고구마 DNA 해명: 육배체의 미궁을 풀다 - 고구마 DNA가 말하는 "모자이크 조상"

고구마는 “부드러운” 맛과 달리, 유전적으로는 상당히 까다롭다. 인간이 부모로부터 한 쌍씩 염색체를 받는 이배체인 반면, 고구마는 육배체이다. 즉, 같은 책이 6세트 나열된 거대한 도서관의 카드 목록을 혼합된 상태에서 원래의 선반으로 되돌리는 작업과 같다. 연구자들은 이 **“풀기 작업(페이징)”**에서 오랫동안 발을 동동 굴렀다.

2025년 8월, 마침내 이 난제에 종지부가 찍혔다. BTI의 Zhangjun Fei 교수 팀이 아프리카에서 인기 있는 품종 "Tanzania"를 재료로 염색체 수준의 “상동체별(페이즈드) 게놈”을 완성하여 Nature Plants에 보고한 것이다. 논문과 보도 발표는 육배체의 전모뿐만 아니라 진화의 내력까지 그려내고 있다. NatureBoyce Thompson Institute

무엇이 “풀렸는가”: 모자이크한 조상의 모습

가장 큰 수확은 고구마가 다른 야생종의 배열을 혼합한 “모자이크” 같은 게놈을 가지고 있음을 정밀하게 보여준 것이다. 주요 조상 중 하나로, 에콰도르 해안에 자생하는 Ipomoea aequatoriensis의 기여가 크다. 한편, 중미에 분포하는 I. batatas 4x와 근연한, 아직 특정되지 않은 공여체의 흔적도 널리 인정된다. 놀라운 것은, 이들이 별개의 “서브게놈”으로 깔끔하게 나뉘어 있는 것이 아니라, 같은 염색체 상에서얽혀서 존재하고 있다는 점이다. 연구팀은 고구마가 **“세그멘탈 이질배수체”로서 행동함을 시사한다. 즉, “하이브리드의 과거”**를 가지면서, “하나의 게놈”으로서 행동하는 교묘한 구조이다. Nature

이 얽힌 구조는 육배체가 가진 **“예비 유전자 복사본”**과 맞물려, 건조나 병해충에 대한 강함=적응력에 기여할 가능성이 높다. 즉, **부품의 중복성(버퍼)**이 있어 가혹한 환경에서도 작물로서의 성능을 유지하기 쉽다. 

기술적 돌파구: 90개를 6세트로 “분류”

고구마는 90개의 염색체(15개×6세트)를 가진다. 이번의 핵심은 이 90개를 오리지널 6세트(하플로타입)로 완전히 분류(phasing)한 점에 있다. 장쇄 리드, Hi-C 등의 최신 기술을 조합하여, 표본 품종 "Tanzania"의 염색체 수준의 참조 배열을 구축했다. 데이터는 Sweetpotato Genomics Resource에 공개되어 있으며, 원 데이터는 NCBI의 BioProject에도 등록되어 있다. Nature

이 성과는 2010년대부터 쌓여온 **이배체 근연종(I. trifida/I. triloba)**의 참조 게놈이나 SweetGAINS 프로젝트의 사전 공개 데이터를 토대로 도약한 것이기도 하다. “육배체 본무대”의 결정판이 갖춰짐으로써, 게놈 선발이나 QTL 분석, eQTL 분석이 한꺼번에 실전 수준으로 돌아간다. Naturesweetpotato.uga.edu

육종 현장에서 무엇이 변하는가?

바라고 싶은 형질에서 역산하여 유전자좌를 찾는 속도가 가속된다. 예를 들어 건조 내성, 병해 저항성, 전분 품질, 카로티노이드 함량(비타민 A 원천) 등 아프리카, 아시아에서 중요한 타겟은 많다. 육배체에서는 “알릴의 복사본 수(알릴 도사지)”가 형질에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 무엇을 몇 복사본 쌓으면 목표의 표현형이 최단 거리로 나오는지의 전망이 서기 쉬워진다. 2024년 말의 연구도 육배체 특유의 **“복사본 수의 튜닝”**이 육종의 열쇠라고 보여주고 있었다. 이번의 참조 배열은 그 지도를 고해상도로 만든다. 

또 하나 놓칠 수 없는 것이 식량 안보이다. 고구마는 강인하고 자원 절약적이며 영양이 풍부하여, 특히 사하라 사막 이남 아프리카의 중요한 작물이다. 내성과 수량의 양립을 게놈에서 핀포인트로 설계할 수 있다면, 가뭄이 빈발하는 지역에서의 수량 안정화에 직결된다. Boyce Thompson Institute

“자연의 GMO”로서의 일면도

고구마는 Agrobacterium 유래의 T-DNA를 게놈 내에 가지고 있는, **“자연적으로 유전자 도입이 일어난 작물”**로도 유명하다. 이번 성과와 직접적인 인과는 별개로, 게놈의 전모가 명확해질수록 이러한 수평 전파의 역사나 형질 진화의 발자취도 더욱 정밀하게 읽을 수 있을 것이다. PNAS

데이터와 재현성: 누구나 접할 수 있는 “공통 인프라”로

Nature Plants의 논문 페이지에는 생 데이터(PRJNA1138727)와 어셈블리/주석의 소재가 정리되어 있으며, Sweetpotato Genomics Resource에서 브라우저와 BLAST가 제공된다. 사전 공개된 SweetGAINS 데이터도 이번의 공식 발표로 “경쟁 회피” 제한이 풀려, 널리 사용하기 쉬워질 전망이다(자세한 사항은 각 사이트의 정책 참조). Naturesweetpotato.uga.edu+1

SNS의 반응(초기 메모)

본고 작성 시점(일본 시간 2025년 8월 9일 오전)에서는, 공개 후 약 1일의 타이밍. 1차 정보는 BTI 공식 뉴스 게시, EurekAlert!, Phys.org의 편집 기사를 중심으로 확산이 시작된 단계다. 전문 커뮤니티에서는, “완전 페이즈드 참조의 완성은 대망”, “육종의 구현이 한꺼번에 진행된다”는 긍정적인 반응이 두드러진다. 공식 루트의 주지는 다음과 같다.
・BTI의 뉴스 게시(해설과 이미지 포함) Boyce Thompson Institute
・EurekAlert!의 배포(DOI와 자금 정보의 명시 포함) EurekAlert!
・Phys.org의 해설(편집 교열 포함 요약) Phys.org

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조금 앞서 보기: 여기서부터의 연구 테마

• 기원 분석의 정밀화: 미확인 중미 유래 공여체의 추적. 야외 개체군 및 보존 계통의 망라 게놈. Nature

• 형질 전개의 지도 만들기: 단백질 기능 예측, 발현(eQTL)과 알릴 도사지의 통합 모델. Phys.org

• 병해 저항과 미생물 군집: 바이러스 및 병원균 압력에 대한 다층 내성 설계(NLRome 및 메타게놈 자원의 활용). BioRxiv

중요 링크(1차 정보)

• 논문: Nature Plants “Phased chromosome-level assembly … of hexaploid sweetpotato” (2025년 8월 8일 공개) Nature##HTML_TAG_