감자 수확량, 고온에서 감소하는 이유는?

생육 시기별 유전자 분석 통해 고온에서도 수확량 높은 감자 품종개발 기대
김한결 기자
eco@ecomedia.co.kr | 2022-04-19 09:57:36
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▲ StSP6A 유전자의 발현량을 높인 감자 식물에서의 온도에 따른 수확량 비교. (WT) 일반 감자. 고온에서 괴경의 개수가 감소(왼쪽에서 두 번째), (35S:StSP6A-1) StSP6A 유전자 발현량을 높인 감자. 고온에서도 괴경의 개수가 유지되지만, 무게를 측정하면 수확량은 여전히 감소(왼쪽에서네 번째) <제공=한국생명공학연구원>

 

[이미디어= 김한결 기자] 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 식물시스템공학연구센터 이효준‧김현순 박사팀은 감자의 생육 시기별로 유전자 분석을 시행해 고온에서 감자가 재배될 때 괴경 형성을 억제하는 원리를 발견했다. 이를 통해 향후 고온에서도 감자의 수확량을 유지하는 품종개발이 기대된다.


감자는 높은 온도에서는 수확량이 감소한다는 사실은 기존에도 잘 알려져 있으며, 우리나라에서도 주로 온도가 비교적 낮은 고랭지 지역에서 재배되고 있다. 여러 연구에 따르면 수확량 감소의 주요 원인으로 고온에서의 괴경 형성을 유도하는 특정 유전자(StSP6A) 기능 저하를 지목하고 있다. 감자의 재배 기간 동안 괴경 형성 유도 유전자가 점차 증가하며 괴경 형성을 유도하는데, 온도가 높아지면 이 유전자의 양이 증가하지 않아 괴경 형성이 억제된다는 것이다.

하지만 괴경 형성 유도 유전자와 수확량 간의 단편적인 연구 외에 생육 전반에 걸친 괴경의 형성과 발달에 관한 연구가 없어 생육 온도와 수확량에 관한 연구는 아직 보고된 바가 없었다. 이에 연구팀은 다양한 온도에서 감자를 재배하고 생육 시기별로 감자의 유전자와 수확량을 분석해, 고온에서 감자는 환경 적응으로 괴경 형성을 억제하지만 그 원리는 생육 초기와 후기가 서로 다르다는 사실을 규명했다.
 

▲ 전사체 분석을 통해 온도에 따라 발현이 달라지는 유전자 규명. (왼쪽) 생육 초기, 고온에서 발현이 달라지는 유전자 기능, (오른쪽) 생육 후기, 고온에서 발현이 달라지는 유전자 기능 <제공=한국생명공학연구원>


감자는 온도가 높아지면 스스로 생육 전반에 걸쳐 괴경 형성 유도 유전자를 억제해 수확량을 감소시키지만, 생육 초기에는 괴경 형성 유도 유전자의 RNA를 조절해 괴경 형성을 억제하는 반면, 후기에는 유전자의 DNA를 조절한다는 것이다. 또한 생육 초기 괴경 형성 유도 유전자의 발현을 높이면 수확량을 회복할 수 있지만, 후기에는 유전자의 발현을 높이더라도 수확량에는 영향이 없다는 것을 밝혔다. 연구팀은 이 같은 사실을 바탕으로 생육 초기와 후기에 괴경 형성 억제에 관여할 것으로 예상되는 유전자들을 추가로 제시했다.

연구책임자인 이효준 박사는 “고온 환경에서의 감자 수확량 감소는 생육 부진 등의 부작용이 아닌, 식물 스스로 환경 적응을 위해 괴경 형성을 억제했기 때문”이라면서, “감자 수확량 감소의 원리를 활용한다면 향후 고온 환경에서도 수확량이 높은 감자 품종을 개발할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 생물학 분야의 세계적인 저널인 Cell Reports(IF 9.423) 3월 29일자 온라인 판에 표지논문으로 게재됐으며(논문명 Temporally distinct regulatory pathways coordinate thermo-responsive storage organ formation in potato, 교신저자 김현순‧이효준 박사, 제1저자 박지선 박사) 과기정통부(한국연구재단) 신진연구자지원사업 및 중견연구자지원사업, 농진청 차세대농작물신육종기술개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.

 

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