Germplasm characterization and genetic structure of Ukrainian sweet cherry (Prunus avium L.) assessed by microsatellite and S-locus markers

우크라이나 남부의 과수원에서는 수 세기 동안 달콤한 체리 나무가 재배되어 왔으며, 이 나무들은 지역의 주식이자 국가적 자부심의 원천인 열매를 생산해 왔습니다. 이 나무들은 씨앗에서 자라는 야생 식물이 아닙니다. 이들은 단맛, 크기, 성숙 시기와 같은 특정 형질을 위해 여러 세대에 걸쳐 선택된 정교하게 육종된 품종, 즉 재배종입니다. 씨앗에서 자란 체리 나무는 부모와 동일한 열매를 맺지 않기 때문에, 농부들은 특정 나무의 꺾꽂이를 하여 이를 다른 뿌리 조직(rootstock)에 접목함으로써 이 품종들을 보존합니다. 이 과정은 유전적 복제본을 만들어내어, 새로운 나무가 원래의 나무와 똑같은 복사본이 되도록 보장합니다. 그러나 시간이 흐르면서 이름이 뒤섞이기도 합니다. 묘목장에서 나무의 이름표가 잘못 붙여지거나, 실수로 두 나무에 같은 이름이 적용될 수 있습니다. 이런 일이 발생하면 과실의 역사는 사라지고, 수집된 집단의 유전적 정체성은 하나의 수수께로 변합니다. 이 나무들을 보존하기 위해 노력하는 과학자들에게 정확히 어떤 나무가 어떤 나무인지 아는 것은 단순한 기록 관리를 넘어, 새로운 품종을 육종하고 적절한 나무들이 서로 수분할 수 있도록 보장하는 데 필수적인 일입니다.

최근 한 연구자는 오랜 기간 중요하고 유서 깊은 과실 육종 역사를 가진 지역인 우크라이나의 달콤한 체리 수집품에 주목했습니다. 연구자는 유전자 은행에 보유된 94개의 서로 다른 체리 액세션(accession, 개별 나무 또는 나무 그룹)의 진정한 정체를 확인하고자 했습니다. 과학자는 이 나무들의 미스터리를 풀기 위해 두 가지 주요 도구를 사용했습니다. 첫째, 각 개체의 고유한 유전적 지문 역할을 하는 마이크로새틀라이트(microsatellite)라는 마커를 사용하여 나무의 DNA를 조사했습니다. 둘째, 나무가 다른 나무로부터 꽃가루를 받아들일 수 있는지 여부를 결정하는 게놈의 특정 부분인 S-로커스(S-locus)를 조사했습니다. 달콤한 체리의 경우, 나무는 자신이나 동일한 S-로커스 유형을 가진 다른 나무와 스스로 수정할 수 없으므로, 이 유전 코드를 아는 것은 과수원 관리에 매우 중요합니다. 연구자는 우크라이나 나무의 DNA를 표준화된 유럽 데이터베이스와 비교함으로써, 수십 년간 이어진 이름과 부계, 유전적 관계에 대한 혼란을 바로잡고자 했습니다.

조사 결과, 이 나무들에 붙은 라벨은 종종 신뢰할 수 없는 것으로 드러났습니다. 연구자가 같은 이름을 공유하는 나무들의 유전적 지문을 비교했을 때, 다섯 개의 서로 다른 이름이 실제로는 동일하지 않은 한 쌍의 나무를 지칭하고 있다는 사실을 발견했습니다. 어떤 경우에는 같은 이름을 가진 두 나무가 완전히 다른 품종이었는데, 이는 시간이 흐르며 혼동된 동음이의어(homonyms)와 같았습니다. 또 다른 경우에는 서로 다른 이름을 가진 나무들이 유전적으로는 동일한 복제본임이 밝혀졌는데, 이는 하나의 품종이 두 개의 서로 다른 라벨 아래에서 자라고 있었음을 의미합니다. 연구는 또한 한 품종의 가지가 실수로 다른 품종으로 접목되어 라벨이 잘못 붙은 사례들도 찾아냈습니다. 이러한 중복과 오식별을 바로잡은 후, 연구자에게는 90개의 고유한 유전 프로필이 남게 되었으며, 이는 실제 수집된 다양성에 대한 훨씬 명확한 그림을 제공했습니다.

