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농촌진흥청, 더덕 표준유전체 해독, 사포닌 합성경로 밝혀

- 연구 결과 활용해 수입산 판별 분자표지 개발, 신품종 육종 추진 -

농촌진흥청(청장 조재호)은 세계 최초로 더덕 표준유전체를 해독하고, 더덕 유용 물질 중 하나인 사포닌 생산에 관여하는 핵심 유전자들과 그 기능을 밝혔다.

표준유전체는 특정 생물종별로 대표할 수 있는 품종(계통)의 유전체 정보를 말한다. 유전체 해독은 생명체가 가진 유전자의 종류와 개수, 구조, 기능 등을 밝히는 과정으로 우수 유전자를 발굴해 종자 개발이나 신품종 육종에 활용할 수 있도록 한다.

더덕(Codonopsis lanceolata)은 초롱꽃과(도라지, 더덕, 잔대 등)에 속하는 산채류로 강원도와 제주도 등에서 주로 재배된다. 더덕에는 트리테르페노이드 사포닌이 풍부한데, 이 물질은 강력한 항산화‧항암 물질로 염증과 호흡기 질환 완화 등에 쓰인다.

이번 연구는 차세대 유전체 장거리 해독 방법을 이용해 1.27기가바이트(Gb)의 더덕 표준유전체를 조립해 해독하고, 유전자 4만 6,005개를 발굴한 것이다.

일반적으로 유전체 해독은 유전체를 잘게 조각낸 후 염기서열 확보를 위해 참조 유전체에 기반해 조립하는 과정을 거친다. 농촌진흥청은 정밀한 유전체 해독을 위해 우선 장거리, 단거리 서열 데이터를 혼합해 1차 조립하고, 이렇게 얻은 결과물을 염색체 구조를 분석해 8개 염색체 수준으로 최종 조립했다.

이와 함께 더덕의 주요 약리 물질인 트리테르페노이드 사포닌의 대사경로를 분석해 이 물질의 생산에 관여하는 106개 유전자를 찾고 그 기능을 새롭게 밝혔다.

이번 연구에서 밝힌 106개 유전자는 더덕에서 사포닌이 합성되고 생산되는 모든 과정에서 핵심적인 관리자 역할을 하는 것으로 확인돼 사포닌 생산량 확대, 고함량 사포닌 더덕 개발, 신기능성 작물 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

농촌진흥청은 이번에 해독한 더덕 표준유전체 정보를 이용해 더덕과 수입 도라지를 구분할 수 있는 분자표지를 개발했으며 특허 등록*을 완료한 후 기술이전 했다.

*도라지 및 더덕 구별용 분자표지(제10-2093382호)

이번 연구 결과는 과학기술 분야 저널인 Frontiers in Genetics (SCI, IF=4.97)에 논문으로 게재됐다. 농촌진흥청은 관련 정보를 농업생명공학정보센터(NABIC)에 공개해 일반 연구자, 종자 기업 등 산업체에서 쉽게 활용할 수 있도록 했다.

충청북도농업기술원 김기현 박사는 “더덕 표준유전체 해독으로 얻은 정보를 사포닌 고함량 품종을 육성하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.

농촌진흥청 유전체과 안병옥 과장은 “유전체 정보는 생명체의 표준설계도로 생명산업의 기반이 되는 중요한 원천 지식재산권이다.”라며, “더덕 표준유전체와 사포닌 생산 정보를 신품종 육성 등 농산업 현장에서 적극적으로 활용될 수 있도록 최선을 다하겠다.”라고 말했다.

붙임. 더덕 표준유전체 해독

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 연구이야기

□ 더덕 용도 및 효능

○ 더덕은 우리나라에서 생산되고 소비되는 주요 산채류로 농가의 중요한 소득작물 중 하나임. 2019년 기준 더덕 생산량은 약 1만 3천 톤이며, 주산지는 강원도와 제주도임(2021 산림·임업 전망, 2021)

○ 더덕은 뿌리, 잎, 줄기를 모두 식품 원료로 사용할 수 있나, 아직 더덕 뿌리 부위만 주로 섭취하고 있으며 구매 용도는 일반 조리용, 건강식품용이 많음

○ 더덕 뿌리 및 잎을 새로운 가공식품 원료와 건강식품 소재 등으로 활용하기 위해 유전자 기능과 대사경로에 대한 기초정보 확보가 필요함

□ 유전정보 해독 및 트리테르페노이드 사포닌 생합성 유전자 발굴

○ 장거리(Nanopore sequencing) 및 단거리(Illumina HiSeq) 서열 데이터를 하이브리드 방법으로 1차 조립

○ 염색체 구조분석(Hi-C)을 통하여 유전체를 염색체 수준(chromosome-level)으로 조립(크기: 1.27Gb)

○ 더덕 유전자들에 대한 주석달기 완료하고 유니진(unigene) 세트 46,005개를 발굴하여 정보를 등록하고 공개 중임

○ 잔대에 존재하는 트리테르페노이드 사포닌 약리물질의 생합성에 관여하는 베타아미린 등의 후보 유전자 106개를 발굴함

□ 기대효과

○ 더덕 유전체 정보를 활용하여 유용유전자를 활용한 사포닌이 증가된 맞춤형 종자를 개발하거나, 더덕 품종을 판별하는 분자마커를 개발하여 수입산과 국내산을 구별에 활용

○ 더덕의 주요 약리물질인 사포닌 대사경로에 깊숙이 관련된 106개의 유전자군들을 활용하여 유용물질의 대량생산에 활용.

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