페퍼민트 표피층의 MMR 유전자 사본 결실, 낮은 멘톨 비율과 연결
배경: 같은 클론 안에서도 달라지는 유전체
페퍼민트의 표피층에 국한된 유전자 사본 결실이 정유의 낮은 멘톨 비율과 연결된다는 연구 결과가 나왔다. PNAS에 발표된 이번 연구는 감마선으로 돌연변이를 유도한 페퍼민트에서 조직층별 유전 변이와 정유 조성의 관계를 추적했다.
영양번식으로 이어지는 식물도 모든 세포의 유전체가 같지는 않다. 줄기 끝의 생장점인 경정분열조직에서 생긴 변이가 특정 세포층에 정착하면, 서로 다른 유전체를 지닌 조직층이 공존하는 주연 키메라가 형성된다. 페퍼민트 정유를 만드는 선모는 가장 바깥쪽인 L1층에서 유래하므로, 어느 층에 변이가 있는지도 향 성분을 이해하는 단서가 된다.
연구 대상인 블랙 미첨은 서로 다른 종에서 유래한 유전체를 지닌 불임 이질육배체 페퍼민트 품종이다. 교배에 기반한 전통적 유전 분석이 어려운 작물인 만큼, 연구팀은 유발 돌연변이와 유전체 분석을 결합해 정유 조성을 바꾸는 변이를 찾고자 했다.
핵심 발견: 표피층 결실과 저멘톨 정유의 연결
연구팀은 감마선을 조사한 액아에서 삽목과 재식재를 여섯 차례 거쳐 261개 독립 계통을 확보했다. 긴 DNA 서열을 읽는 PacBio HiFi와 염색체 접촉 정보를 얻는 Hi-C로 참조 유전체를 조립하고, 각 계통의 짧은 리드 DNA 시퀀싱 자료에서 서열의 상대적 사본 수를 분석했다. 검출된 대규모 삽입·결실은 총 1,406개로 계통당 평균 5.38개였으며, 이 가운데 96.3%가 결실로 분류됐다.
대부분의 변이는 식물 전체가 아닌 특정 조직층에 제한된 양상을 보였다. 저멘톨 계통 두 개에서는 모든 층의 세포가 섞인 잎과 L3 유래인 뿌리의 DNA를 비교해 층 특이성을 뒷받침했다. 전체 집단에서 L1 특이적 결실은 L2/3 특이적 결실보다 1.65배 많았으나, 이 차이를 만드는 기전은 미해결 과제로 남았다.
향 특성으로 사전 선별한 78개 계통은 3년에 걸쳐 포장에서 평가했으며, 해마다 평가한 계통은 달랐다. 이 가운데 P11과 P28이 낮은 멘톨 비율을 보였다. P11 정유의 (−)-멘톨 비율은 해당 연도 대조군의 42%에 비해 2.6%로 낮아졌다. 이는 정유 성분 중 비율의 변화로, 총 정유 생산량의 감소를 뜻하지는 않는다.
두 계통에는 11번 염색체 D 하플로타입, 즉 특정 염색체 서열형의 공통 결실 영역이 있었으며 결실은 L1 유래 표피층에 국한됐다. 이 영역에는 멘톤을 멘톨로 전환하는 멘톤–멘톨 환원효소(MMR) 유전자가 포함돼 있었다. 성숙 잎을 통째로 분석한 벌크 RNA 시퀀싱에서 해당 MMR 사본의 발현량은 두 계통 모두 대조군의 약 10분의 1이었다. 통제된 재배 조건에서도 낮은 멘톨과 높은 멘톤 수준이 확인돼 포장시험 결과와 일치했다.
의미와 전망: 작물 개량에서 조직층까지 살펴야
이번 결과는 여러 유전자 사본을 지닌 다배체 작물에서도 특정 조직층의 주요 사본 하나가 성분 조성에 큰 영향을 줄 수 있음을 뒷받침한다. 다른 사본이 남아 있어도 기능을 충분히 보완하지 못할 가능성이 드러난 셈이다. 실제 대조군에서는 D 하플로타입의 MMR 발현이 다른 사본보다 우세했다.
다만 두 계통의 공통 결실 영역에는 295개 유전자가 포함돼 있다. MMR만 정밀하게 제거하거나 복구한 실험은 아니므로, 관찰된 변화를 MMR 단독의 인과효과로 확정하기에는 한계가 남는다. 참조 유전체 역시 일부 영역이 빠졌을 가능성이 있으며, 낮은 시퀀싱 깊이 때문에 변이 경계는 100 kb 단위까지만 정의됐다. 자연발생 변이의 장기 축적 속도나 정유 품질의 영구적 안정성은 이번 연구의 검증 범위에 포함되지 않았다.
연구 설계와 결과는 PNAS 논문 공개 전문에서 확인할 수 있다.
Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 123, Issue 21, May 2026. DOI: 10.1073/pnas.2606214965
Summary: Challenging the historical dogma of genetic uniformity within vegetatively propagated clonal lineages, this landmark study elucidates the structural mechanisms where somatic mutations drive essential oil diversity in long-lived peppermint (Mentha × piperita). By integrating single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) with long-read genome phasing across the distinct histological layers (L1, L2, and L3) of the shoot apical meristem (SAM), the framework isolates persistent mosaicism established inside founder stem cell niches. The genomic metadata proves that layer-specific somatic mutations programmatically rewire down-stream monoterpene and terpenoid secondary metabolite pathways. This intra-clonal micro-evolutionary drift alters the catalytic kinetics of rate-limiting biosynthetic enzymes to dictate overall volatile chemistry, delivering a scalable computational baseline for targeting metabolic hyper-variants and engineering high-fidelity molecular farming platforms.
향료용 페퍼민트 계통을 선별할 때 정유 조성과 함께 변이가 존재하는 조직층을 확인하면 증식 전략을 세우는 데 도움이 된다. 표피층의 변이로 생긴 형질은 다른 층에서 유래한 조직배양 재생체에 남지 않을 수 있기 때문이다. 예를 들어 저멘톨 계통을 유지하려면 정유 성분을 반복 측정하고, 증식·재분화 경로가 해당 변이를 보존하는지 검증하는 방식을 고려할 수 있다. 이번 연구는 불임·다배체 작물의 성분 개량에서 층 특이적 변이를 활용할 근거를 제시했다. 다만 저멘톨이 곧 품질 향상을 뜻하지는 않는다. 목표 용도에 맞는 성분 조성인지, 재배 성능과 증식 안정성을 함께 확보할 수 있는지는 별도 평가가 필요하다.