RphMBR1012 is a novel barley leaf rust resistance gene designated as Rph30
본 연구는 보리 잎 녹병 저항성 유전자인 RphMBR1012가 Rph4와 유전적으로 구별됨을 확인하여 이를 새로운 저항성 유전자 자리인 Rph30으로 공식 지정하였으며, 육종 프로그램에서 활용할 수 있는 고정밀 분자 마커를 제공한다.
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농업의 세계를 체스라는 고도의 전략 게임이라고 상상해 보십시오. 하지만 기사와 비숍 대신, 플레이어는 작물과 미세한 침입자들입니다. 이 게임에서 보리는 들판에서 양조장에 이르기까지 어디에서나 재배되는 스타 플레이어이지만, 끊임없이 몰려드는 상대인 녹병(leaf rust)에 직면해 있습니다. 녹병을 식물의 에너지를 훔쳐 초록색 잎을 녹슨 갈색 반점으로 바꾸고 수확량을 줄이는, 교활하고 형태를 바꾸는 도둑이라고 생각해 보십시오. 수십 년 동안 농부들은 보리에 '보안 시스템'—녹병을 발견하고 확산되기 전에 차단하는 면역 체계와 같은 특수 유전자—을 입혀 이 도둑을 따돌리려 노력해 왔습니다. 문제는 녹병이 변장의 명수라는 점입니다. 녹병은 이러한 보안 시스템을 우회하기 위해 끊임없이 자신의 의상(병형, pathotype)을 바꿉니다. 그래서 과학자들은 아직 녹병이 보지 못한 더 새롭고 더 나은 보안 코드를 찾아 끊임없이 탐색 중입니다. 이 논문은 그러한 새로운 코드 중 하나를 찾고, 그것이 완전히 새로운 발명품인지 아니면 기존 것의 약간 다른 버전인지 테스트하며, 군중 속에서 그것을 어떻게 식별할지 알아내는 것에 관한 것입니다.
이야기는 두 가지 보리 계통에서 시작됩니다. 두 계통 모두 녹병에 대항하는 비밀 무기를 가진 것처럼 보입니다. 하나는 발칸 반도에서 온 투박하고 전통적인 재래종인 MBR1012로, 임시로 RphMBR1012라고 명명된 저항성 유전자를 가지고 있습니다. 다른 하나는 Rph4라는 유전자를 가진 'Gold'라는 잘 알려진 품종입니다. 두 유전자는 보리의 유전 지도(염색체 1HS)에서 같은 동네에 위치해 있어 큰 의문을 남깁니다. 이들이 같은 문 앞에 서 있는 서로 다른 두 명의 경비원일까요, 아니면 사실 서로 다른 모자를 쓰고 있는 동일한 경비원일까요? 만약 이들이 같다면, 이들을 함께 육종하는 것은 추가적인 보호를 제공하지 못할 것입니다. 만약 이들이 다르다면, 우리는 이들을 결합하여 녹병이 물리치기 더 어려운 '슈퍼 보리'를 만들 수 있습니다.
이 미스터리를 풀기 위해 연구진은 유전적인 '믹스 앤 매치' 게임을 수행했습니다. 그들은 MBR1012 보리와 Gold 보리를 교배하여 자손 가족을 만들었습니다. 그런 다음, 이 자손들을 친절한 방문객처럼 두 부모 모두에게 해롭지 않은 균주를 포함하여, 한쪽 부모에게는 공격적이지만 다른 쪽에는 그렇지 않은 다양한 녹병 균주에 노출시켰습니다. 결과는 매우 흥가스러웠습니다. 자손들을 테스트했을 때, 그들의 저항성 패턴은 단일 유전자나 동일한 두 개의 유전자에 대한 규칙에 부합하지 않았습니다. 대신, 데이터는 RphMBR1012와 Rph4가 비록 같은 유전적 우편번호(zip code)에 살고 있을지라도, 실제로 두 개의 별개이며 독립적인 보안 시스템임을 시사했습니다.
연구팀은 이 유전자들이 정확히 어디에 사는지 지도를 그리기 위해 정밀하게 조사했습니다. 염색체를 따라 놓인 작은 이정표와 같은 5,700개 이상의 유전적 마커를 살펴보는 첨단 스캐너를 사용하여 위치를 특정했습니다. 그들은 RphMBR1012와 Rph4가 가까운 이웃이지만, 서로 다른 집에 거주하고 있다는 것을 발견했습니다. 연구는 이 새로운 유전자의 위치를 매우 구체적이고 작은 DNA 구간으로 좁혔습니다. 이 유전자가 Rph4와 분명히 다르기 때문에, 저자들은 공식적으로 새로운 이름인 Rph30을 부여했습니다.
하지만 이 이야기가 아직 완벽한 '해피엔딩'인 것은 아닙니다. 연구진은 또한 농부들이 보리 식물에 새로운 Rph30 유전자가 있는지 즉각적으로 알려줄 수 있는 분자 '신분증'(DNA 마커)을 만들기 위해 노력했습니다. 그들은 143개의 다양한 보리 품종을 대상으로 8개의 서로 다른 마커를 테스트했습니다. QBS217이라는 이름의 한 마커는 스타 플레이어였으며, 약 96.5%의 경우에서 유전자를 정확하게 식별해 냈습니다. 그러나 논문은 이것이 완벽하지는 않다고 언급했습니다. 몇몇 사례에서는 마커가 식물에 유전자가 있다고 했지만 실제로는 없었거나, 혹은 그 반대의 경우가 있었습니다. 이는 우리가 강력한 새로운 저항성 유전자를 찾아냈음에도 불구하고, 모든 보리 품종에서 이를 쉽게 찾아낼 수 있는 도구는 여전히 미세 조정 단계에 있음을 시사합니다.
결론적으로, 이 논문은 Rph30이 보리 녹병과의 싸움에서 실질적이고 구별되며 가치 있는 새로운 무기임을 확인해 줍니다. 이것은 유전적 도구 상자에 추가된 신선한 요소이며, 육종가들이 녹병이 새로운 공격 방식을 진화시키더라도 건강함을 유지할 수 있는 보리를 만들기 위해 이 유전자를 다른 유전자들과 쌓아 올릴 수 있다는 희망을 제공합니다. 비록 그것을 찾는 '신분증'은 조금 더 다듬어질 필요가 있지만, 유전자 자체의 발견은 우리의 보리 밭을 안전하게 지키기 위한 견고한 진전입니다.
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