아빠처럼 엄마처럼... 올인원 식물

독일 쾰른 막스플랑크 식물육종연구소(MPIPZ)의 찰스 언더우드(Charles Underwood)가 주도한 새로운 연구에서 과학자들은 토마토 식물에서 클론 성세포를 생성하는 시스템을 구축하고 이를 사용하여 자손의 게놈을 설계했습니다. 한 부모의 클론 난이 다른 부모의 클론 정자와 수정되어 두 부모의 완전한 유전 정보를 포함하는 식물이 탄생했습니다. 이 연구는 현재 자연 유전학.

두 가지 서로 다른 모계통과 특정 유리한 특성을 결합한 잡종 종자는 생산성이 향상되고 견고한 작물을 생산하므로 농업에서 인기가 있으며 농부들이 100년 이상 사용해 왔습니다.

잡종의 성능 증가는 일반적으로 잡종 활력 또는 잡종증으로 알려져 있으며 다양한 식물(및 동물) 종에서 관찰되었습니다. 그러나 유전 정보의 분리로 인해 이러한 잡종의 후속 세대에서는 잡종 효과가 더 이상 지속되지 않습니다. 따라서 매년 새로운 잡종 종자를 생산해야 하는데, 이는 노동 집약적이고 비용이 많이 드는 노력이므로 모든 작물에 잘 작동하지 않습니다.

그렇다면 잡종 식물의 유전자에 암호화된 유익한 특성이 어떻게 다음 세대로 전달될 수 있습니까?

일반적으로 우리의 유전 물질은 모든 유성생식 유기체에서 발생하는 중요한 세포 분열인 감수분열 중에 재편성을 겪습니다. 염색체의 무작위 분리와 감수분열 재조합으로 인한 이러한 재편성은 자연 개체군과 번식 과정에서 새롭고 유익한 유전적 구성을 생성하는 데 중요합니다.

그러나 식물 육종에 있어서는 일단 훌륭한 조합이 생기면 이를 유지하고 유전자를 다시 섞어서 잃지 않기를 원합니다. 감수분열을 우회하여 부모와 유전적으로 동일한 성세포(난자와 정자)를 생성하는 시스템을 갖는 것은 여러 가지 용도로 사용될 수 있습니다.

이번 연구에서 언더우드와 그의 팀은 가장 인기 있는 채소 작물인 재배 토마토에서 감수분열을 단순한 세포 분열인 유사분열로 대체하는 시스템을 구축했습니다. 소위에서는 몸짓 광대극시스템(감수분열 대신 유사분열) 세포 분열은 유사분열을 모방하여 유전적 재조합과 분리를 회피하고 모 식물의 정확한 복제인 성세포를 생성합니다. 의 개념 몸짓 광대극시스템은 이전에 MPIPZ 디렉터인 Raphael Mercier에 의해 애기장대와 벼 분야에서 확립되었습니다.

새로운 연구의 획기적인 측면은 연구자들이 처음으로 “배수체 게놈 설계”라고 부르는 과정을 통해 자손을 조작하기 위해 클론 성 세포를 활용했다는 것입니다.

일반적으로 성세포는 염색체 세트가 절반으로 줄어듭니다(인간의 경우 46개의 염색체가 23개로 감소하고, 토마토의 경우 24개의 염색체가 12개로 감소). 몸짓 광대극 성세포는 클론성이므로 염색체 세트가 절반으로 줄어드는 일은 일어나지 않습니다. Underwood와 그의 팀은 교배를 수행했는데, 이는 하나의 클론 알이 몸짓 광대극 토마토 식물은 다른 식물의 클론 정자에 의해 수정되었습니다. 몸짓 광대극 토마토 식물. 결과로 나온 토마토 식물은 두 부모의 완전한 유전적 레퍼토리를 포함하고 있으며 그에 따라 48개의 염색체로 구성됩니다. 따라서 두 잡종 부모의 모든 유리한 특성은 설계에 따라 하나의 새로운 토마토 식물에 통합됩니다.

토마토와 감자 사이의 밀접한 유전적 관계로 인해 Underwood 팀은 이 연구에서 설명된 시스템이 세계에서 다섯 번째로 가치 있는 작물인 감자와 잠재적으로 다른 작물 종에 사용하기 위해 쉽게 적응될 수 있다고 믿습니다.

인구 증가와 기후 변화를 고려할 때, 수확량이 많고 지속 가능하며 안정적인 품종의 개발은 장기적으로 세계 식량 공급을 확보하는 데 중요합니다. 따라서 질병 저항성과 스트레스 저항성이 높은 식물을 재배하는 것이 중요합니다. 식물 재생산 기술에 대한 혁신적인 접근 방식이 필수적입니다. 그만큼 몸짓 광대극 시스템과 배수체 게놈 공학에서의 적용은 오늘날의 농업 문제를 해결할 수 있는 유망한 방법 중 하나가 될 수 있습니다.

Charles Underwood는 “우리는 클론 성세포를 사용하여 배수체 게놈 설계를 수행할 수 있는 가능성에 대해 매우 기대하고 있습니다. 우리는 이를 통해 육종가가 배수체에서 발견되는 진행성 이종증인 추가 이종증을 제어된 방식으로 활용할 수 있을 것이라고 확신합니다”라고 말했습니다. .

“토마토요 몸짓 광대극 우리가 구축한 시스템은 미래에는 클론 종자 생산(합성 아포믹시스)의 구성 요소로도 사용될 수 있습니다. 이는 잡종 종자 생산 비용을 대폭 줄일 수 있다고 Yazhong Wang은 덧붙였습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240513150437.htm