진화 과정에서 종 분화가 가장 다양하게 일어난 식물분류군 중의 하나인 가지과 식물은 현재 지구상에 3천개 이상의 종이 존재하는 것으로 알려져 있다.

가지, 고추, 감자 등과 같은 가지과 식물 중에서도 토마토는 연구모델식물로 연간 세계 교역량이 10조 원에 달하는 경제적으로도 중요한 채소작물이다. 최근 이러한 토마토의 유전체 염기서열이 연구를 시작한지 8년만에 모두 해독됐다. 

교육과학기술부는 국내 연구진을 포함해 14개국 300여 명의 과학자가 참여한 국제 공동 연구에 의해 토마토 유전체의 전체 염기서열이 모두 해독됐다고 밝혔다.

염기서열분석은 인간유전체 분석에 활용된 1세대 염기서열분석 방법과 차세대 염기서열분석장비(NGS)를 이용해 진행됐다. 또 국제 컨소시엄을 구성해 참여 국가별로 12개의 염색체를 하나씩 나눠 담당했다. 한국은 2번 염색체를 할당 받아 분석했다.

9억 염기쌍의 DNA로 구성된 토마토 유전체의 염기서열은 3만5천여 개의 토마토 유전자 기능정보 뿐만 아니라 유전자의 배열 및 구성, 유전체 구조 등의 광범위한 내용을 담고 있는 것으로 알려졌다.

국내 연구진에 따르면 토마토 염색체는 진화과정상 세 번의 배수화가 진행됐고 이러한 염색체 진화과정을 통해 토마토 열매의 특성, 색깔 및 과육의 특성이 진화된 것으로 판단했다.

유전체 정보를 이용하면 종의 품질을 초기 단계에 확인할 수 있어 육종 연한 및 비용을 절반 이상 감축할 수 있으며 비타민A, 비타민C, 캡사이신 등 가지과 식물의 유용한 2차 대사산물 생합성과정과 종 분화 연구에 박차를 가할 수 있게 된다. 이를 통해 육종 기술개발을 가속화하여 생산성 높은 고품질 토마토 생산이 가능해질 전망이다.

특히 연구에 참여한 최도일 교수팀은 토마토 유전체 정보 분석을 통해 축적된 기술력을 바탕으로 고추의 유전체 분석을 독자적으로 진행하고 있어 토마토와 같은 가지과 식물인 고추, 감자 등을 이용해 다양한 고품질의 신품종 농산물을 생산할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

최 교수는 “이번 연구 결과가 육종기술개발 및 유전자의 진화, 종 분화 연구에 핵심적인 역할을 할 것”이라고 설명했다.

한편 국내 연구진으로는 서울대 최도일 교수팀과 한국생명공학연구원 허철구 박사팀이 교과부 21세기프론티어작물유전체기능연구사업단과 한국생명공학연구원의 지원을 받아 참여했다.

연구결과는 생명과학분야 최고 학술지인 네이처지 31일 자에 게재됐으며 염기서열 관련 정보는 홈페이지(http://solgenomics.net/tomato)를 통해 확인할 수 있다.