농촌진흥청(청장 이양호)에서 주관하는 ‘차세대바이오그린21사업’ 차세대유전체연구사업단(단장 박범석)의 최도일 교수(서울대학교) 연구진에 의해 고추 유전체 염기서열 분석이 완성됐다.

고추(Capsicum annuum)는 전 세계적으로 400만ha에 재배되며 총생산액이 약 144억 불, 교역량이 30억 불(FAO, 2011)에 달하는 세계적인 채소작물이다.

고추육종기술의 국제경쟁력 우위를 확보하기 위해서는 유전체 정보 확보가 필수적인 선결조건이다.

이는 순수 우리나라 기술로 완성한 첫 번째 식물 유전체 표준 염기 서열로 최근 치열해진 국제 유전체 연구 분야에서 우수한 기술력을 보유하는 계기가 됐다.

본 연구 결과는 생명과학 분야의 최고 학술지인 Nature Genetics (IF 35.2)의 1월 19일자 온라인 판에 게재됐다.

고추는 독특한 매운맛을 함유한 유일한 식물 종으로, 우리나라를 대표하는 음식인 김치의 주재료로써 한국인에게 상징적으로 매우 중요한 의미를 가질 뿐만 아니라 전 세계적으로도 소비가 가장 많이 증가하고 있는 채소 중 하나이다.

연구진은 고추와 토마토가 매운 맛 생합성 경로 관련 유전자를 대부분 가지고 있지만, 고추에서 토마토와의 종 분화 이후에 매운 맛 생합성 경로의 마지막 단계에서 캅사이신 합성 유전자가 고추에서만 새롭게 출현함으로써 독특한 매운 맛을 가지게 되었다는 것을 밝혔다.

고추는 사람보다 더 많은 염기서열을 가지는 거대 유전체(3,500Mb)를 가지고 있으며 근연 관계인 토마토와 감자에 비해서도 3∼4배 크기의 유전체를 가지고 있어 거대 유전체 생성 및 기작을 이해하는 데 중요한 학술적 의미를 지닌다.

연구팀은 고추의 표준 유전체 염기서열 정보를 통해 34,903개 유전자를 동정했고, 유전자들의 발현 양상 분석, 거대 유전체의 형성과정, 캡사이신(매운맛) 합성 기작의 진화 및 열매의 성숙 기작 등과 같은 고추의 주요 특성을 규명했다.

고추의 표준 유전체 정보 완성은 우리나라에서도 독자적으로 거대 유전체 연구를 수행하고 후속 연구를 진행할 수 있는 발판을 마련하게 됐다.

본 연구팀은 분석된 염기서열 정보를 활용해 역병/탄저병 등 내병성, 고품질 및 고기능성 우수 고추 품종 개발에 활용하기 위한 추가 연구를 진행하고 있다.

표준 유전체 염기서열 분석은 생명과학 연구의 기반연구에 해당하며, 유전체정보를 이용하면 연구비용 및 시간이 큰 폭으로 단축되고, 새로운 차원의 생명현상 연구를 가능케 한다.

고추의 표준 유전체 염기서열은 앞으로 고추뿐만 아니라 고추와 같은 가지과식물 내의 토마토, 감자, 담배 및 가지 등과 같은 주요 근연종 작물들과 연계해 더욱 깊은 연구가 가능해 질 것으로 기대된다.

또한, 비타민, 캡사이신 및 약용 성분 등 가지과식물의 유용한 2차 대사산물의 생합성 과정 연구, 종 분화 연구 및 생명공학기술개발에 핵심적인 역할을 하게 될 것이다.

농촌진흥청 연구정책국 허건양 국장은 이번 연구결과가 “분자육종기술 등에 도입되면 우수한 형질을 지닌 개체를 매우 신속하고 효율적으로 선발할 수 있는 기술력을 보유하는데 큰 의의가 있다”라며, “더 나아가 본 연구에서 축적된 고추의 유전체 정보는 이제까지 축적된 토마토, 감자 등 타 가지과식물의 유전체 정보와 더불어 앞으로 내병충성 및 고품질 신품종 고추를 저비용 고효율로 육성할 수 있는 플랫폼으로 활용될 수 있을 것이다”라고 말했다.