원예특작 연구동향 리포트
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  • 원예산업신문
  • 승인 2014.04.07 15:21
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배 유전체 해독 연구 현황

▲ <그림 1> 서양배 (P. communis L.), 북방형 동양배 (P. ussuriensis Maxim., Pyrus bretschneideri Rehd.), 남방형 동양배 (P.pyrifolia Nakai)
■ 연구기관
△뉴질랜드-Plant and Food Research
△미국-워싱턴 주립 대학교
△중국-난징 농업 대학교
△일본-과수 연구소
■ 연구내용
배나무속 식물들은 지리적 고립이나 적응 및 종간 교잡 등과 같은 종분화 과정을 거치면서 진화되어 종의 다양성을 이루었고, 현재 생식용으로 재배되고 있는 배나무속 식물로는 서양배(P. communis L.), 북방형 동양배 (P. ussuriensis Maxim., Pyrus bretschneideri Rehd.)와 남방형 동양배 (P. pyrifolia Nakai)로 크게 나뉘어진다 (Challice and Westwood 1973).
유전체 해독의 중요성은 고기능성 유전자를 발굴하고, 이를 다양한 오믹스 기술(프로테오믹스, 메타볼로믹스 등)과 접목하여 우수 품종 개발에 획기적으로 활용될 수 있다는 점이며 장미과 과수 중에서 가장 먼저 유전체 해독이 완성된 작물은 사과이다.
서양배는 유럽 중부로부터 터키 일대에서 야생종인 배를 기본종으로 하여 여름에 비가 적은 곳에서 개량하였으며 과실은 대부분 원뿔형이 많고, 후숙하여 먹게 된다. 석세포가 적고 당도가 높으며 독특한 향기가 있다. 서양배의 유전체 해독은 뉴질랜드(2012, 6th Rosaceous genomic conference), 일본(2013, Plant & Animal genome XXI), 미국(워싱턴 주립대)에서 각각 다른 품종에 대해 유전체 해독이 보고된 바 있다. 뉴질랜드 연구진은 염기서열분석기(Roche 454)를 이용하여 유전체를 해독하고 142,083 scaffold, 577.3Mb로 조립하였으며 일부(105Mb, 17.5%) scaffold를 2종류의 유전자지도에 표시하였다. 일본 연구진은 과실수가 많은 돌연변이 서양배를 염기서열분석기(illumina HiSeq)을 이용하여 약 170Gb 시퀀스(약300x)를 해독하여 95,285 contig, 19,906 scaffold로 조립하였다. 미국 중심 국제컨소시엄(칠레, 프랑스, 이탈리아 참여)에서는 BAC 라이브러리, 454 Roche, PacBio 방법을 이용하여 de-nove 시퀀싱을 할 예정이며 현재 6x BAC 클론 시퀀스를 분석하고 있다고 보고하였다.
북방형 동양배는 중국배로도 불리며 유전체 해독은 중국 난징 농업대학교와 BGI 공동으로 2013년 Genome Research(2013, 23:396-408)에 중국배(Pyrus bretschneideri Rehd.)의 하나인 당산술리(Danshansuli)의 유전체가 보고되었다. BAC-by-BAC 시퀀싱과 Illumina HiSeq (120x) 전략을 사용하였으며 전체 유전체의 97.1%인 520Mb를 조립하였고 2,005개 SNP, 42,812 protein-coding 유전자를 확인하였다. 이 외에도 자가불화합성, 석세포, 솔비톨, 향기성분 연관 유전자를 동정하여 장미과 작물과 비교분석하였다.
■ 국내 기술수준과 전망(남방형 동양배)
▲ <그림 2> 2,005 SNP 마커 이용 17개 연관군으로 연결된 북방형 동양배(중국배)
    조립 서열 모식도(2013, DNA research>
한국, 일본 그리고 중국 산동성 등 일부지역에서만 생산되는 남방형 동양배에 대한 유전체 해독은 아직 보고된 적이 없다. 남방형 동양배는 중국배(P ussuriensis, P. bretchnederi)와 서양배(P. communis)와는 외관, 생육습성, 식미에서 차별되는 독특한 특성을 가진다. 과실은 원형으로 과즙과 석세포가 많으며, 서양배와 비교해서 향기와 당도가 낮지만 나무 상태에서 성숙되어 후숙 과정이 필요하지 않다. 국내에서는 2014년부터 ‘포스트 게놈 다부처 유전체 사업’으로 국립원예특작과학원 과수과와 국립농업과학원 유전체과가 협력하여 ‘배 유전체 해독 및 소재 구축’ 과제를 수행하고 있으며 남방형 동양배인 ‘원황’의 유전체 해독 연구를 통해 이들 특성과 관련이 있는 동양배의 고유한 유전자 발굴이 가능할 것으로 기대한다.
■ 참고문헌 및 사이트
● Challice JS, Westwood MN 1973 Numerical taxonomic studies of the genus Pyrus using both chemical and botanical characters. Bot J Linn Soc 67:121-148
● Jun W, Zhiwen W, Zebin S, Shu Z, Ray M, Shilin Z, M. Awais K, Shutian T, Schuyler SK, Hao W, Nancy JC, Takeshi N, Xun X, Lin C, Kaijie Q, Xiaosan H, Yingtao W, Xiang Z, Juyou W, Cao D, Caiyun G, Weili Z, Hao Y, Gaihua Q, Yuhui S, Ye T, Hui C, Yanan Y, Yue S, Dongliang Z, Juan W, Leiting L, Meisong D, Chao G,  Yuezhi W, Daihu S, Xiaowei W, Huping Z, Liang Z, Danman Z, Chunlei W, Maoshan C, Guangbiao W, Lin X, Valpuri S, Shoufeng S, Wenjiang H, Shujun Z, Mingyue Z, Jiangmei S, Linlin X, Yuan L, Xing L, Qingsong L, Jiahui S, Junyi W, Robert EP, Jeffrey LB, Jun W, Shaoling Z 2013 The genome of pear(Pyrus bretschneideri Rehd.). Genome Research 23:396-408
● 6th Rosaceous Genomics Conference (RGC6) Mezzocorona (Trento), Italy, 30th September-4th October 2012: Program and Book of Abstracts
https://pag.confex.com/pag/xxi/ webprogram/
http://genomics.wsu.edu/pear-re-search/

■ 자료제공 : 농촌진흥청 국립원예특작과학원 과수과 농업연구사 김세희