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 BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-34

식물의 구조를 바꿔서 수확량을 높이다

◇ 이삭의 구조를 조절하는 핵심 유전자를 발견하고, 해당 유전자를 도입한 밀에서 수확량이 증가한다는 사실을 규명. 실험실 환경뿐 아니라 실제 노지 재배에서도 효과가 있다는 것을 밝혀, 밀의 수확량을 높일 수 있는 중요한 기술이 될 것으로 전망

▸주요 출처 : Science, TaCol-B5 modifies spike architecture and enhances grain yield in wheat. 2022.4.7

▣ 이삭의 구조가 서로 다른 두 가지 밀 품종을 대상으로 QTL (quantitative trait locus)*을 분석하여 이삭의 구조를 조절하는 유전자 ‘TaCOL-B5’를 발견

 ○ 밀의 이삭(spike)은 종자가 맺히는 기관으로, 이삭 내 spikelet이라고 하는 조직 내에서 종자가 발달하기 때문에 하나의 이삭에 얼마나 많은 spikelet이 형성되는지가 밀의 수확량을 결정하는 요소

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

   - 이삭의 구조가 서로 다른 ‘CItr 17600’ 품종과 ‘Yangmai18’ 품종을 서로 교배하여 만든 후속 세대 식물들을 이용해 QTL 분석을 수행

   - QTL 분석을 통해 ‘QSns.osu-7B’라고 하는 유전자좌를 선별하였고, 표현형과 유전자 서열의 비교를 통해 최종적으로 ‘TaCOL-B5’ 유전자를 선별

▣ ‘TaCOL-B5’를 수확량이 낮은 품종에 도입한 결과 수확량이 증가 하였으며, 품종에 따라 ‘TaCOL-B5’의 기능이 다른 원인을 규명

 ○ 대부분의 밀 품종들은 ‘TaCOL-B5’ 유전자를 가지고 있으나 품종에 따라 유전자 서열이 조금씩 상이

   - 이삭 내 spikelet의 밀도가 높은 품종이 가지고 있는 ‘TaCOL-B5’를 분리하여 수확량이 낮은 품종에 도입한 결과 spikelet의 밀도가 높아지는 구조로 변화

    ※ ‘CItr 17600’은 spikelet의 밀도가 높은 구조를 가진 반면 ‘Yangmai18’은 spikelet의 밀도가 낮았기 때문에, 연구자들은 ‘CItr 17600’ 품종의 ‘TaCOL-B5’를 분리하여 ‘Yangmai18’ 품종에 도입

   - ‘TaCOL-B5’를 도입한 밀의 경우 온실뿐 아니라 노지 재배에서도 spikelet의 밀도가 높은 형질을 그대로 보였으며, 이에 따라 수확량이 평균 11.9% 증가함을 확인

    ※ ‘TaCOL-B5’를 도입한 밀의 후속 세대에서도 우수한 형질이 계속 유지되는 것을 확인

 ○ 이삭 내 spikelet의 밀도가 높은 품종과 밀도가 낮은 품종의 ‘TaCOL-B5’ 단백질을 비교·분석한 결과, 밀도가 높은 품종의 ‘TaCOL-B5’의 기능이 더 뛰어남을 규명

   - Spikelet의 밀도가 높은 품종의 ‘TaCOL-B5’는 ‘TaK4’ 단백질과 서로 결합하지만, 밀도가 낮은 품종의 경우 결합하지 못한다는 사실을 발견

   - 또한, spikelet 밀도가 높은 품종의 ‘TaCOL-B5’만 ‘TaK4’에 의해 인산화 되어 신호를 전달할 수 있다는 사실을 발견

 ○ 특히, ‘TaCOL-B5’ 단백질의 269번째 아미노산이 ‘Ser’인 경우, 해당 아미노산이 ‘Gly’인 경우보다 기능이 뛰어나며 수확량을 높일 수 있다고 밝힘

▣ 유전자교정 등 생명공학 기술을 활용해 밀의 수확량을 극대화할 수 있을 것으로 기대

 ○ 대부분의 밀 품종이 ‘TaCOL-B5’를 가지고 있지만, 269번째 아미노산의 종류에 따라 이삭의 구조와 수확량이 달라진다는 것을 규명

   - ‘Base editor’ 등 유전자교정기술이 발달함에 따라 유전자의 특정 서열을 바꾸는 방식으로 아미노산의 종류를 변경 가능

 ○ ‘TaCOL-B5’에 대한 추가 연구를 통해 수확량이 높아진 상업용 밀 품종을 개발할 수 있을 것으로 기대

< ‘TaCOL-B5’ 유전자의 도입을 통해 이삭의 구조와 수확량이 향상된 모습 >

 출처 : Science, TaCol-B5 modifies spike architecture and enhances grain yield in wheat. 2022.4.7

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