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옥수수 알갱이는 왜 단백질이 적을까? : 야생 옥수수로부터 잃어버린 유전자를 찾다.

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-6

■ 옥수수 야생종 유래의 유전자를 재배종에 도입하여 단백질 함량이 높고, 질소 활용 효율이 높아져 옥수수 육종에 대한 새로운 접근방법을 제시한 연구결과가 발표

○ 옥수수 야생종(teosinte)의 알갱이 내에는 재배종(corn)에 비해 월등히 많은 단백질을 함유

※ 옥수수는 중앙아메리카 지역에서 teosinte라고 불리는 야생종의 육종을 통해 현대 옥수수가 개발된 것으로 알려져 있는데

- 옥수수 야생종 Ames21814와 재배종 B73의 단백질 함량을 분석한 결과, 야생종 알갱이의 단백질 함량이 2배 이상 높았고, 특히 아미노산의 일종인 asparagine의 함량이 높은 것으로 분석

※ 이는 재배 과정에서 눈에 보이지 않는 단백질 함량 보다는 눈으로 보이는 알갱이의 크기를 중심으로 육종되었고, 크기를 결정하는 중요한 요소인 녹말의 함량이 높아지는 쪽으로 선택된 것으로 추측

○ 연구팀은 야생종과 재배종 간의 교배체를 만들어 유전자를 서로 섞고, DNA 서열을 분석

- 단백질 함량이 높은 야생종 Ames21814와 단백질 함량이 낮은 재배종 B73을 교배한 뒤 나온 첫 세대(F1 잡종)의 DNA 서열을 분석

○ 교배체의 경우 단백질 함량의 차이 이외에도 잎의 구조나 성장 정도 등 야생종과 재배종에서 나타나는 다양한 차이가 있기 때문에 재배종인 B73과의 지속적인 교배를 수행

- 다른 형질은 재배종과 같으나 단백질 함량이 다른 세대가 나올 때까지 교배를 수행하여 9번의 세대를 내려감

○ 교배 과정 중에 얻은 개체들의 DNA 서열을 분석하고 이들의 단백질 함량 정보를 활용하여 QTL(Quantitative Trait Loci) 분석*을 수행

* 특정 형질에 대하여 대비되는 특성을 나타내는 집단 간의 표현형과 유전자 분석을 통해 형질을 결정하는 유전자좌를 탐색하는 분석 방법

- 9세대까지 내려가 QTL 분석을 수행한 끝에 최종적으로 3개의 유전자가 포함된 지역/유전자좌(논문에서는 이 지역을 THP9으로 이름 붙임)가 단백질 함량과 관련되어 있음을 파악

- 3개 유전자 중 2개는 거의 발현되지 않는 유전자였고 1개는 아미노산 asparagine을 합성하는 효소인 asparagine synthetase 4(ASN4)를 코딩하고 있어 이것이 유력한 후보로 선정

...................(계속)

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