과학자들이 더 큰 토마토와 가지를 재배하는 유전자를 발견했다

존스홉킨스 대학의 과학자들이 과일의 크기를 조절하는 유전자를 발견한 덕분에 더 크고 맛있는 토마토와 가지가 곧 우리의 저녁 식탁에 오를 수 있을 것입니다.

존스홉킨스 대학과 콜드스프링하버 연구소의 팀이 주도하는 이 연구는 재래종 토마토와 가지의 새로운 품종을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여기에는 현재 대규모 생산하기에는 지역 품종이 너무 작은 전 세계 지역의 농업을 지원하는 품종도 포함됩니다.

연구 결과는 Nature 저널에 게재되었습니다.

"유전자 편집을 한 번 하면 혁명을 시작하기 위해 필요한 것은 씨앗 하나뿐입니다." 존스홉킨스 대학의 유전학자이자 텔로미어-텔로미어 인간 게놈 프로젝트에 참여한 공동 저자 마이클 샤츠의 말입니다.

"적절한 승인을 받으면, 우리는 아프리카나 필요한 곳 ​​어디든 유전자 조작 씨앗을 우편으로 보내 완전히 새로운 농업 시장을 개척할 수 있습니다. 이러한 발전을 현실 세계에 미치는 영향으로 전환할 수 있는 엄청난 잠재력이 있습니다."

이 연구는 토마토, 감자, 가지 등 가지과에 속하는 22가지 작물의 완전한 유전체를 지도화하려는 대규모 노력의 일환입니다.

연구자들은 계산 분석을 사용하여 유전체 지도를 비교하고 시간이 지남에 따라 유전자가 어떻게 진화했는지 추적했습니다. 연구자들은 과거의 어느 시점에서 절반 이상이 복제되었음을 발견했습니다.

"수천만 년 동안 DNA 시퀀스가 ​​추가되고 사라지는 일이 끊임없이 일어났습니다." 샤츠가 말했습니다.

"유전자 시퀀스에도 동일한 과정이 발생할 수 있는데, 전체 유전자가 복제되거나 사라집니다. 우리가 조사를 시작했을 때, 우리는 이러한 변화가 매우 널리 퍼져 있다는 것을 알아챘지만, 그 변화가 식물에 어떤 의미를 갖는지는 아직 알지 못했습니다."

이를 확인하기 위해, 보이스 톰슨 연구소의 협력 연구자들은 CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술을 사용하여 유전자의 하나 또는 둘 다 복제한 것을 조정했고, 콜드 스프링 하버의 협력 연구자들은 조작된 식물을 재배하여 조정이 성숙한 식물에 어떤 변화를 가져오는지 관찰했습니다.

유전적 복제본 또는 상동 유전자는 결국 개화 시기, 과일 크기, 과일 모양과 같은 특성을 결정하는 데 중요한 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어 호주 원산의 숲 가지과 식물에서 CLV3 유전자 상동 유전자의 두 사본을 모두 끄면 연구자들이 "이상하고, 거품이 많고, 무질서한" 모양으로 묘사한 식물이 생겨 식료품점에서 농산물로 판매하기에 적합하지 않았습니다. 하지만 CLV3 사본 하나만 신중하게 편집하면 과일이 더 커졌습니다.

"이런 종에 대한 전체 게놈 시퀀스를 갖는 것은 마치 새로운 보물 지도를 갖는 것과 같습니다. 우리는 한 유전 경로가 다른 경로에서 어디서 언제 갈라지는지 보고, 그런 다음 유전 정보에서 우리가 생각하지도 못했던 곳을 탐험할 수 있습니다."

연구 당시 게놈 시퀀스를 조립하고 샤츠 연구실에서 박사 과정 학생이었던 캐서린 제니크의 말입니다. "그들은 우리가 정말 예상치 못한 곳에서 크기 유전자를 찾을 수 있게 해주었습니다."

아프리카 대륙과 브라질에서 식용 과일과 잎을 위해 재배되는 종인 아프리카 가지에서 연구자들은 과일 내부의 씨앗 구멍 또는 locules의 수를 제어하는 ​​SaetSCPL25 유사 유전자를 확인했습니다. 토마토 식물에서 SaetSCPL25 유사 유전자를 편집했을 때 연구자들은 locules가 더 많은 토마토를 재배할 수 있다는 것을 발견했습니다. locules가 많을수록 토마토가 더 큽니다.

연구자들은 이번 발견이 제대로 이루어진다면 맛있는 토마토의 새로운 시대가 열릴 수 있다고 말했습니다.

"이 연구는 여러 종을 함께 연구하는 것의 중요성을 보여줍니다." 샤츠가 말했습니다. "우리는 수십 년간 토마토 유전학에 대한 연구를 활용하여 아프리카 가지를 빠르게 발전시켰고, 그 과정에서 아프리카 가지에서 토마토를 상호 발전시키는 완전히 새로운 유전자를 발견했습니다. 우리는 이것을 '범유전학'이라고 부르며, 전 세계의 저녁 식사 접시에 많은 새로운 과일, 음식, 풍미를 가져올 수 있는 무한한 기회를 열어줍니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250305134702.htm