농촌진흥청(청장 김경규)은 세계 최초로 도라지 표준유전체를 해독하고 도라지 사포닌 생산에 관여하는 유전자들을 발견했다.

 

 

 표준유전체란 특정 생물종을 대표할 수 있는 표준이 되는 유전체 정보를 말한다.

 

 포스트게놈 다부처유전체 사업을 통한 유전체 해독은 생명체가 가진 유전자의 종류와 개수, 구조, 기능 등을 밝히는 연구로서, 우수한 유전자를 활용하여 종자개발에 활용할 수 있다.

   

  또한, 토종 품종 유전체 해독을 다른 나라가 먼저 할 경우, 신품종을 개발할 때 로열티를 지불해야 할 수도 있기 때문에 유전자원 주권확보 차원에서도 꼭 필요한 연구이다.

 

 포스트게놈다부처유전체사업은 농식품부, 농진청, 과기부 등 7개 부․청이 2014년부터 2021년까지 추진하는 다부처 공동사업으로, 농촌진흥청은 8년간 농작물, 가축, 곤충 등 우리 고유자원 40작목의 유전체 해독을 담당하고 있다.

 

 농촌진흥청은 우리나라에서 가장 많이 재배되고 있는 품종인 장백도라지를 선정, 유전체 680Mb를 해독하고 유전자 40,018개를 발굴했다.

 

 도라지의 주요 약리물질인 사포닌의 대사경로를 분석한 결과, 기관지 보호 효과가 뛰어난 베타아미린에 관여하는 24개 유전자를 새롭게 밝혔다.

 

 도라지와 인삼은 다른 종류의 사포닌을 생산하며, 여기에는 4개의 유전자가 관여하는 것도 밝혀냈다.

    * 도라지 사포닌 : 스쿠알렌부터 베타아미린의 대사경로를 갖는 올레아난형 사포닌

    * 인삼 사포닌 : 스쿠알렌부터 담마레네디올의 대사경로를 갖는 담마레인형 사포닌

 

 이번 연구 결과를 바탕으로 도라지 사포닌 함량이 높은 종자개발, 유용물질의 대량생산 등에 매우 유용하게 활용될 수 있다.

 

 농촌진흥청은 도라지에서 해독된 유전체 정보를 이용하여 더덕과 도라지를 구별하는 분자마커를 개발하여 특허출원과 기술이전을 진행했다.

 

 이번에 해독된 도라지 유전체 정보는 농업생명공학정보센터(NABIC)에 공개되어, 일반 연구자, 종자기업, 산업체 등에서 쉽게 활용할 수 있도록 했다.

 

 농촌진흥청 농업생명자원부 윤종철 부장은 “유전체 정보는 생명체의 표준설계도로 생명산업의 기반이 되는 중요한 원천 지식재산권이다.”라며, “도라지 유전체와 사포닌 생산 정보가 신품종 육성 등 농산업 현장에서 적극 활용될 수 있도록 최선을 다하겠다.”라고 말했다.

 

도라지의 사포닌 대사경로에 관련된 유전자 설명자료

 도라지는 전구물질인 파르네실피로인산(FPP)에서 중간물질인 스쿠알렌, 옥시도스쿠알렌을 거쳐 최종산물인 베타아미린이 만들어지며 여기에 관련된 유전자는 CYP 등 24개인 것으로 밝혀짐

 도라지는 올레아난형 사포닌, 인삼은 담마레인형 사포닌으로 도라지와 인삼의 사포닌 차이를 나타내는 4개의 유전자를 새로 밝힘

 

 

 

 

 

[포스트게놈다부처유전체사업(농촌진흥청)]

□ 사업개요

 ○ 목적 : 농생명 유전체정보 자원화를 통한 농생명산업 신성장 동력화 추진

 ○ 사업기간 : 2014∼2021년(8년), 1단계(2014∼17), 2단계(2018∼21)

 ○ 연구분야 : 농생명자원 유전체해독, 유전체정보 관리·활용 등

 

나. 1, 2단계(2014∼21) 유전체 해독 품목

 ◦ 식량작물 (5작목), 원예작물(13작목), 특약용(8작목), 곤충선충(7작목), 가축(7작목)

 

단계	농작물			곤충, 선충	가축
	식량	원예	특약용
1단계	야생들깨 고구마 메밀	배, 국화, 양파	도라지 결명자 버섯(2)	왕지네 애멸구 천잠	제주마 오골계 재래오리 진돗개
2단계	재배 들깨 참깨	브로콜리, 양배추, 오이, 청경채, 돌산갓, 딸기, 박과대목, 복숭아, 수박, 파프리카, 양파★	오미자 차나무 복령 율무	흰점박이꽃무지 삼면잠 씨스트선충(2)	난축맛돈 미니돼지 긴꼬리닭
40작목	5	13	8	7	7

★ 거대 게놈인 양파(16GB)는 1단계에 이어, 2단계 해독완료를 목표로 신규품목 제외

 

<Q&A>

 

Q1	표준(신규) 유전체란 무엇이며 유전체 해독을 어떻게 하나요?

○ 유전체(게놈, genome)는 한 생물체가 지닌 모든 유전정보의 총합이며, 그 생물체의 형태, 생리대사, 유전요소, 행동양식 등을 결정짓는 유전자의 설계도로서, 표준유전체(영어로 reference genome)는 특정 생물종별로 대표할 수 있는 표준이 되는 유전체 정보를 말합니다.

 

○ 생명체의 유전정보(설계도)는 염색체의 DNA에 암호화되어 있습니다. 즉 유전체해독은 DNA 염기서열을 읽어 생물체가 가지고 있는 유전자의 종류, 수, 구조, 위치 등의 암호를 해독하는 연구입니다.

