일본, 콩의 탈립을 방지할 수 있는 유전자 발견

작성자

윤민수

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등록일

2014-12-08

내용

콩의 경우, 수확기에 꼬투리가 터지면서 콩 종자가 땅에 떨어지는 탈립현상이 일어나 수확량 감소에 커다란 문제가 되어 왔다. 이러한 콩의 유실을 방지하여 수확량을 높일 수 있는 유전자가 <농업식품 산업기술총합연구기구 홋카이도 농업연구센터>의 후나즈키 주임연구원과 <홋카이도대학 대학원 농학연구원>의 후지노 준교수에 의해 발견되었다. 꼬투리의 비틀림을 억제함으로써 콩이 땅으로 낙하하는 것을 방지하는 유전자가 발견됨에 따라, 이에 관련된 재배콩의 기원과 역사도 함께 밝혀지게 되었다. 또한, 최근에는 <농업생물자원연구소>와 <카가와대학>의 공동연구 결과가12월 2일자 미국 ‘과학아카데미개요 온라인판’에 발표되기도 하였다.

 

야생식물은 본능적으로 자손을 보다 넓은 범위로 확대시키기 위하여 종자를 멀리 퍼지게 하는 성질을 가지고 있다. 특히, 콩과식물의 경우 꼬투리가 성숙되면 힘차게 벗겨짐으로써 종자를 멀리까지 비산시킨다 (사진 1). 이러한 성질은 야생식물에게 있어서 유용하게 작용하지만, 작물의 경우에는 수확 전에 생산물을 유실하는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 야생식물이 작물로 정착되는 과정에서 종자를 비산시키지 않도록 진화하는 경우가 생기게 되는데, 인간은 이러한 성질을 획득한 개체들을 선발하여 품종으로서 재배해 왔다.

 

 

재배콩의 품종간에도 꼬투리가 터지기 어려운 성질 (난열협성) 정도가 천차만별이다. 꼬투리가 터지기 쉬운 (이열협성) 품종은 수확이 늦어지면 탈립이 많아지고 심한 경우에는 30%의 콩을 유실했다는 보고도 있다. 미국에서는 수확시기에 건조되기 쉽고, 오래 전부터 대규모로 콤바인 수확이 이루어져왔기 때문에 난열협성 품종이 주류를 이루고 있다. 한편, 전통적인 일본 국내 콩은 ‘아제콩’이라고 불리우는 품종으로 대부분 소규모로 재배되고, 수확기인 가을에 비교적 습도가 높아 난열협성이 아닌 품종을 유지하고 있는 경우가 많다.

 

그러나, 최근 일본 콩 재배에서도 콤바인 수확이 증가하고 있는 추세에 있으며, 지구온난화가 진전됨에 따라 수확기에 건조해지는 기후변화를 보여 전문가들의 우려를 낳고 있다. 따라서, 국내에서도 안정적인 생산을 위해 난열협성이 중시되기 시작했다. 이번에 발표된 연구 결과에서는 총 20개의 염색체로 구성된 콩 게놈 속에서 난열협성 유전자의 위치를 찾아내었고, 이열협성을 Pdh1, 난열협성을 pdh1으로 명명하게 되었다. 

 

콩 꼬투리는 성숙 후 건조하게 되면 비틀어져서 개열하려는 성질을 가지고 있다. pdh1형 꼬투리는 Pdh1형 꼬투리와 비교하여, 비틀리기 어렵고, 꼬투리 껍질의 터지는 힘이 약하다는 사실을 발견하였다. 이 두 유전자의 염기배열을 비교 분석한 결과, 1개의 염기가 서로 다르다는 사실을 발견하였고, 본래 183개의 아미노산으로 구성된 단백질이 pdh1의 경우에는 30개의 아미노산만으로 구성된 단백질이 합성되며, 그 기능도 불완전하다는 사실을 확인할 수 있었다 (그림).

 

Pdh1이 선조 유전자로서 pdh1로 돌연변이를 일으킨 것으로 추정된다. 야생콩은 원래 Pdh1형이 대부분이지만, 재배콩의 발원지인 중국에서는 재래품종에서도 절반 정도가 pdh1형을 나타낸다. 또한, 중국의 재래품종을 기원으로 하는 북미콩의 경우에는 대부분이 pdh1형을 나타내며, 건조지에서 기계로 수확할 때 수량 향상을 위하여 재배되는 경우가 많다. 한편, 일본의 재래품종은 대부분 야생종과 같은 Pdh1형을 가지고 있다 (사진 2).

 

  

 

이 연구를 주관해 온 후나즈키 박사는 “콩이 인류의 주요작물로서 자리를 잡게 된 것은 이 pdh1 유전자 탄생이 커다란 역할을 한 것으로 생각된다. 그러한 의미에서 이번 연구 결과는 커다란 의미를 가지고 있다. 이 유전자를 이용하면 콩 꼬투리를 쉽게 터지지 않도록 만들 수 있고, 결과적으로 콩의 탈립을 억제시킴으로써 안정적인 수확을 기대할 수 있다. 이제 일본에서도 실질적으로 대규모 생산에 적합한 난열협형의 개량품종이 농가에 보급되어질 가능성이 높아졌다. 또한, 같은 현상으로 수확에 문제가 되고 있는 다른 콩과작물과 유채 등에 대해서도 해당 유전자 탐색의 실마리가 될 것으로 기대된다”고 강조했다.

 

 

***제공출처: 일본 사이언스 포털, http://goo.gl/61X3q6

***제공일자: 2014. 12.3