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작물 중개 유전체학에 거는 기대와 도전 과제

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-7

◆︎ 기후 변화와 식량 수요 증가에 대응하기 위해 작물 중개 유전체학(crop translational genomics)의 중요성 부상

○ "작물 중개 유전체학"은 유전체 데이터를 활용해 작물 육종의 효율성을 높이는 연구 분야로,

- 실험실에서 연구한 유전학적 발견을 실제 농업 환경에 적용하는 것을 목표

- 이는 병충해 저항성, 수확량, 영양 효율성 및 기후 변화 적응력 향상과 같은 작물 성능을 개선하는 데 기여할 것으로 기대

○ 작물 중개 유전체 분야 중 하나인 유전체 기반 육종은 유전체 데이터를 활용하여 전통적인 육종 과정을 보완하고 가속화

- (Starting material) 현재 대부분의 재배 작물 종에 대해 참조 유전체(reference genome) 이용 가능

- (Step 1) 비용 효율적인 고속 시퀀싱(high-throughput sequencing) 기술은 육종 재료와 식물 유전자 자원(PGR, Plant Genetic Resources)의 유전적 구성을 이해하는 데 도움

< 유전체 기반 육종에 관한 절차 및 방법-1 >

- (Step 2) 유전체 정보는 농업적 표현형(agronomic phenotypes)과 결합, 유전체(genotype)와 형질(phenotype) 간의 연관성을 밝히고, 이를 통해 변이와 관련된 서열(causal sequence variants)과 마커(marker)를 분석하는 데 기여

- (Step 3) 유용한 유전자는 유전자 변형(genetic transformation) 또는 유전자 편집(gene editing) 기술을 통해 재배 품종(cultivars)에 도입

< 유전체 기반 육종에 관한 절차 및 방법-2 >

출처 : Nature, Promises and challenges of crop translational genomics, 2024.11.23.

◆︎  작물 중개 유전체학 관련 최신 기술을 현장에 도입해 농업 생산성을 혁신적으로 개선할 가능성을 제시

○ 유전자 지도 작성 및 마커 기반 육종(Markers for genetic mapping and genomic selection)

- 유전자 지도 및 분자 마커를 활용해 작물 형질(병 저항성, 수확량, 개화 시간 등)과 특정 유전자 간의 상관관계를 파악

- 게놈 전체 연관 분석(GWAS)*와 정량적 형질 유전자 위치(QTL)** 분석을 통해 농업적으로 중요한 형질을 결정하는 유전자 영역을 탐색

* Genome-wide association study: 수천 개의 유전자 마커를 활용하여 특정 형질과 연관된 유전자 영역을 탐색.

** Quantitative trait locus: 다수의 유전자가 형질에 영향을 미칠 경우, 유전자군의 위치를 결정

- 곡물의 개화 시간을 조절하는 유전자를 발견해 조기 성숙 품종 개발, 병 저항성 유전자를 활용해 병충해에 강한 품종 육성에 활용

...................(계속)

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