과학자들은 더 나은 작물을 위해 300가지 감자 품종을 해독합니다.

크레딧: LightFieldStudios/iStock

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감자는 세계에서 가장 널리 소비되는 식량작물 중 하나이지만, 가뭄, 서리, 질병 등 기후변화로 인해 많은 위협에 직면해 있습니다. 미래를 위해 어떻게 더 탄력 있고 영양가 있는 것으로 만들 수 있습니까? McGill University의 과학자 팀은 감자 슈퍼 팬게놈(potato super pangenome)을 생성하여 답을 찾는 새로운 방법을 제시했습니다.

팬게놈은 한 종 내의 모든 유전적 변이의 집합인 반면, 슈퍼 팬게놈은 여러 관련 종을 포함합니다. 연구자들은 60종의 감자와 그 야생 친척을 포괄하는 가장 광범위한 감자 슈퍼 판게놈을 만들었습니다. 그들은 슈퍼컴퓨터를 사용하여 캐나다, 미국, 페루의 유전자 은행을 포함한 공공 데이터베이스의 데이터를 분석했습니다.

감자 슈퍼 판게놈은 약 10,000년 전 페루 남부 산지의 원주민이 처음으로 재배한 이 작물의 풍부한 유전적 다양성을 보여줍니다. 또한 질병에 대한 저항성, 극한 기후에 대한 내성, 향상된 영양 품질과 같은 중요한 특성을 담당하는 유전자를 식별하는 데 도움이 됩니다.

연구자들은 그들의 슈퍼 판게놈이 전통적인 육종이나 유전자 편집 기술을 사용하여 감자 작물을 개선하는 데 귀중한 자원이 되기를 바라고 있습니다. 그들은 기후 변화의 도전에 대처하고 전 세계 수백만 명의 식량 안보를 보장할 수 있는 슈퍼 스퍼드를 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.

연구 리더인 Martina Strömvik 교수는 그들의 슈퍼 팬게놈이 감자의 유전적 다양성과 일부 유전적 특성을 육종함으로써 현대 작물을 개선할 수 있는 잠재력을 드러냈다고 설명했습니다. 그녀는 야생 감자 종은 기후 변화와 극한 기후에 적응하는 방법에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 영양 품질과 식량 안보를 향상시킬 수 있다고 덧붙였습니다.

이 연구는 감자 연구와 육종을 위한 게놈 도구와 데이터를 제공하는 것을 목표로 하는 감자 게놈 자원(Potato Genome Resources)이라는 대규모 프로젝트의 일부입니다. 이 프로젝트는 Genome Canada, Genome Quebec, Agriculture and Agri-Food Canada 및 기타 여러 기관에서 자금을 지원합니다.

이번 연구는 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재됐다.

감자(Solanum sp., Solanaceae과)는 전 세계적으로 가장 중요한 비곡물 식품 작물입니다. 솔라눔(Solanum) 구역 페토타(Petota)에는 100마리가 넘는 야생 친척이 있으며, 유성 생식과 무성 생식이 모두 가능하고 배수성 수준이 다양한 종들이 특징입니다. 존재/부재 변화(PAV)를 통해 비교된 이배체 및 배수체를 포함하여 296개의 수탁으로 구성된 Solanum 섹션 Petota의 판게놈을 구성했습니다. Petota 코어(접속의 97% 이상에서 공유되는 유전자)와 껍질 게놈(3~97% 공유)은 기본적인 분자 및 세포 기능이 풍부한 반면, 클라우드 게놈(구성원의 3% 미만에 존재하는 유전자) accessions)은 TE(transposable elements)가 풍부함을 보여주었습니다. 길들여진 계통수와 야생 계통수에 대한 PAV의 비교가 이루어졌고, DNA 마커를 사용하여 생성된 이전 계통발생과 유사하게 계통발생수를 PAV를 기반으로 구성하여 계통수를 다른 계통으로 분류했습니다. cladewise pangenome 접근법은 clade 1+2와 clade 3의 핵심 유전자 간의 비생물적 스트레스 반응과 clade 4의 핵심 유전자 간의 개화/덩이줄기화를 확인했습니다. TE 함량은 clade 1+2로 구성되는 clade 간에 달랐습니다. 다른 계통군에 속하는 종으로부터 생식적으로 격리된 북미 및 중미 종의 경우, 다른 계통군에 비해 TE 함량이 훨씬 낮습니다. 대조적으로, 시험관 내 전파 이력이 있는 가입이 확인되었으며 높은 수준의 TE를 갖는 것으로 밝혀졌습니다. 결과는 Solanum 섹션 Petota에 대해 자연 및 인공의 새로운 환경에 적응하는 데 있어 TE의 역할을 나타냅니다.