가장 놀라운 발견 중 하나는 'Drogans gelbe Knorpelkirsche'와 'Dönissens gelbe Knorpelkirsche'로 알려진 두 유명한 황색 과실 품종과 관련되었습니다. 이 두 나무는 많은 현대 우크라이나 체리의 기초가 되는 조상으로 간주됩니다. 그러나 연구자는 현재 우크라이나 수집품에 'Drogans'라고 라벨이 붙은 나무들이 실제로는 'Dönissens'의 유전적 지문을 가지고 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지라는 사실을 발견했습니다. 이러한 혼동은 우크려나에 국한되지 않았습니다. 동일한 오류가 유럽의 참조 수집품에서도 나타났는데, 이는 세대를 거쳐 전해 내려온 광범위한 혼란을 시사합니다. 비록 이름은 바뀌었지만, 두 나무는 유전적 수준, 특히 서로 다른 수분 그룹에 속하게 하는 S-로커스 마커에서 여전히 구별되는 상태를 유지했습니다. 이는 이름은 바뀌었을지라도, 원래 창시자들의 실제 유전 물질은 잘못된 라벨 아래에서도 보존되었음을 의미합니다.

또한 이 연구는 많은 우크라이나 품종의 부계(parentage)에 대해서도 밝혀냈습니다. 연구자는 자손의 유전 마커를 기록된 부모와 비교함으로써 일부 가계도는 확인하고 다른 것들은 배제할 수 있었습니다. 연구자는 'Drogans gelbe Knorpelkirsche'가 17개 액세션의 부모임을 확인하여, 이 지역의 육종 역사에서 주요 창시자로서의 역할을 입증했습니다. 그러나 유명한 품종인 'Valerii Chkalov'는 상당한 혼란의 원인이었습니다. 기록상으로는 많은 나무가 이 품종의 자손이라고 되어 있었으나, 연구자는 참조로 삼을 수 있는 진정한 'Valerii Chkalov' 나무를 단 하나도 찾을 수 없었습니다. 대신, 연구자는 하나의 이름 아래에서 두 개의 서로 다른 유전적 나무가 번식되고 있음을 발견했습니다. 한 버전은 멜리토폴(Melitopol) 육종 프로그램의 나무들과 호환되는 것이었고, 다른 버전은 바흐무트(Bakhmut) 프로그램에서 사용되는 것이었습니다. 이 발견은 'Valerii Chkalov'와 관련된 많은 기록된 계보가 사실은 두 개의 서로 다른, 정체가 밝혀지지 않은 나무를 바탕으로 하고 있으며, 가계사가 생각보다 더 복잡하다는 것을 의미합니다.

연구는 개별 나무의 정체성을 넘어, 우크라이나 달콤한 체리 수집품 전체의 유전적 구조를 그려냈습니다. 분석 결과, 육종 역사는 새로운 품종을 만들기 위해 반복적으로 교배된 소수의 창시 품종에 크게 의존하는 좁은 토대 위에 구축되었음을 보여주었습니다. 수집품에는 다양한 현대 및 초기 선발 품종이 포함되어 있지만, 유전적 다양성은 주로 이 몇몇 조상들에 의해 형성되었습니다. 또한 이 연구는 지역의 유전 데이터를 확장하여, 이전에 기록된 적이 없는 33개 품종의 S-로커스 유형을 결정했습니다. 이 정보는 재배자들에게 매우 중요한데, 나무와 호환 가능한 수분 매개체를 맞추어 성공적인 수확을 보장할 수 있게 해주기 때문입니다.

이 작업은 식물 수집품을 관리하는 모든 이에게 중요한 교훈을 줍니다. 연구자는 라벨에 적힌 이름만으로는 나무의 정체를 보장하기에 충분하지 않다고 결론지었습니다. 보존이 효과적으로 이루어지기 위해서는 기록이 단순히 역사적 문서가 아닌, 개별 나무 자체와 유전적 증거에 의해 연결되어야 합니다. 갈등과 국경 변화로 인해 수집품이 위험에 처해 있는 세상에서, 모든 나무에 대해 검증된 유전 프로필을 갖는 것은 설령 원래의 라벨을 잃거나 틀리더라도 그 소재를 식별하고 회복할 수 있도록 보장해 줍니다. 우크라이나의 데이터를 유럽 표준에 맞추고 오래된 오류를 바로잡음으로써, 이 연구는 우크리아 지역의 달콤한 체리 육종과 보존을 위한 신뢰할 수 있는 지도를 제공합니다.