옥수수 반수체 유도유전자의 작동 원리와 육종 응용

• 배가반수체는 완전한 동형접합체로 육종 기간을 크게 줄여 준다.
• MTL 유전자는 화분에서 작용해 모계 유전자만 가진 반수체를 만든다.
• ZmDMP 유전자가 함께 작용하면 유도율이 더 높아진다.
• R1-nj 마커와 NMR 선별로 반수체 종자를 쉽게 골라낸다.

반수체 기반 계통 육성의 개념

• 반수체는 정상 식물 염색체 수의 절반만 가진 식물체로 그 자체는 생식이 어렵고 활력이 낮다.
• 염색체를 두 배로 회복하면 배가반수체가 된다.
• 배가반수체는 염색체 구성이 완전히 같은 동형접합체이다.
• 전통 육종은 여러 세대 자가수분이 필요하지만 이 방법은 2~3세대 만에 고정 계통을 얻는다.
• 연구소뿐 아니라 종자 회사에서도 널리 활용된다.

반수체 유도가 일어나는 방식

• 핵심 유전자는 MATRILINEAL(MTL)로 ZmPLA1 또는 NLD라고도 불린다.
• 이 유전자는 화분에서 작용해 정자의 유전자가 결합되지 않게 한다.
• 그 결과 암컷의 유전자만 가진 반수체가 만들어진다.
• 정자의 염색체가 제거되거나 파괴되는 과정이 관여하는 것으로 본다.
• ZmDMP 유전자가 함께 돌연변이 형태로 있으면 유도율이 두 배 이상 높아진다.

반수체 종자의 식별

• 실제 육종에 쓰려면 반수체 종자를 쉽게 구별하는 것이 중요하다.
• R1-nj 유전자는 보라색 색소를 만들어 반수체 종자는 배에 색이 없고 배유에만 색이 나타나게 한다.
• Pl1이나 B1 같은 색소 유전자를 더해 식별력을 높이기도 한다.
• 종자의 지방 함량 차이를 핵자기공명 기기로 측정해 자동 선별하는 방법도 개발되었다.

응용 현황과 의의

• 유도율이 높고 식별이 쉬운 유도계통이 개발되며 활용 폭이 넓어졌다.
• 국내에서도 반수체 유도계통 개발과 식별 유전자 연구가 국책 사업으로 진행되었다.
• 자식 계통을 빠르게 고정해 육종 기간과 비용을 줄인다.
• 품종의 균일성과 생산성을 높이는 데 유리하다.
• 타식성 작물인 옥수수에서도 배수성 육종이 효과적으로 쓰일 수 있음을 보여 준다.

반수체 유도와 식별에 관여하는 유전자

자주 묻는 질문

• Q. 배가반수체가 육종에 유용한 이유는 무엇인가요?
  A. 완전한 동형접합체여서 여러 세대 자가수분 없이 2~3세대 만에 고정 계통을 얻을 수 있기 때문이다.
• Q. MTL 유전자는 어떻게 반수체를 만드나요?
  A. 화분에서 작용해 정자 유전자의 결합을 막아 모계 유전자만 가진 반수체를 만든다.
• Q. 반수체 종자는 어떻게 구별하나요?
  A. R1-nj 마커로 배와 배유의 색 차이를 보거나 지방 함량을 NMR로 측정해 구별한다.

정리

반수체 유도유전자와 식별 기술의 발전은 옥수수 계통 육성을 빠르고 정확하게 만들어 육종의 효율을 크게 높였으며, 배수성 육종이 신품종 개발의 실질적인 도구가 될 수 있음을 보여 준다.