농진청 참여한 ‘염소풀’ 연구 결과, 네이처 등재… 유전체·단백질 분석 기여

17개국 연구진 참여한 범유전체 연구
글루텐 유전자 발굴해 신규 명명 등 성과
녹병에 대한 새로운 저항성 유전자 찾아

염소풀(왼쪽)과 현대 밀. /농촌진흥청

농촌진흥청이 참여한 '염소풀' 범유전체 연구 결과가 지난달 국제 학술지 네이처(Nature)에 실려 관심을 받고 있다. 농진청은 해당 연구에서 유전체 및 단백질 분석에 기여했다.

19일 농진청에 따르면 국제 협력(컨소시엄)으로 추진한 염소풀 범유전체 연구는 기후변화와 병해충에 대응해 다수확 밀을 육성하고자 지난 2017년부터 진행됐다.

범유전체는 특정 생물 종의 유전 정보를 정리해 모은 것을 말한다. 같은 종의 공통 유전자는 물론 서식지역, 변종 등 개체마다 조금씩 다를 수 있는 유전자까지 포함하는 유전 정보가 종합돼 있다.

염소풀은 중앙아시아가 원산지로 현재 재배되고 있는 현대 밀(빵밀)의 'D염색체' 선조로 알려져 있다. 녹병·붉은곰팡이병·흰가루병 등 병해충에 대한 저항성 유전자와 고온·가뭄·염분 등 환경 스트레스에 강한 유전자를 갖고 있어 최근 합성밀 형태로 밀 육종에 적극 활용되고 있다.

합성밀은 밀의 품종개량을 목적으로 염소풀과 듀럼밀(파스타밀)을 인공적으로 교배해 만든 빵밀이다.

염소풀 범유전체 국제 협력은 총 17개국 연구진이 참여해 1, 2단계로 나눠 연구를 진행했다.

1단계 연구는 산지가 중복되지 않는 염소풀 242자원의 유전체를 분석했다. 이 과정에서 염소풀·빵밀·합성밀 유전체를 비교해 염소풀의 D염색체 유전자가 일반 밀로 25%, 합성밀로 75% 각각 이동한 것을 확인했다.

이를 통해 합성밀을 이용한 육종이 염소풀 강점을 이용하는 데 많은 장점이 있다는 결과를 얻었다.

농진청은 단백질 분석 전문성을 인정받아 미국 농업연구청 서부지역연구센터(ARS)와 함께 2단계 연구도 참여했다.

농진청 관계자는 "밀가루 품질에 필수적인 글루텐 유전자들을 발굴하고 신규 명명했으며 단백질의 화학적 분석연구도 수행했다"고 설명했다.

2단계 연구에서는 염소풀 600자원의 유전체를 진화적으로 분석해 오늘날 밀에 있는 D염색체가 남부 카스피해에 속한 집단의 염소풀에서 유래했음을 확인했다.

또한 600자원 중 46자원을 선택해 고품질 참조 범유전체를 구축하고 밀 생산에 큰 피해를 주는 녹병에 대한 새로운 저항성 유전자(SrTA1662, Lr39)를 찾아내는 성과도 냈다.

김남정 농진청 농업생명자원부장은 "이번 연구에서 얻은 정보들은 전 세계가 원하고 있는 병충해나 재해에 강하면서 생산성과 품질이 좋은 새로운 밀 품종 개발에 중요한 자료로 활용될 것"이라고 했다.

한편 밀은 벼, 옥수수와 함께 세계 식량 대부분을 차지하는 3대 작물 중 하나다. 벼와 옥수수는 염색체를 한 쌍씩 갖고 있어 일찍이 유전체 분석이 끝났다. 밀은 염색체를 세 쌍 갖는 육배체인 탓에 유전체 분석이 복잡하고 결과 확인이 어려웠지만 최근 분석을 완료했다.