▲실험을 하고 있는 여성(출처=셔터스톡)

옥스포드대학 유전학 전문가들이 최근 세포 메커니즘이 돌연변이에 대항해 식물 유전자를 보호하고 있다는 사실을 발견했다.

연구진은 DNA 불일치 복구(MMR) 방법을 사용해 표적으로 삼은 특정 게놈 영역을 설명할 수 있는 획기적인 연구를 발표했다. 이는 세포 분열이 게놈 복제를 유발하는 동안 발생하는 돌연변이를 수정하는 메커니즘이다. 또한 자연선택이 유전 영역이 아닌 DNA MMR의 유전자 표적을 허용하고 있다고 결론 내렸다.

프로젝트의 선임 연구원 니콜라스 하버드 박사는 파키스탄 라호르대학 및 중국 저장대학 연구팀과 공동으로 연구를 진행했다. 공동 연구팀은 모델 식물종 아라비돕시스 탄리아나의 다섯 세대 동안 발생한 총 9,000가지 돌연변이를 조사했다. 또, DNA MMR 결함이 있는 다른 품종에서 발생한 돌연변이와 비교했다.

하버드 박사는 "돌연변이는MMR 우수 품종이 아니라, MMR 결함 품종의 게놈 전체에 무작위적으로 퍼져있었다"며 "자연선택은 유전이 아닌 영역 보다는 유전자의 MMR 표적을 선호하는 것이라고 이해할 수 있다. 이제 문제는 표적화가 어떤 방식으로 진행되는지 이해하는 것"이라고 설명했다.

이번 연구는 자연선택이 무엇이며, 자연에서 어떻게 기능하고 있는지 생물 철학적인 문제를 제기하고 있다. DNA MMR이 자연선택에 상당한 영향을 미치고 있다는 사실은 자연선택의 기능이 일정 부분 수정돼야 한다는 의미다. 즉, 지구상에 살 수 있는 이상적인 유기체가 무엇인지 확인하기 위해 자연에서 시행착오 방법이 실제로 진행될 수 있다는 뜻이기도 하다.

PLoS바이올로지에 발표된 또 다른 연구에도 이와 유사한 주장이 실렸다. 해당 연구에서는 두 속씨식물 실험을 통해 진화의 변수를 결정하는 것은 게놈의 크기라는 사실을 밝혀냈다. 속씨 식물은 잔디와 밀, 튤립, 난초 같이 꽃이 피는 식물을 일컫는다.

속씨식물은 일반적인 육생식물에서 생물 다양성이 발생하면서 등장했다. 현재 속씨식물은 35만 종 이상이며, 이들 모두 지구 환경에서 번식하고 있다. 심지어 육생식물의 90% 가량을 차지하고 있는 속씨식물 종 중 생태계의 중추 역할을 하는 것도 있다. 생물학자들은 진화론을 유기체 연구의 근거로 삼아 속씨식물이 어떻게 우세하게 됐는지 연구하고 있다.

역사적으로 이 주제를 연구한 전문가들은 생리학을 근거로 답을 구하고 있다. 예일대학 아담 로디 박사와 샌프란시스코주립대학 식물생물학자 케빈 시모닌 박사도 생리학이 가장 가능성 있는 근거라고 설명하며, 게놈 크기도 함께 연구해야 한다고 주장했다.

논의되고 있는 유기체의 복잡한 구조와는 관계없이 식물 종의 게놈 크기는 각기 다르다. 또, 대부분 생물학자들은 언제나 호모 사피엔스가 가진 DNA 내용보다 다섯 배나 많은 정보를 가지고 있는 양파를 예로 들며 이를 설명하고 있다.

결국 게놈 크기의 다양성은 생물 다양성과 관련이 있다는 연구 결과가 도출됐다. 연구진은 여러 속씨식물과 겉씨식물, 양치식물의 세포 밀도와 크기뿐만 아니라 게놈 크기와 광합성률에 관한 방대한 데이터를 수집했다.

또한 데이터를 사용해 유사 이래 식물 특성 간 상관관계를 추적하고 관련 식물의 진화 시간대 정보를 결합했다. 이후 전체 게놈이 복제된 시간대에서 발생한 사건을 이용해 속씨식물이 발생한 시기를 삼각 계산했다.

복제품은 새로운 기능에 적응할 수 있는 추가 유전자 복사를 만들어내지만, 그만큼 새로 생성된 유전 물질은 생리적 부담을 의미하기도 한다. 그 결과, 자연 선택은 복제품에서 불필요한 DNA 염기 서열을 잘라내는 데 성공했다. 연구에서는 이를 '게놈 축소'라고 부른다.

보통 속씨식물은 모체 식물이 가지고 있었던 것보다 적은 DNA 내용을 가지고 있다. 시모닌과 로디 박사는 "속씨식물 가계도를 거슬러 추적해, 기본 속씨식물은 특히 작은 게놈을 가지고 있었다"며 "게놈 축소는 속씨식물의 다양성에 일조했을 뿐만 아니라, 다른 식물 집단보다 뛰어날 수 있는 물질대사 장점을 부여했다"고 밝혔다.

[researchpaper 리서치페이퍼=심현영 기자]

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