득한 것임을 확인하였다.

연구는 한국연구재단의 대통령 포스닥 펠로우쉽 프로그램 및 연구재단의 중견연구, 농촌진흥청의 차세대 바이오그린 21 프로그램의 지원을 받아 수행되었다.

* 자료 제공 : 서울시립대학교

< 이 기사는 대학이 제공한 정보기사로, 한겨레의 의견과 다를 수 있습니다>