농진청, 세계 최초 단세포 C4 광합성 식물 ‘비에너티아’ 유전체 해독

9개 염색체 기반 고품질 유전체 지도 구축

광합성 효율·내염성 규명해 기후적응 작물 기반 마련

농진청 전경. ⓒ데일리안DB

농촌진흥청은 세계 최초로 단세포 내에서 C4 광합성을 수행하는 식물 ‘비에너티아(Bienetia sinuspersici)’의 유전체를 해독했다.

비에너티아는 세포 하나 안에서 두 종류의 엽록체가 서로 다른 역할을 수행해 C3와 C4 광합성이 동시에 일어나는 독특한 구조를 가진 식물로, 염분이 많은 사막 환경에서도 생육하는 것으로 알려져 있다.

농촌진흥청은 2018년부터 단세포 C4 광합성의 분자적 작동 원리를 규명하고 기후 적응형 작물 개발을 위한 기반 기술을 확보하기 위해 비에너티아의 유전체 분석을 추진해 왔다. 그 결과 총 9개 염색체(3.61Gb, BUSCO 95.7%)로 구성된 고품질 유전체 지도를 구축하고 4만465개의 단백질 암호화 유전자를 주석화했다. 이번 결과는 단세포 C4 광합성 연구의 표준 유전체로 인정받았다.

연구진은 전사체 분석을 통해 베타-탄산무수화효소(BsCAβ2)의 기능을 규명하고 이를 활용한 광합성 효율 향상 기술을 개발해 국내 특허와 PCT 국제특허를 출원했다. 이와 함께 고염분 조건에서 생육을 유지하는 소듐(나트륨) 수송체 유전자 ‘BsHKT1;2’의 기능도 밝혔다. 해당 유전자는 200mM 농도의 염분 환경에서 3주간 생육이 유지되는 특성이 확인됐다.

연구 결과는 네이처 포트폴리오 계열 국제학술지 ‘Scientific Data(IF 5.8)’ 온라인판에 게재됐다. 원시 데이터와 유전체 조립 데이터는 미국 국립생물정보센터(NCBI)에 등록돼 전 세계 연구자가 자유롭게 활용할 수 있게 공개됐다.

권수진 농진청 디지털육종지원과장은 “이번 연구는 염분 환경에서도 생육 가능한 작물 개발의 기반 기술을 확보한 성과”라며 “확보된 유용 유전자를 활용해 벼와 콩 등 기후 적응형 작물 육종 기술 개발을 추진할 수 있을 것”이라고 말했다.