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- 모든 현대 감자는 고대 토마토와 덩이줄기가 없는 에투베로숨 식물의 교배에서 유래
- 야생 감자는 1만 1천 년 전부터 북미 원주민의 식단에 포함돼
- 괴경의 진화는 감자에게 혹독한 환경에서 엄청난 이점을 제공 새로운 종 폭발적 확산

감자 "부모" 확인
감자는 원래 토마토에서 유래했다.

중요한 식물 융합:
토마토는 감자와 밀접한 관련이 있을 뿐만 아니라 최초의 감자 식물의 기원에도 중요한 역할을 했다. 유전학 연구에 따르면, 모든 현대 감자는 고대 토마토와 덩이줄기가 없는 에투베로숨(Etuberosum) 식물의 교배에서 유래했다. 이 교배는 약 900만 년 전 감자의 조상에게 새로운 유전 물질과 덩이줄기를 형성하는 능력을 부여했다. 그때 감자는 혹독한 환경에서도 생존하고 필수적인 주식이 될 수 있었다. 

▲ 감자 계통은 교잡을 통한 진화적 혁신의 대표적인 사례다.

감자는 세계에서 가장 중요한 작물 중 하나다. 야생 감자는 1만 1천 년 전부터 북미 원주민의 식단에 포함되었다. 그러나 감자의 기원은 여전히 과학적 미스터리로 남아 있다. 그 이유는 가지과에 속하는 영양가 높은 덩이줄기 식물이 언뜻 보기에는 서로 어울리지 않는 것처럼 보이는 여러 식물 계통의 특성을 결합했기 때문이다.

외관상으로는 감자 식물이 칠레산 에투베로숨 식물과 유사하다. 감자와 마찬가지로 이 식물들은 땅 위로 싹과 꽃을 맺지만, 덩이줄기는 맺지 않는다. 그러나 유전적으로 감자는 가지과에 속하는 토마토와 가장 가까운 친척이다. 이러한 관찰 결과의 차이는 어떻게 설명할 수 있을까?

▲ 연구 개요 (출처:July 31, 2025 / Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage /CELL)

감자과의 조상 연구

중국 농업과학원 장즈양(Zhiyang Zhang)이 이끄는 연구진은 이러한 명백한 모순을 조사했으며, 지금까지 감자에 대한 가장 포괄적인 유전학 연구 중 하나를 수행했다. 연구팀은 재배 감자 450종과 야생 감자 56종의 유전체를 분석했다. 또한 토마토와 에투베로숨(Etuberosum) 계통을 포함한 다른 가지과 식물의 참조 유전체도 포함했다.

▲ 에투베로숨(Etuberosum) 식물은 감자와 매우 유사하지만 덩이줄기를 생산하지 않는다. © Yuxin Jia, Pei Wang

감자의 조상에 대한 가장 정확한 통찰을 얻기 위해 연구진은 완전한 유전체뿐만 아니라 하플로타입 분석 변이체, 즉 모계와 부계에 따라 별도로 분석할 수 있는 유전 정보의 시퀀싱도 수행했다. 이 데이터를 사용하여 연구팀은 서로 다른 종의 유전적 패턴을 비교하여 두 종의 공통 역사에 대한 결론을 도출했다.

먼저 케첩, 그다음 감자튀김

결과:
조사된 각 감자 종은 두 가지 다른 가지과 식물, 즉 괴경이 없는 에투베로숨(Etuberosum)과 토마토의 유전 물질이 안정적이고 균형 있게 혼합되어 있음을 장(Zhang)과 그의 동료들이 발견했다. 이러한 유전적 모자이크는 감자가 한때 두 계통의 대표자들 간의 자연 교배에서 유래되었음을 시사한다.

그 시기는 다음과 같을 것으로 추정된다. 약 1,400만 년 전, 에투베로숨과 토마토는 공통 조상으로부터 갈라졌다. 500만 년 후, 잡종화는 아마도 우연히 일어났을 것이다. 에투베로숨과 토마토의 이 교배는 선사 시대 감자 식물을 만들어냈고, 오늘날의 감자 종은 시간이 지남에 따라 이 식물에서 진화했다.

▲ 이들의 혼합된 유전적 구성은 최초의 감자가 괴경을 형성할 수 있도록 했고, 이는 간접적으로 현재의 다양성으로 이어졌다. © Zhang et al./ Cell, 2025 /CC-by 4.0

모든 상황에 적합한 괴경

두 가지 가지과 식물의 선사 시대 결합은 새로운 식물 계통을 탄생시켰을 뿐만 아니라, 괴경을 형성하는 능력이라는 매우 특별한 특성도 낳았다. 장(Zhang)과 그의 연구팀은 두 가지 유전자, 즉 두 모계에서 각각 하나씩 유래된 유전자가 이러한 기능을 담당한다는 것을 발견했다. 두 유전자가 함께 존재할 때만 감자 식물은 괴경을 형성할 수 있다.

식물에게 괴경을 언제 생성할지 신호를 보내는 소위 SP6A 유전자는 토마토 계통에서 유래한다. 토마토는 실제로 괴경(땅속 줄기)을 생성하지 않지만 말이다. 이후 지하 괴경을 형성하는 줄기의 성장을 조절하는 IT1 유전자는 에투베로숨(Etuberosum) 계통에서 유래한다.

감자의 승리

이러한 진화적 혁신은 이 중요한 교배의 후손에게 빠르게 결실을 맺었다. 괴경을 통해 최초의 감자 식물은 지하에 영양분을 저장할 수 있었고, 따라서 가뭄이나 추위와 같은 혹독한 환경에서도 더 잘 살아남을 수 있었다. 이는 당시 안데스산맥의 급변하는 고지대에서 생존하는 데 특히 중요했다.

선임 저자인 산웬 황(Sanwen Huang)은 "괴경의 진화는 감자에게 혹독한 환경에서 엄청난 이점을 제공했고, 새로운 종의 폭발적인 확산으로 이어졌으며, 오늘날 우리가 알고 의존하는 감자의 풍부한 다양성에 기여했다"고 설명했다.
(Cell, 2025; doi: 10.1016/j.cell.2025.06.034)
출처: Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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