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토마토 유전체의 전체 염기서열이 모두 해독되었습니다.

이번 연구에는 한국생명공학연구원 허철구 박사팀과 서울대 최도일 교수팀 등 국내 연구진을 포함해 14개국 300여 명의 국제 공동연구로 진행되었습니다.

토마토 유전체 염기서열 분석은 국제 컨소시엄을 구성해 12개의 염색체를 참여 국가에 하나씩 나누는 방법으로 진행되었으며, 한국은 2번 염색체를 할당 받아 분석을 진행했습니다.

토마토는 가지, 고추, 감자 등과 같은 가지과 식물의 연구모델식물로서 연간 세계 교역량이 10조 원에 달하는 중요한 채소작물입니다.

가지과 식물은 진화적으로 가장 종 분화가 다양하게 일어난 식물 분류군 중 하나로, 지구상에 3000개 이상의 종이 알려져 있습니다.

염기서열분석 방법은 인간유전체 분석에 활용된 1세대 염기서열 분석 방법으로 시작해 최종적인 마무리는 차세대 염기서열 분석장비(NGS)를 이용하는 방법으로 진행되었습니다.

국제컨소시엄을 통한 토마토 전체 유전체 서열분석


9억 염기쌍의 DNA로 구성된 토마토 유전체의 염기서열 정보는  3만 5000여 개의 토마토 유전자 기능정보 뿐만 아니라 유전자의 배열 및 구성, 그리고 유전체 구조 등 광범위한 내용을 담고 있습니다.

이러한 토마토 유전체 정보는 육종 기술개발을 가속화하여 생산성 높은 고품질의 토마토를 키워낼 수 있을 것으로 전망됩니다.

유전체 정보를 이용하면 초기 단계에서 종의 품질을 확인할 수 있어 육종연한 및 비용을 절반이상 감축할 수 있으며, 비타민 A와 C, 캡사이신 등 가지과 식물의 유용한 2차  대사산물의 생합성과정과 종분화 연구에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다.

또 이 정보를 같은 가지과 식물인 고추, 감자 등에 활용하면 다양한 고품질의 신품종 농산물을 신속하게 식탁에 오르게 할 수도 있습니다.

이번 연구결과는 네이처지에 5월31일 자에 게재되었으며,
염기서열 관련 정보는 홈페이지(http://solgenomics.net/tomato)를 통해 확인할 수 있습니다.

토마토 유전체와 다른 가지과 식물 유전체의 유사성


<연 구 개 요>

세계최고의 채소작물이며 열매발달의 모델식물인 토마토의 유전체서열분석이 완료되었다.
가지과식물은 전 세계의 다양한 기후에 서식하는 일년생 및 다년생을 포함하는 가장 큰 속씨식물군의 하나이다.
이 논문에서 우리는 하나의 야생종을 포함하여 재배되는 토마토의 질 높은 유전체서열을 감자유전체와 비교하여 보고하였다.
재배되는 토마토는 야생토마토와 서열상에 0.6%, 감자와는 8% 변이가 일어났으며 유전체상의 염색체 재배열을 관찰 할 수 있었다. 애기장대와 달리 그러나 콩과는 유사하게 토마토의 small RNA 유전자는 유전자가 많은 염색체 부위에 존재 하였으며 토마토 염색체는 진화과정상 세 번의 배수화가 진행 되었다.
이러한 염색체 진화과정을 통해 토마토 열매의 특성, 색깔 및 과육의 특성이 진화된 것으로 판단된다.


 용  어  설  명

가지과식물 :
고추, 토마토, 감자, 가지, 담배 등을 포함하는 식물군으로 식량, 채소, 기호식품, 화훼 및 약용식물로 전세계적으로 재배되고 있으며 지구상에 약 3000종이 서식하고 있음.

1세대 염기서열분석 :
1977년 Sanger교수가 개발해 노벨상을 수상한 염기서열 분석 방법으로 인간 유전체 및 애기장대 유전체 분석에 쓰임.

NGS(차세대염기서열분석 방법) :
2000년대 이후 유전체 분석 수요가 늘면서 개발된 염기서열 분석방법으로 Illumina사가 개발한 Genome Analyzer, Roche사가 개발한 454 GS FLX등의 기종이 있으며 최신기종의 경우 인간 유전체의 100배 분량의 서열을 10일 내에 생산해 낼 수 있음.

