배추과 식물은 농업적, 경제적으로 중요한 역할을 가지는데, 배추과 작물은 배수성에서 기인한 다양한 유전적 변이체들을 가진다. 배추는 모델식물인 애기장대의 3배수체로서, 진화상 유전체의 3배수화 이후에 유전자의 소실, 복제 등 염색체 재배열이 일어났다. 배추 유전체 연구는 모델식물과의 유사성을 바탕으로 응용하여 배수체에서의 유전체 구조와 진화, 기능의 분화 등 발현 조절 메커니즘을 이해하는데 중요한 정보를 제공할 것이다.
<h1>서 론</h1><p>배추과 (Brassicaceae family)는 350 속 (genera)에 속하는 약 3,700 종 (species)을 포함하며, 다양한 배추과 식물이 농업적으로 중요한 채소, 양념, 사료 및 유지 작물로 이용되고 있다 (Beilstein et al. 2006). 경제적으로 볼 때 배추과 식물은 세계 채소 생산량의 약 \( 10 \% \)와 식용유 생산량의 약 \( 12 \% \)를 담당하고 있다 (Economic Research Service USDA 2008). 배추과는 13-19개의 족 (族)으로 구분할 수 있는데, 배추족 (Brassiceae tribe)은 약 240개 종을 포함한다. 작물로서 중요한 종들은 유지작물인 유채 (B. napus) 와 갓 (B. juncea), 채소작물인 배추 (B.rapa)와 양배추 (B. oleracea), 그리고 양념작물인 흑겨자 (B. nigra) 등이 있다. 배추류 식물은 현재 이용되는 것 외에도 종간 교잡 등을 통한 새로운 채소작물의 개발은 물론 산업용 오일 등 물질 생산을 위한 분자농업 (molecular farming)기주식물로의 개발 가능성도 크다. 또한 야생종들은 핵 및 세포질 웅성불임, 병충 저항성, 기상 스트레스 저항성 등 농업적으로 유용한 형질을 보유하고 있는 중요한 자원이다. 따라서 배추류 식물을 지속적으로 육종 프로그램에 도입하고 활용하기 위하여 배추의 유전체에 대한 연구와 이해가 필요하다.</p><p>배추과 작물은 크고 다양한 잎과 꽃 기관의 형태적 특징을 나타낸다. 이러한 형태적 다양성은 배추과 작물의 염색체 배수성 (polyploidy)에 기인하는 유전체 수준의 변화에 근거한다 (Lukens et al. 2004). 배추과 식물들 간의 비교유전학적 연구는 염색체 배열의 유사성을 보여주며(Schmidt et al. 2001), 애기장대 (Arabidopsis)와 배추과 식물의 비교 결과 이들이 약 1 천4백만 년-2천만 년 전에 공통조상으로부터 분화되었음을 추정케 해준다 (Bowers et al. 2003). 배추류의 유전체는 애기장대의 유전체가 3배수화 (triplication)된 구조를 보이는데, 애기장대와 분화된 직후인 약 1천 3백만 년-1천7백만 년 전에 전체 유전체가 3배로 증가되었다고 사료된다 (O'Neill and Bancroft 2000; Town et al. 2006; Yang et al. 2006). 이후 배수성 배추류는 염색체 재배열을 통하여 염색체 수와 크기에 변화를 겪었으며, 한편으로는 1만년 전 정도에 자연적인 이질배수 체화 (allopolyploidization)를 통하여 다양하게 진화하였다(U 1935; Rana et al. 2004; Johnston et al. 2005). 현재 작물로 재배되는 배추(B.rapa, AA,\(2n=20\)), 흑겨자 (B. nigra, BB, \(2n=16\)), 양배추 (B. oleracea, CC, \(2n=18\))는 동질이배체 (monogenomic diploids)이고 이들 사이의 자연적인 종간교잡에 의해서 탄생한 갓 (B. juncea, \( AABB, \(2n=36\)), 유채 (B. napus, (AACC, \(2n=38\)), 에티오피아겨자 (B. ca-rinata, BBCC,(2n=34\)은 이질사배체 (allotetraploid)이다. 따라서 배추 유전체 연구는 배수체에서의 유전체 구조의 진화, 유전자 기능의 분화와 발현 조절 메카니즘 등을 연구하는데 필요한 중요한 정보를 제공할 것이다.</p><p>배추과 식물과 모델식물인 애기장대 사이의 밀접한 계통적 유연관계는 모델식물에 대한 연구 결과들을 직접적으로 작물의 개선에 응용할 수 있음을 의미한다. 그러나 배추과 식물에서 일어난 복잡한 염색체 재배열과 배수화 과정으로 인해 모델식물의 유전자와 직접 대응되는 배추의 유전자 (orthologous gene)가 어느 것인가를 동정하는 일이 쉽지 않다. 실제로 배추과 작물에서는 유전체의 3배수화 이후에 유전자의 소멸과 재배열이 동반되는 염색체 단편의 소실과 복제 등 대규모의 염색체 재배열이 1천 5백만 년 이상 동안 이루어졌다 (Town et al. 2006; Yang et al. 2006). 따라서 배추는 물론 다른 배추과 작물에 대한 유전체 분석 및 비교유전체 연구가 향후 지속적으로 수행되어야 할 것이다.</p><p>배추 (B.rapa)는 동지중해 유역과 동중국에서 유래한 것으로 추정되는데, 엽형 (leafy type)인 배추와 청경채, 무형 (turnip type)인 순무, 유지형 (oil type)인 옐로우사순 (yellow sarson) 등 재배 목적에 따라 다양한 작물이 지역의 특성에 맞게 전 세계에서 재배되고 있다. 배추는 이배체이면서 비교적 유전체 크기가 작고 (약 \(529 \mathrm{Mbp}\)), 형질 전환이 가능하며, 특히 한국을 비롯한 동북아시아에서 경제적으로 중요한 채소로서 A genome을 포함한 배추과 식물의 유전 및 유전체 연구의 중심 대상으로 여겨져 왔으며, 8개국이 참여하는 다국적 유전체 프로젝트 (Multinational Brassica Genome Project, MBGP)에서 2003년 B. rapa ssp. pekinensis cv. Chiifu-401-42를 유전체 연구 소재로 선택하였다. 프로젝트 초기에 한국 주도로 BAC (bacterial artificial chromosome) 유전자은행 제작, 핵형분석, 분자마커 개발 및 유전지도 작성 등을 시작으로 clone-by-clone 염기서열 분석전략에 따라 BAC 말단 염기서열 및 물리지도 정보를 기반으로 참여국들이 할당된 염색체별 염기서열 분석을 수행하였다. 본고는 농촌진흥청 국립농업과학원의 배추 유전체 해독 연구를 통해 수행된 연구 결과를 중심으로 작성하였다.</p>