중국과학원 칭다오(靑島) 바이오 에너지 및 과정 연구소 연구팀은 미세 조류 오일 생산의 유전 및 진화 메커니즘 연구 분야에서 혁신적인 성과를 달성하여 이슈가 되고 있다.

연구팀은 마이크로 볼 조류를 모델 생물로 선정하여 높은 오일 생산성 유전 기반과 진화 메커니즘을 계통적으로 해석함으로써 높은 오일 생산 조류의 선별과 품종 육성을 위해 탄탄한 기반과 참신한 아이디어를 제시하였다.

 

관련 연구 성과는 ‘Nannochloropsis Genomes Reveal Evolution of Microalgal Oleaginous Traits’라는 테마로 PLoS Genetics 학술지에 발표되었다.

자연계 속의 부분적인 광합성 미세 조류는 오일 생산성이 높고, 성장 속도가 신속하며, 환경 적응성이 강한 동시에 불모지에서 해수 혹은 폐수로 육성할 수 있는 특징을 보유하고 있다.

 

때문에 일종 신형 바이오 디젤 작물은 과학자들의 폭넓은 중시를 받고 있다. 하지만 현재 높은 오일 생산성 유전과 진화 메커니즘에 대해서 과학자들은 아직 명확한 해석을 하지 못하고 있다.

마이크로 볼 조류는 일종 해양 속에서 폭 넓게 분포되어 있는 조류인 동시에 세계 각 지역에서 높은 오일 생산성 야생 조류를 대량 육성하고 있는 상황이다.

 

중국과학원 칭다오(靑島) 바이오 에너지 및 과정 연구소 산하 ‘단일 세포 연구센터’ 소속 ‘유전자 연구팀’ 왕둥메이(王冬梅), 닝캉(寧康) 연구원 연구팀은 5개 품종계에 각각 속해 있는 6개 마이크로 볼 조류 주(株)의 게놈 해석과 비교를 통해 지방산 합성과 트리글리 세라이드(Triglycerides)를 조립하는 과정에 대한 심층적인 연구를 실행하였다.

연구팀은 이번 연구를 통해 여러 개의 핵심적인 기능 효소 유전자의 복제 수가 뚜렷이 증가(gene dose expansion)될 뿐만 아니라 이런 특정 대사 노드(Node)의 유전자 수량이 팽창되어 다양한 마이크로 볼 조류 주(株) 속에 보편적으로 존재한다는 점을 발견하였다. 이런 상황은 마이크로 볼 조류의 효율적인 합성 트리글리 세라이드의 유전 기초를 구축하고 있다.

해양 마이크로 볼 조류(Nannochloropsis oceanica)는 기존 게놈 속에 제일 많이 포함되어 있는 디아실글리세롤 아실트랜스퍼라제(Diacylglycerol acyltransferase, DGAT)를 휴대하고 있는데, 동 효소 촉매 TAG 합성 경로의 최후 한 개 단계로 되고 있다.

유전자 수평 이전, 유전자 중복, 유전자 차단 등 가능한 원인을 제거한 후 연구팀은 11개 DGAT-2 유전자 속에서 한 개 유전자는 2차 공생 중에서의 붉은 조류 공생체에서 나오며, 4개는 2차 공생의 녹색 조류 공생체에서 나온다는 점을 발견하였다.

 

하지만 기타 6개 유전자는 2차 공생 중의 진핵 숙주 세포(Eukaryotic host cells)에서 나오는 것으로 나타났다(그림 B. 참조).

그 외, 상당한 비례(15.3%)의 TAG 합성 관련 유전자는 최초에 세균에서 원천되며 유전자 수평 이전을 통해 해양 마이크로 볼 조류 게놈에 진입된다.

 

때문에 마이크로 볼 조류가 보유하고 있는 강한 오일 생산 메커니즘은 2차 공생 속의 멀티 게놈 융합과 세균 원천의 수평 유전자 이전에서 발생되는 동시에 오일 생산의 핵심 유전자가 각 진화 주계(株系)의 병행적이고 안정적인 유전에 의해 발생된다.

이번 연구는 국가자연과학기금위원회의 `중대 국제협력 프로젝트` 비용, 중국과학원의 `혁신 연구팀 국제 협력 파트너 프로젝트` 비용 지원을 받아 추진되었다.

이번 연구는 중국과학원 칭다오(靑島) 바이오 에너지 및 과정 연구소 산하 ‘단일 세포 연구센터’ 센터장인 쉬젠(徐健) 연구원의 주도 아래 진행되었으며, 미국 애리조나 주립 대학(Arizona State University) 후창(胡强) 교수와 메릴랜드 대학(University of Maryland) 천펑(陳峰) 교수도 참여하였다.

그림 1. 마이크로 볼 조류 중의 TAG 합성 경로 상에서의 유전자 수 팽창 및 진화 원천