호박의 잎 모양은 햇빛을 받거나 통풍에 영향을 주는 중요한 육종 형질이다. 특히 잎 가장자리가 깊게 갈라진 호박은 빛이 잘 들고 바람이 잘 통해 밀식 재배*에 적합한 품종 개발에 활용 가치가 크다.
* 작물을 좁은 간격으로 촘촘히 심어 생산성을 높이는 방식
농촌진흥청(청장 이승돈)은 동양계 호박의 잎 가장자리 갈라짐(결각) 여부를 모종 단계에서 미리 판별할 수 있는 분자표지* 2종을 개발했다.
* 분자표지: 작물의 특정 형질과 관련된 DNA 차이를 확인해 원하는 특성을 지닌 개체를 신속하게 선발하는 데 활용하는 기술
동양계 호박(Cucurbita moschata)은 국내에서 널리 재배하는 호박의 한 종류다. 잎 모양은 가장자리가 깊게 갈라져 여러 갈래로 나뉜 결각형과 갈라짐이 거의 없이 넓고 둥근 모양을 띠는 비결각형으로 구분된다.
결각형 잎은 잎 사이의 겹침과 그늘을 줄여 아래쪽 잎까지 빛이 잘 닿도록 도와준다. 또, 바람이 잘 통해 병 발생을 줄임으로써 밀식 재배용 품종 개발에 활용 가치가 크다. 다만, 모종 초기 단계에서는 잎이 아직 충분히 자라지 않아 갈라짐의 유무가 뚜렷이 나타나지 않을 수 있다. 이 때문에 원하는 잎 모양을 눈으로 정확히 가려내려면, 파종 후 본잎이 더 자랄 때까지 2개월가량 기다려야 한다.
연구진은 동양계 호박 유전자원 167점의 유전체 정보를 분석해 신뢰도 높은 유전변이(단일염기다형성*) 1만 528개를 확보했다. 잎 모양 정보와 유전체 정보를 비교하는 전장유전체연관분석**을 수행한 결과, 동양계 호박 3번 염색체에서 잎의 갈라짐 유무와 가장 밀접한 관련이 있는 변이를 찾아냈다.
* 단일염기다형성(SNP): 유전체의 같은 위치에서 개체에 따라 DNA를 구성하는 염기 하나가 다르게 나타나는 유전변이
** 전장유전체연관분석(GWAS): 유전체 전반의 유전변이와 관찰한 특성을 비교해 특정 형질과 관련된 위치를 찾는 분석 방법
이를 바탕으로 잎의 갈라짐 유무를 구별할 수 있는 분자표지 2종을 개발했다. 또, 처음 분석에 쓰지 않은 동양계 호박 자원 35점(결각형 20점, 비결각형 15점)에 적용해 두 분자표지의 판별 결과가 실제 잎 모양 35점과 모두 일치함을 확인했다.
이번 기술을 활용하면 종자 기업은 원하는 잎 모양을 가진 개체를 모종 초기 단계에서 미리 골라낼 수 있다. 즉, 밭에서 직접 잎을 확인하는 데 드는 시간과 노동력을 줄여 품종 개발 효율을 높일 수 있을 것으로 예상된다. 아울러, 유전체 정보를 품종 개발에 활용하는 디지털 육종의 실용적인 선발 도구로도 활용할 수 있다.
이번 연구 결과는 올해 6월 국제학술지 'Horticulture, Environment, and Biotechnology(HEB)*'에 게재됐고, 관련 기술은 특허등록*을 마쳤다. 한국농업기술진흥원과 종자 기업 3곳에 기술이전도 완료했다.
* '동양계 호박의 유전적 다양성과 원예적 특성에 관한 전장유전체 연관분석'이란 제목으로 게재
** 특허등록명(번호): 동양계 호박 잎 결각 유무 판별 위한 분자마커 및 이의 용도(제10-2894566호), 총 기술이전 금액: 1,900만 원
농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 장윤아 과장은 "이번 기술은 종자 기업이 원하는 잎 모양을 가진 호박을 더 빠르고 정확하게 선발하는 데 도움이 될 것이다."라며 "앞으로도 육종 현장에 필요한 형질의 분자표지를 개발하고 현장 활용을 지원해 우리 종자 기업의 디지털 육종 역량을 높여 나가겠다."라고 말했다.
