## 배경 ### 기후 위기 속 인류의 식량줄, 밀 유전체의 복잡한 수수께끼 밀(Wheat)은 전 세계 인구의 칼로리 공급 중 약 20%를 담당하는 핵심 작물이다. 기후변화와 인구 증가로 농업 생산성을 비약적으로 향상시켜야 하는 시점이지만, 밀 유전체는 크고 복잡해 연구에 어려움이 따랐다. 특히 현대 빵밀의 조상이자 파스타의 원료인 4배체 밀(Tetraploid wheat)은 두 종류의 서로 다른 하위 유전체(subgenome)가 결합된 구조를 지닌다. ### 단일 참조 유전체의 한계 극복을 위한 팬게놈의 필요성 지금까지 학계는 단일 품종의 염기서열만을 활용한 참조 유전체에 의존해 왔다. 그러나 이 접근법은 품종마다 다르게 나타나는 유전체 구조의 다양성을 충분히 반영하지 못한다는 약점이 존재한다. 작물의 생산성 향상과 기후 적응력 강화를 달성하려면 여러 아종의 유전 정보를 통틀어 보여주는 팬게놈(Pangenome) 구축이 필수적이었다. ## 핵심 발견 ### 12개 유전체로 완성한 4배체 밀 그래프 팬게놈 연구진은 4배체 밀의 10개 아종을 아우르는 12개 유전체를 해독하여 사상 최초로 4배체 밀의 그래프 기반 팬게놈(Graph-based Pangenome)을 완성했다. 분석 결과, 염색체 재배열 현상이 하위 유전체 간 비대칭성과 유전적 분화를 촉진하는 주된 요인으로 꼽힌다. 연구진은 품종당 평균 25만 개의 구조 변이(Structural Variation, SV)를 식별했으며, 이 변이들은 주로 전이인자(Transposable Element, TE)의 활동으로 일어났음을 확인했다. ### 탈립성 억제와 알곡 크기 증대를 조절하는 분자 열쇠 확보 이어서 전 세계 736개 품종을 대상으로 집단 유전체 분석을 수행한 결과, 지역 환경에 적응한 다양한 세부 집단이 구분되는 양상을 보인다. 특히 야생 밀이 재배종으로 순화되는 과정에서 일어난 핵심 변화인 '비탈립성(non-brittle rachis, 이삭 축이 쉽게 부러지지 않아 알곡이 떨어지지 않는 성질)'의 비밀을 규명하는 데 성공했다. 연구진은 특정 역전사전이인자(retrotransposon)의 삽입으로 인해 비탈립성 유전자인 Btr1-A의 기능이 상실되면서 수확 효율이 극대화된 새로운 대립유전자를 포착해 낸다. 뿐만 아니라, 유전체 와이드 연관 분석(Genome-Wide Association Study, GWAS)을 활용해 32개 농업 형질에 관여하는 287개 유전자 영역을 밝혀내는 성과를 거뒀다. 이 중 15번 염색체에 위치한 전사 인자(Transcription Factor, TF)인 HAT14-B 유전자가 알곡 크기와 이삭당 소수(spikelet, 꽃차례의 기본 단위) 수를 동시에 늘려 생산성을 증대시키는 데 기여한다는 사실이 확인된다. ## 의미와 전망 ### 기후 위기에 대응할 맞춤형 밀 품종 개발의 초석 이번에 구축한 4배체 밀 팬게놈은 농업 생산성 향상을 지향하는 현대 육종학에 새로운 돌파구를 마련해 줬다. 단일 참조 유전체로는 발견하기 어려웠던 유용한 유전적 다양성을 복원함으로써, 가뭄이나 고온 등 기후 변화에 잘 견디는 맞춤형 작물 개발이 가능해질 전망이다. 특히 유익한 형질을 지닌 야생종의 대립유전자를 선별하여 재배종에 도입하는 연구가 속도를 냈다. ### 파스타부터 빵까지, 식량 안보의 새로운 지평 다만 이번 연구 결과를 실제 경작지에 심을 수 있는 품종으로 구현하기까지는 해결해야 할 과제도 존재한다. 발굴된 유용한 유전자들이 다양한 환경 조건에서 안정적으로 발현되는지 검증하는 대규모 포장 시험도 해결 과제로 제시됐다. 또한, 유전체 정보의 복잡성으로 인해 이를 실제 육종 프로그램에 통합하는 기술적 지원 소프트웨어 개발이 뒤따라야 할 것이다.