 

○ 그러나 아직은 DNA 염기서열을 현재의 분석장비로도 처음부터 끝까지 한 번에 읽어갈 수 없습니다. 또한 DNA를 분리할 때에도 절단되기 때문에 단편조각들의 염기서열을 읽을 수밖에 없습니다.

 

 

조각들 중에서 염기서열이 동일한 부분을 서로 겹치고 붙여 가면서 더 긴 서열로 만들게 되고(단편→중편→장편, 이 과정을 조립(assemble)이라 함), 최종적으로는 염색체별로 DNA 염기서열을 하나의 가닥으로 연결하게 됩니다.

 

○연결된 장편에서 유전자의 종류, 수, 기능 등을 분석하고 동시에 연결된 장편이 어느 염색체의 어느 부분에 위치하는지도 확인하게 됩니다.

 

○ 따라서, 유전체해독이란 생물체의 유전자 설계도가 암호화되어 있는 것을 해석하는 것입니다.

 

 

Q2	포스트게놈다부처유전체사업에서의 중점 연구작목과 선정이유는 무엇입니까 ?

○ 동 사업은 농림축산식품부, 농촌진흥청, 산림청, 해양수산부, 보건

   복지부, 과학기술정보통신부, 산업통상자원부 등 7개 부ㆍ청이      공동으로 2014∼2021년까지 추진하는 다부처 공동사업입니다.

 

   * Human(인간유전체)분야 : 과기부, 복지부, 산업부 담당

   * Non-Human(식물, 가축, 곤충) : 농식품부, 산림청, 농진청, 해양수산부

 

○ 농업적 측면에서 경제규모, 재배면적, 생산량, 기능성물질, 토종자원으로서의 중요성 및 향후 바이오산업에서의 미래가치 등을 고려하여 대상 작물을 선정하였으며

 

   - 1단계(2014-2017)에서는 경제적 가치가 큰 우리 주요 농작물 10종(고구마, 들깨, 배, 양파, 국화, 도라지, 결명자, 잎새버섯, 만가닥버섯), 곤충 3종(왕지네, 애멸구, 천잠), 가축 4종(제주마, 오골계, 재래오리, 진돗개) 등 총 17종의 유전체를 해독

   - 2단계(2018-2021)에서는 채소·과수작물인 브로콜리, 양배추, 수박, 배추(갓․청경채), 파프리카, 오이, 딸기, 대목(호박․박), 양파, 복숭아와, 약용작물은 오미자, 참깨, 차, 복령, 율무를, 곤충은 흰점박이꽃무지, 삼면잠, 시스트선충을, 가축은 흑돼지, 긴꼬리닭, 미니돼지 등 총 23종의 유전체를 해독을 진행하고 있음

 

○ 다부처유전체사업을 통해 해독하는 40품목은 금후 우리나라 종자산업, 기능성 식품산업, 축산 생명산업에 활용될 원천 빅데이터로 다양한 분야에서 활용될 것입니다.

 

 

Q3	유전체 해독에서 도라지를 선정한 이유는 무엇입니까 ?

○ 도라지는 국내에서 재배면적 1,196ha, 생산량 6,389M/T로 국내 약용작물 3위를 차지하며 인삼은 유전체 해독이 완료되었고, 오미자는 2단계사업에서 유전체 해독을 진행중입니다.

○ 도라지 뿌리는 당, 섬유질, 칼슘, 철분 등이 풍부해 우수한 알칼리성 식품외에도 한약재(약재명 길경)로서도 사용되고 있습니다. 꽃은 미국과 유럽에서는 관상용(화훼용)으로서 사용되고 있습니다.

○ 도라지 주요 약리성분은 트리테르페노이드(triterpenoid)계 사포닌으로 거담작용, 진해작용, 해열, 진통, 콜레스테롤 대사 개선 효능 등이 알려져 있고 특히 용각산과 같은 진해거담제로서 기관지 염증 질환에 전통적으로 사용되어 왔습니다.

 

 

Q4	도라지와 인삼의 사포닌은 무엇이 다른가요?

○ 도라지 사포닌은 플래티코사이드(Platycoside)는 기관지 보호 효과가 탁월한 트리테르페노이드 사포닌과 같은 30종류의 사포닌들이 존재하며,

○ 인삼의 사포닌인 진세노사이드(Ginsenoside)는 피로회복과 면역력 강화 등에 효과가 있는 30종의 다양한 종류의 사포닌들이 존재합니다.

 

 

 

 

Q5	도라지와 더덕의 분자마커 개발이유는?

○ 초롱꽃과에 속하는 도라지(Platycodon grandiflorum)와 더덕(Codonopsis lanceolata)은 뿌리의 형태가 유사하므로, 채취 후 가공․유통·판매 단계에서 혼동을 유발할 수 있습니다.

 ○ 도라지와 더덕 뿌리를 판별할 수 있는 분자표지의 개발로 국산과 수입산을 판별하는 데 활용될 수 있습니다.

 

 

Q6	도라지 유전체 정보는 어디에 활용될 수 있나요?

○ 도라지 유전체 정보를 활용하여 유용유전자를 활용한 사포닌이 증가된 맞춤형 종자를 개발하거나, 도라지와 더덕을 판별하는 분자마커를 개발하여 수입산과 국내산을 판별하는 데도 활용됩니다

○ 도라지의 주요 약리물질인 트리테르페노이드 사포닌은 진해거담제로서 용각산 등을 비롯하여 제약산업 등에 활용될 뿐만 아니라, 사포닌 대사경로에 깊숙이 관련된 24개의 유전자군들을 활용하여 유용물질의 대량생산에도 활용될 수 있습니다.