농촌진흥청(청장 조재호)은 스캐너를 활용한 디지털 기법으로 콩 뿌리 표현형을 측정해 뿌리 모양에 따라 모둠을 나누고, 뿌리 형질이 유전자원 특성 조사* 항목에 포함될 수 있음을 제시했다.
*유전자원 특성 조사: 작물의 선택이나 육종을 위해 중요하고 고려되는 표현형적 특징으로 종자의 길이, 꽃색, 자라는 모양 등을 들 수 있음.
작물 뿌리는 생육에 필수적인 기관이지만, 특성 조사가 어려워 그동안 관련 연구가 활발하지 못하다가 최근 기술의 발전으로 연구되고 있는 분야다.
특히 콩은 박테리아와 공생하며 뿌리혹을 만들어 공기 중 질소를 생육에 직접 이용하는 특징이 있어 뿌리 연구 대상으로 가치가 매우 높다.
이번 연구에서는 생육 초기 뿌리 형태는 유전적 발현에 따라 결정된다는 앞선 연구와 최신 기술을 바탕으로 뿌리 손상 없이 표현형을 측정할 수 있었다. 농업유전자원센터가 약 83개 나라에서 수집한 2만 6,000여 콩 유전자원 중 4개 나라에서 수집한 370여 콩 재래종을 연구에 이용했다.
우선 콩 유전자원을 두 번째 본엽*까지 재배했다. 이후 스캐너를 활용한 2차원(2D) 이미지 정보를 대량으로 확보하고 뿌리 분석 프로그램(WinRHIZO)으로 뿌리의 7가지 형질**을 측정했다.
*본엽: 떡잎 뒤에 나오는 잎
**뿌리의 7가지 형질: 주된 뿌리(주근)의 길이와 두께, 곁뿌리(측근)의 길이와 두께, 표면적, 곁뿌리 수와 포크(곁뿌리와 주된 뿌리 사이)의 수
그 결과, 측정된 뿌리 표현형을 기반으로 콩 뿌리를 3개 모둠으로 구분할 수 있었다. 모둠 1은 곁뿌리(측근)가 길고 모둠 2는 주된 뿌리(주근)와 곁뿌리가 두꺼웠다. 모둠 3은 주된 뿌리와 곁뿌리가 길고, 곁뿌리의 개수가 많았다.
이를 바탕으로 가뭄 저항성 육종에 활용할 수 있는 모본 3자원(IT024260, IT160839, IT160851)을 발굴했다. 모둠 2에 속해 주된 뿌리와 곁뿌리가 두꺼운 3자원은 육종 소재로 높은 가치를 보였다. 전장유전체연관분석(GWAS)* 결과, 산소가 부족할 경우, ‘알코올 탈수소효소’ 유전자 발현이 증가해 뿌리가 두꺼워진다는 사실을 확인했다.
*전장유전체연관분석(GWAS, Genome-wide association study): 특정 생물 종의 집단 내 다양한 개체들에서 나타나는 다양한 유전적 변이들과 특정 형질 간의 연관성을 분석 연구하는 방법
이번 연구 결과는 국제학술지 Plants(IF=4.658)에 논문 3편, International Journal of molecular science(IF=6.208)에 논문 1편으로 게재됐다.
농촌진흥청은 앞으로 순무, 뿌리 갓 등 뿌리를 이용하는 작물을 대상으로 계속 뿌리 형질을 측정할 예정이다. 또한, 성분분석 결과와 뿌리 표현형의 연관 가능성을 연구할 계획이다.
농촌진흥청 농업유전자원센터 안병옥 센터장은 “이번 연구로 뿌리 형질도 특성 조사 항목에 포함할 수 있다는 가능성을 한층 높였다.”라며, “이번 연구 성과를 다른 작물에도 적용하는 등 자원의 활용도를 높이기 위한 특성 조사를 지속해 나가겠다.”라고 말했다.
김경호
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