농촌진흥청(청장 조재호 이하 ‘농진청’)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. 농진청은 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.
농진청은 이번에 해독한 더덕 표준유전체 정보를 이용해 더덕과 수입 도라지를 구분할 수 있는 분자표지를 개발했으며 특허 등록을 완료한 후 기술이전 했다.
이번 연구 결과는 과학기술 분야 저널인 Frontiers in Genetics (SCI, IF=4.97)에 논문으로 게재됐다. 농진청은 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.
농진청 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.
