(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 세계적으로 중요한 식량 작물인 감자는 약 900만 년 전 남아메리카에서 야생 토마토 식물과 감자 유사 식물 사이에서 자연 교잡(hybridization)이 일어나면서 진화했다는 연구 결과가 나왔다.
덩이줄기가 없는 종과 덩이줄기가 있는 종의 감자 식물 덩이줄기가 없는 감자 수사 종(Solanum etuberosum)과 덩이줄기가 있는 감자 식물(Solanum tuberosum)은 모두 감자와 토마토를 모두 포함하는 솔라눔 속(Genus Solanum)에 속한다.[Yuxin Jia and Pei Wang 제공.재판매 및 DB 금지]
중국농업과학원(CAAS) 싼원 황 박사가 이끄는 국제연구팀은 1일 과학저널 셀(Cell)에서 재배 감자 450종과 야생 감자 56종의 유전체를 분석, 900만년 전 남미에서 덩이줄기(tuber) 없는 감자 유사 식물 에투베로숨(Etuberosum)과 토마토 사이에 자연 교잡이 발생, 감자 식물이 탄생했다는 사실을 발견했다고 밝혔다.
황 박사는 "마침내 감자가 어디에서 왔는지에 대한 수수께끼를 풀었다"며 "이 연구 결과는 서로 다른 간의 교잡이 어떻게 새로운 형질의 진화를 촉발하고, 더 많은 종의 출현으로 이어질 수 있는지 보여준다"고 말했다.
감자는 세계에서 가장 중요한 작물 중 하나지만 그 기원은 명확하게 밝혀지지 않았다.
현대 감자 식물 겉모습은 칠레에서 발견되는 에투베로숨이라는 감자 유사 종들과 거의 같지만, 에투베로숨 종들은 땅속 덩이줄기가 없고 계통 발생학적으로는 감자보다 토마토와 더 가깝다.
연구팀은 현대 감자와 에투베로숨, 토마토 사이의 진화 비밀을 풀기 위해 재배 감자 450종과 야생 감자 56종의 유전체를 분석, 비교했다.
그 결과 재배 감자와 야생 감자 모두 유전체 내에 에투베로숨과 토마토 양쪽에서 유래한 유전물질이 안정적으로 섞인 형태로 존재하는 것으로 밝혀졌다.
이는 감자가 두 종 사이에 고대에 일어난 교잡으로부터 기원했음을 시사한다.
분자시계(molecular clock) 모델을 사용해 각 식물체의 진화적 시점을 추정한 결과 에투베로숨과 토마토는 서로 다른 종이지만, 약 1천400만년 전 공통 조상을 가지고 있었던 것으로 나타났다.
토마토와 감자 유사 식물 에투베로숨 자연 교잡과 감자의 진화 재배 감자 450종과 야생 감자 56종의 유전체 분석 결과, 900만년 전 남미에서 덩이줄기(tuber) 없는 감자 유사 식물 에투베로숨(Etuberosum)과 토마토 간 자연 교잡이 발생, 덩이줄기가 있는 감자가 탄생했으며, 이후 다양성이 폭발적으로 증가한 것으로 나타났다.[Cell, Zhang et al.제공.재판매 및 Db 금지]
연구팀은 에투베로숨과 토마토는 분리돼 진화한 후에도 약 500만년 간 여전히 교배가 가능했으며, 이런 교배 과정에서 약 900만년 전 땅속 덩이줄기를 가진 감자 식물이 처음 탄생하게 된 것이라고 설명했다.
연구팀은 또 감자의 주요 형질인 덩이줄기 형성 유전자의 기원도 밝혀냈다.
덩이줄기를 언제 만들지 결정하는 SP6A 유전자는 토마토 계통에서 왔고, 덩이줄기를 형성하는 지하 줄기 성장을 조절하는 IT1 유전자는 에투베로숨 계통에서 물려받았다.
두 유전자 중 하나라도 없으면 그 잡종은 감자가 생기지 않는다.
연구팀은 이런 진화적 혁신은 안데스산맥이 급격히 융기한 시기와 맞물려 일어났다며 덩이줄기에 영양분을 저장할 수 있었던 초기 감자는 이런 환경 변화에 빠르게 적응하며 산악지역의 가혹한 날씨 속에서도 생존할 수 있었다고 설명했다.
또 감자는 씨앗이나 수분 없이도 덩이줄기에서 눈만 자라나면 새 식물체가 돼 번식할 수 있어 온화한 초원부터 추운 고산 초원에 이르는 중남미의 다양한 생태환경에서 빠르게 확산할 수 있었다고 덧붙였다.
황 박사는 "덩이줄기를 진화시킨 것은 가혹한 환경 속에서 감자에 엄청난 이점이 됐을 것"이라며 "그 결과 감자에서 새로운 종들이 폭발적으로 증가했고, 오늘날 우리가 보고 의존하는 풍부한 다양성을 갖게 됐다"고 말했다.
◆ 출처 : Cell, Zhang et al., 'Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage'., https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00736-6 scitech@yna.co.kr(끝)
