유전자 변이로 단백질 25% 높고 수확량 키운 밀 품종 개발

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-05-14 10:57:17
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- 유전자 돌연변이로 인해 밀 이삭은 단백질이 최대 25% 더 많은 이중 이삭과 곡물 생산
- 영양소 함량의 증가와 더불어 이 발견은 육종가와 농부에게도 경제적
- 새로운 밀 품종이 2~3년 안에 육종가에게 제공
- 7~10년 안에 농부들이 사용할 수 있을 것으로 추정

유전자 변이가 밀을 더 영양가 있게 만든다.
단백질 함량이 25% 더 높고 수확량이 많을 것으로 예상되는 밀 품종


연구원들이 기존 품종보다 영양가가 높고 잠재적으로 더 높은 수확량을 제공하는 밀 품종을 만들었다. 유전자 돌연변이로 인해 밀 이삭은 단백질이 최대 25% 더 많은 이중 이삭과 곡물을 생산한다. 팀은 새로운 품종이 불과 몇 년 안에 출시될 수 있을 것으로 추정한다. 중요한 빵 곡물을 최적화하고 세계 영양을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 

▲ 유전자 돌연변이는 이 새로운 밀 품종(오른쪽)에 작은 꽃뿐만 아니라 25% 더 높은 단백질 함량을 제공한다. © University of Adelaide


밀(Triticum aestivum)은 전 세계적으로 가장 중요한 주식 중 하나다. 밀은 전 세계적으로 소비되는 단백질과 칼로리의 약 20%를 제공하고 있다. 이는 다른 어떤 식품보다 많은 양이다. 그러나 증가하는 더위와 가뭄은 곡물에 영향을 미치고, 농작물 실패는 증가하고 있다. 우크라이나 전쟁 또한 공급 병목 현상을 초래했다. 따라서 세계 영양이 보다 탄력있고 영양가 있는 밀 품종을 개발하는 것이 중요하다.

밀의 게놈은 거대하고 매우 복잡하기 때문에 곡물의 성분과 성장에 긍정적인 영향을 미치는 유전자 변이체를 식별하는 것은 지금까지 어려웠다. 2018년에 밀 게놈이 해독된 이후에야 새로운 가능성이 열렸다.

돌연변이는 이중 작은 이삭을 만든다.


영국 노리치에 있는 John Innes Center의 Laura Dixon과 그녀의 팀도 이제 이 기회를 포착했다. 그들은 밀에서 "쌍으로 된 작은 이삭"을 생성하는 유전자 변이체를 조사했다. 두 개의 작은 이삭은 이삭의 가지 마디에서 싹을 틔우는데, 정상 하나와 바로 아래에 있는 두 번째 작은 꽃이다. 연구원들은 유전자 분석을 사용해 어떤 돌연변이가 그러한 쌍을 이루는 작은 이삭을 생성하고 이들 중 어떤 것이 밀의 수확량과 영양소 함량에 잠재적으로 유망한 영향을 미치는지 결정했다.

Dixon과 그녀의 동료들은 원하는 것을 찾았다.

그들은 밀 게놈의 "Homebox Domain 2"(HB2) 유전자의 돌연변이를 확인해 쌍을 이루는 작은 이삭을 유발하고 밀 곡물의 단백질 함량을 증가시켰다. 실험실에서의 실험이 보여주 것이 야외에서도 해당되는지 여부를 테스트하기 위해 과학자들은 ps1이라는 새로운 품종과 일반 밀 품종으로 비교 현장 테스트를 수행했다.
▲ 그림 7. 현장에서 재배한 Ps1/ps1 및 ps1 식물의 수확량 및 곡물 품질 특성 분석. (A 와 B) 현장에서 자란 Ps1/ps1 및 ps1 식물은 야생형 형제 자매에 비해 여러 개의 이차 작은 이삭(분홍색)을 형성한다.(출처: 관련논문 MicroRNA-resistant alleles of HOMEOBOX DOMAIN-2 modify inflorescence branching and increase grain protein content of wheat / Science Advances 11.May 2022)

단백질 함량 25% 증가

결과:
"ps1 식물은 온실보다 현장에서 훨씬 더 잘 자랍니다"고 팀이 보고했다. 새로운 품종은 키가 비교 식물과 비슷하게 자랐고 꽃이 피고 동시에 성숙했으며 밀 이삭과 같은 많은 곡물을 생산했다. 그러나 곡물을 분석한 결과 참조 품종보다 약 25% 더 많은 단백질을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 필수 메티오닌, 류신 및 트레오닌을 포함한 유리 아미노산의 수준도 더 높았다.

선임 저자인 애들레이드 대학의 Scott Boden은 "단백질 함량의 증가는 수확량을 희생시키지 않기 때문에 영양소 함량의 증가와 더불어 이 발견은 육종가와 농부에게도 경제적이다"며 "우리는 또한 추가 번식을 통해 더 많은 수확량을 가져오는 변종을 개발하기를 희망 한다"고 말했다.

세상을 위한 더 좋은 밀

연구원들에 따르면, 이 유전자 변이의 발견은 이제 더 영양가 있고 아마도 더 높은 수확량의 밀 품종을 육종할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다. Boden은 "이것은 빵과 곡물에 필요한 영양소 수준이 더 높은 곡물을 생산하는 데 도움이 될 수 있어 영양 공급에 도움이 될 것"이라고 말했다.

연구팀은 이 유전자 변이를 기반으로 한 새로운 밀 품종이 2~3년 안에 육종가에게 제공되고 7~10년 안에 농부들이 사용할 수 있을 것으로 추정한다.
(Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abn5907)
출처: University of Adelaide

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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