한국생명공학연구원의 권석윤(왼쪽부터)·신아영 박사, UST-KRIBB 스쿨의 이상희·고서린 박사과정생 [한국생명공학연구원 제공]

국내 연구진이 고부가 소재 생산에 많이 활용되고 있는 담배류 식물의 표준유전체 구축에 성공했다. 향후 담배를 활용해 식물 백신, 기능성 물질 같은 고부가 소재 연구가 가속화될 전망이다.

한국생명공학연구원(KRIBB)은 식물시스템공학연구센터 신아영·권석윤 박사 연구팀이 차세대 염기서열 분석법(NGS)을 이용해 담배류 식물인 ‘니코티아나 벤타미아나(이하 벤타미아나)’의 고품질 표준유전체를 제작했다고 22일 밝혔다.

최근 유전자 재조합 기술이 발달하면서 식물을 단순한 식량 공급수단으로 여기던 기존 한계를 뛰어넘어 식물과 식물 유전자를 활용해 새로운 물질이나 기능을 생산하는 플랫폼으로써 이용하는 연구가 폭넓게 진행되고 있다.

이런 연구에서 널리 이용되는 식물 중 하나가 벤타미아나다. 키우기 쉽고 성장이 빠르며, 병원성 박테리아에 대한 반응성이 높아 진단용 시약이나 백신 등을 만드는 데 사용되기도 한다.

연구개발에서 유전체 정보를 활용하기 위해서는 해당 생물 종을 대표하는 품종의 유전자 정보인 표준유전체(Reference Genome)가 필요하다. 표준유전체는 개체 간 차이를 비교할 때 기준이 되는 만큼 정보의 완성도와 정확도가 중요하다.

연구팀은 3세대 염기서열 분석법 중 하나인 나노포어 서열분석법(Oxford Nanopore Sequencing)을 활용해 고품질의 벤타미아나 표준유전체를 완성했다.

그동안 유럽과 호주를 중심으로 벤타미아나 표준유전체 구축이 추진됐지만 벤타미아나의 복잡한 유전체 구조로 인해 이를 식물 합성생물학 연구에서 활용하기에는 정확성이 낮았다.

연구팀은 유전체 2.76GB(기가바이트)를 해독하고 총 4만6215개의 유전자를 발굴, 표준유전체의 품질 척도인 QV(Quality Value) 수치에서 49를 달성해 기존 표준유전체의 오류를 월등히 개선했다.

특히 나노포어 서열분석법의 경우 식물 핵 DNA를 손상 없이 긴 상태로 추출해야 고품질의 유전체 정보를 생산할 수 있다. 제1저자인 과학기술연합대학원대-생명연(UST-KRIBB) 스쿨의 고서린 박사과정생은 고순도 고분자량의 식물 핵 DNA를 추출하는 방법을 고안, 유전체 해독의 정확도를 높였다.

UST-KRIBB 스쿨 교수인 신아영 박사는 “니코티아나 벤타미아나의 고품질 표준유전체 구축을 통한 식물합성생물학 연구의 기반을 제공할 수 있게 됐다”면서 “향후 담배 식물의 개량을 통한 식물 합성생물학 기반 유용 단백질과 물질 생산 증대 연구는 물론 나아가 산업화에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 빅데이터 분야 국제 학술지 ‘사이언티픽 데이터’ 온라인판에 4월 16일 게재됐다. 구본혁 기자