'슈퍼푸드' 토마토 속에 숨겨진 수십만개의 돌연변이 비밀

핀셋으로 집어내듯 원하는 성질만 가진 식물 품종 개발 가능성

[서울신문]

토마토 종류와 크기 다른 비밀 풀렸다 - 16세기 남미에서 유럽으로 전해진 이후 수세기 동안 토마토는 다양한 크기와 종류, 색깔을 갖고 재배되고 있다. 과학자들은 이 같은 물리적, 형태적 변화가 유전자 수준에서 어떻게 발현된 것인지를 밝혀냈다.미국 하워드휴즈 의학연구소 제공

전 세계적으로 생산량이 가장 많은 식물은 옥수수, 밀, 벼, 감자, 대두, 그리고 토마토이다.

현재는 건강에 도움을 주는 슈퍼푸드로 알려지면서 전 세계에서 가장 많이 소비되는 식물이지만 토마토가 처음 유럽에 알려지게 된 16세기에는 독이 있는 식물로 여겨져 식용이 아닌 장식용이나 벌레 퇴치용으로 쓰였다.

토마토가 처음 식탁에 오르게 된 것은 18세기 이탈리아에서 케첩과 스파게티 소스로 만들어 먹으면서부터이다. 토마토 소비가 늘어나면서 채소인지 과일인지 논란이 벌어지게 됐다. 1893년 미국 뉴욕주에서는 수입 채소에는 10% 관세를 부과했다. 수입업자들은 관세를 내지 않기 위해 주정부를 대상으로 소송을 제기했다. 결국 미국 대법원에서는 주정부의 손을 들어주면서 ‘토마토는 채소’로 알려지게 됐다.

한국에서는 채소, 그중 과채류로 분류하고 있다. 농촌진흥청에 따르면 과채류는 채소의 이용 부위를 기준으로 구분하는 것으로 오이, 수박, 딸기처럼 줄기에서 자라지만 열매를 먹는 채소를 말한다.

토마토는 수 세기 동안 전 세계로 퍼지면서 현재 5000여 종이 존재하며 국내에서는 20여 종의 토마토가 재배되고 있다. 이런 가운데 식물학자들이 토마토 품종 연구를 통해 지금까지 알려지지 않은 토마토 DNA의 비밀과 숨겨진 돌연변이들을 찾아냈다.

미국 존스홉킨스대, 콜드스프링하버연구소, 하워드휴즈 의학연구소, 조지아대 응용유전기술센터, 매사추세츠 애머스트대, 플로리다대, 보이스 톰슨 연구소, 코넬대, 베일러 의과대학, 프랑스 파리-샤클레대, 이스라엘 바이츠만과학연구소 공동연구팀은 갈라파고스 제도에 있는 야생 토마토부터 케첩이나 소스로 가공되는 것까지 전 세계 100종의 토마토 게놈을 분석한 결과 그동안 알려지지 않았던 20만개 이상의 유전적 돌연변이들을 발견했다고 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 18일자에 발표했다.

그동안 많은 연구들을 통해 게놈 속에 존재하는 돌연변이들이 식물의 물리적 특성을 변화시킬 수 있다는 사실을 알고 있었다. 또 ‘DNA 유전자시퀀싱’이란 기술을 통해 돌연변이들을 확인할 수 있었다. 문제는 DNA의 긴 부분을 복제하거나 삽입하고 이동시킴으로써 DNA 구조를 변형시키는 경우도 있는데 이는 유전자시퀀싱 기술만으로는 완벽히 파악할 수 없다는 것이다.

유전자 숫자에 따라 달라지는 토마토의 크기 - 과학자들은 유전자 사본의 숫자에 따라 토마토의 크기 같은 구조적 변이가 나타난다는 것을 확인했다. 유전자 사본을 3개 가진 토마토(왼쪽)는 1개의 사본을 가진 토마토(오른쪽)보다 크기가 약 30% 정도 크다는 것을 알 수 있다.셀 제공

이에 연구팀은 ‘롱리드 시퀀싱’(long-read sequencing)이라는 방법을 동원해 토마토 DNA에서 그동안 파악하지 못한 20만개 이상의 구조적 돌연변이들을 확인하는데 성공했다. 롱리드 시퀀싱은 기존 분석방법과 비교해 100배나 더 긴 염기조각 단위로 유전자를 해독함으로써 게놈의 변이를 좀 더 명확하게 파악할 수 있게 해주는 기술이다. 기존 게놈 분석방법은 문에 작은 구멍을 내서 안쪽을 겨우 들여다 보는 수준이지만 롱리드 시퀀싱 기술은 넓은 창을 통해 게놈의 큰 부분을 파노라마처럼 보고 비교할 수 있게 해주는 기술이라고 연구팀은 설명했다.

연구팀에 따르면 이번에 발견된 돌연변이 대부분은 유전자 활성 메커니즘을 바꾸는 것으로 확인됐다. 특정 돌연변이는 토마토 크기를 조절하고 당도를 높이는데 관여하고 또 다른 돌연변이는 토마토의 겉과 속 색깔을 다르게 만들 수도 있다는 것이다. 또 특정 유전자 3개가 한꺼번에 변이될 경우는 1개의 유전자 돌연변이를 갖고 있는 토마토보다 수확량이 30% 이상 늘어나는 것도 확인됐다.

마이클 슈와츠 미국 존스홉킨스대 교수(계산생물학)는 “이번 연구는 유전자 단위의 변이가 어떤 형태 변화를 가져올지 명확하게 예측할 수 있게 해준다는데 의미가 크다”라며 “이번 연구결과를 활용하면 새로운 토마토 품종을 개발하거나 기존 품종의 미세한 부분적 개선까지 가능하게 해줄 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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