초록 ▼

• 신생대 중신세 Clarkia 화석 지대(연대: 1700만년)의 화석들은 화학적으로 매우 잘 보존되어 있음이 알려져 있다. 본 연구에서는 이곳에서 발견되는 화석으로부터 DNA를 추출하여 Next Generation Sequencing (NGS) 기술에 의해 여기에 포함된 모든 염기서열을 결정하고자 하였음.

• 화석으로부터의 염기서열 결정 자료는 형태적으로 잘 동정된 화석으로부터의 DNA가 가장 근연의 현생 생물의 DNA와 유사할 때 이를 신뢰할 수 있기 때문에 화석과 근연인 현생생물에 대한 유전체 자료 확보가 우선적으

• 신생대 중신세 Clarkia 화석 지대(연대: 1700만년)의 화석들은 화학적으로 매우 잘 보존되어 있음이 알려져 있다. 본 연구에서는 이곳에서 발견되는 화석으로부터 DNA를 추출하여 Next Generation Sequencing (NGS) 기술에 의해 여기에 포함된 모든 염기서열을 결정하고자 하였음.

• 화석으로부터의 염기서열 결정 자료는 형태적으로 잘 동정된 화석으로부터의 DNA가 가장 근연의 현생 생물의 DNA와 유사할 때 이를 신뢰할 수 있기 때문에 화석과 근연인 현생생물에 대한 유전체 자료 확보가 우선적으로 이루어져야 함.

• 선행 연구에 의해 현생목련인 M. guatemalensis 는 화석목련인 M. lathahensis의 직접 후손들 중 하나로 여겨지기고, 배수체현상이 일어나지 않았다고 보고되었기 때문에, M. guatemalensis의 유전체 염기서열 초안(적어도 엽록체 유전체)을 작성하여 M. lathahensis에서 얻어진 염기서열들과 비교하였고, 또한 Magnolia kobus (목련)에 대하여 핵 유전체 결정을 진행하여 화석 목련의 염기서열과의 직접 비교하고자 함.

• 1700 만 년 전 화석 식물로부터 NGS를 통한 대량의 염기서열 결정은 추론이 아닌 진화과정에서 변한 실제 데이터를 얻는 것으로 이 결과는 특히 근연종들 간의 돌연변이율을 보정하기 위한 확고한 지표를 마련해 줄 것이라 예상하였음.

• 연구 결과
1) 화석 목련인 M. latahensis의 현생 근연 식물인 M. guatemalensis에 대하여 건조표본 시료를 통해 추출된 DNA로서 whole genome amplification이 이루어 졌고, 이를 이용하여 5.6 Gbp의 Illumina 100bp paired-end data가 생성하였음.
2) Magnolia kobus (목련)의 전체 유전체 결정은 100 bp paired-end library, 1K, 2K, 5K mate pair library를 합쳐 전체 약 157 Gbp의 NGS data를 생성하여 N50이 8.3K인 ver. 0.4의 draft assembly를 얻어냈고, gene cluster analyses 결과 세 유전체는 2,435개의 custer를 공유하였고, M.kobus-specific cluster는 8,279개 였음. Arabidopsis, Amborella와 M. kobus의 ver. 1.0 assembly간의 gene cluster analyses 결과 세 유전체는 2,435개의 custer를 공유하였고, M. kobus-specific cluster는 8,279개 였음. 이외에도 세 유전체 간의 MADS-box, Cytochrome P450, AP2/ERF gene family들에 대한 분석이 이루어 졌는데, M. kobus에서의 이들 유전자들의 숫자는 가장 원시적인 피자식물인 Amborella trichopoda 보다 많았음. 이 내용은 Plant and Animal Genome meeting에서 발표되었음.
3) 두 차례에 걸친 Clarkia 화석지역을 방문하여 목련화석을 포함한 총 78시료가 수집되었고, 오염을 줄일수 있는 새로운 기술인 이르곤가스와 AtmosBag을 이용한 현장에서의 DNA 추출과정을 수행하였으며, PCR에 의한 DNA 존재 가능성 테스트를 거쳐 가장 가능성이 높은 목련화석 5 시료를 선별하였음. 이들에 대해서 repli-g 기술에 의한 whole genome amplification을 실시하였고, 증폭된 시료로 각각 5Gbp의 NGS data를 얻어냈음.
4) 완성된 M. guatemalensis의 cp genome에 목련 화석으로부터의 NGS 자료와 비교한 결과 시료 각각에 있어서 전체 cp genome의 30~50% 정도의 구간이 mapping 되었으나 이들의 coverage는 매우 낮았음.

• Clarkia의 목련 화석으로부터의 확보된 엽록체 유전체 일부 염기서열을 통하여 목련과 식물은 긴 진화의 역사에 반해 매우 짧은 기간 내에 종다양화가 진행된 것이 확인되었고, 이는 목련과 내의 직접적인 염기 변이율을 제공하여 목련과 진화를 확인하는 직접적인 자료를 제공하고 있고, 또한 이를 바탕으로 한 원시피자식물의 종분화 과정의 이해를 위한 기반을 제공하였음.

(출처:연구결과 요약문 p.4)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5 1. 연구과제의 개요 ... 5 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5 5. 연구결과의 활용계획 ... 7 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7Ⅲ. 연구성과 ... 8끝페이지 ... 8