라이코펜(lycopene) :
비타민 A의 전구물질로 토마토에 다량 함유되어 있으며 토마토를 세계10대 건강식품으로 만든 주성분임.

캡사이신(Capsaicin) :
고추의 매운맛을 결정하는 성분으로 대사를 촉진시켜 살을 빼주는 등 여러 가지 생리활성이 확인된 물질.


posted by 글쓴이 과학이야기

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2011. 1. 19. 06:30 대덕밸리과학소식/KAIST

이상엽 교수

KAIST 이상엽 교수팀이 한국생명공학연구원 및 화학연구원, 전남대 이준행 교수팀 등과 공동연구를 통해 항생제에 내성을 가지는 병원균 퇴치를 가능케하는 신약 발굴 방법론을 개발했습니다.


이 교수팀은 병원균이 항생제 오남용으로 인해 치유가 쉽지 않은 점을 감안해 내성 병원균의 가상세포를 만들고, 이에 대한 특성을 분석해 제어하는 방법으로 효과를 입증했습니다.

이번 연구의 대상은 오염된 어패류에 의해 감염되는 패혈증의 병원균인 비브리오 불니피쿠스(Vibrio vulnificus; 비브리오균) 중 내성균 2개로, 이에 대한 게놈정보와 생물정보를 토대로 가상세포를 구축했습니다.

이준행 교수

이 같은 가상세포가 생존하기 위해 필요한 화학물질은 193개로 분석됐으며, 이 중 결정적 역할을 수행하는 5개의 화학물질을 추출, 이에 관여하는 유전자를 제거함으로써 내성 비브리오균의 성장이 억제되는 효과를 증명했습니다.


이에 따라 시스템생물학 기법에 근거한 신약발굴 방법론은 다른 내성 병원균은 물론 다양한 인간 질병에도 적용할 수 있는 토대를 마련했습니다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 전문지인 네이쳐 자매지 분자시스템생물학지(Molecular Systems Biology) 1월 18일자에 논문으로 게재됐습니다.

○ 병원균의 기본적인 특성을 파악한다. 그 후 게놈 정보와 여러 데이터베이스에 산재해 있는 생물정보, 문헌 및 추가적인 실험을 통하여 병원성 미생물의 가상세포를 구축한다. 

○ 가상세포에 필수적으로 필요한 화학물질을 분석 적용하여 약물 표적을 체계적으로 예측하며, 이로부터 나온 약물 표적은 실제 실험을 통하여 검증한다.

○ 마지막으로는 최종적으로 선택된 필수 화학물질의 구조정보를 이용하여 화합물 라이브러리로부터 일부 화합물만을 선별한 후, 후보 항생제를 발굴한다. 



 용  어  설  명

게놈 (genome)
: 한 생명체가 가지고 있는 개개의 유전형질을 발현시키는 원인이 되는 인자 즉 유전자를 일컬으며 이러한 유전자 정보의 전체인 유전체라고도 불린다. 또한 게놈에 대한 연구를 수행하는 학문을 유전체학(genomics)이라고 한다.

시스템생물학(Systems Biology)
: 생명현상을 복합체로 규정하고 생물학뿐 만아니라 전산학, 수학, 물리학, 화학 등의 제반원리를 사용하여 분석하고 모사 발명하는 것을 목표로 하는 학문이다.

가상세포
: 한 생명체 내의 게놈에 있는 모든 유전자 정보를 수집하여, 이로부터 생성되는 단백질과 생화학 반응식의 정보를 컴퓨터에 기입하여 실제 생명체의 행동을 모사할 수 있는 수학적 모델을 가리킨다. 가상세포를 이용하여 다양한 조건에서 빠른 시간 안에 특정 생명체의 행동을 모사하는 것이 가능하다.

약물 표적
: 특정 병을 일으키는 병원균의 성장에 중요한 역할을 하는 생화학 물질을 일컬으며, 흔히 단백질 효소가 약물 표적으로서 작용한다. 신약 개발은 이들 약물 표적의 기능을 효과적으로 억제할 수 있는 화합물을 개발하는 것을 말한다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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  1. 가상세포 구축이라는 그런 실험도 가능하겠군요.
    그나저나 이상엽교수님 사진은 요즘 사진인가요?
    신문에서 젊은시절 사진만 본듯한데...
    중후해지신것 같네요. ^^

  2. 맞습니다 관심갖고 찾아주셔서 고맙습니다 ^^

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