이준선(University of British Columbia) | 유전자 발현의 존재/부재 보완을 통한 작물의 잡종강세 (Heterosis)[J. Adv. Res.] | 웨비나

학술웨비나 개최완료

유전자 발현의 존재/부재 보완을 통한 작물의 잡종강세 (Heterosis)[J. Adv. Res.]

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2024년 02월 26일 (월) 오후 03시
이준선(University of British Columbia)

개요

							수많은 주요 작물들이 잡종강세 (Heterosis)를 통해 수확량과 수확량 안정성을 높인 잡종 종자 생산방식으로 전환되어 재배돼 왔습니다. 그러나 이 잡종강세의 기본 분자 메커니즘과 환경 변화에 따른 안정성은 아직 이해되지 않은 부분이 많습니다. 이 연구의 목적은 (1) 해바라기 모델을 통한 작물의 잡종강세의 유전적 및 분자적 메커니즘을 규명하고 (2) 다양한 환경에서 잡종강세가 유지되는 방식을 알아보는 것입니다. GWA(Genome-wide association) 분석을 사용하여 유전자 발현의 존재/부재 변이체(PAV) 및 정지코돈이 해바라기 유전지도에서 16가지 표현형에 미치는 영향을 평가했습니다. GWA 결과와 전자체(transcriptomic) 변이와의 관계분석을 위해, control 및 가뭄 조건 모두에서 두 해바라기 부모 품종과 F1 잡종의 전사체를 시퀀싱하고 유전자 발현 및 대체 스플라이싱 패턴을 분석했습니다. 수천 개의 PAV가 표현형 변이에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌으며, 대부분 유전자좌에서 "부재" 대립유전자는 잡종강세 특성의 값을 감소시켰지만, 비 잡종강세 특성의 값은 감소시키지 않았습니다. 이 패턴은 F1 잡종에서 유전자발현 보완을 통해서 강화되었습니다. 정지코돈은 PAV보다 훨씬 드물고 잡종강세 값을 감소시킬 가능성이 적습니다. 유전자 온톨로지 분석결과, 다른 품종들보다 잡종품종의 유전자발현 패턴에서 환경자극에 대한 민감도가 특별히 상승했고, 반면에 모든 품종에서 물 스트레스 반응 경로를 상향 조절하고 대사 경로를 하향 조절하는 유사한 패턴으로 가뭄에 반응하는 것을 알 수 있었습니다. 대체 스플라이싱의 변화는 유전자발현과 강한 negative 상관관계가 있었으며, 이는 대체 스플라이싱이 주로 발현 반응을 강화하는 역할을 함을 의미합니다. 우리의 결과는 잡종작물에서 PAVs의 유전자발현 보완이 잡종의 지배 (dominance) 모델을 설명해주며, 해바라기의 잡종에 대한 주요 기여자임을 의미합니다. 이 메커니즘은 잡종 작물들이 다양한 환경안에서 수확의 안정성 갖게 하는 방법을 설명해주고 있습니다. 더욱이, 식물유전체가 동물유전체에 비해서 훨씬 더 많은 수의 PAV가 있는 사실로 보았을 때, 이러한 잡종강세가 왜 식물에서 더 뚜렷하게 나타나는지에 대한 상관관계를 추론해 볼 수 있습니다.