감자에 숨겨진 유전적 미스터리: 고대 혼합 교배에서 찾은 기원

감자는 삶고, 굽고, 튀겨 먹더라도 그 맛은 변하지 않는다. 식탁 위에서 가장 보편적인 식품이지만, 감자와 그 야생 친척들은 오랫동안 유전적 미스터리를 간직해왔다. 런던 자연사 박물관의 식물학자인 샌디 냅(Sandy Knapp)은 “우리는 감자의 전체 계통이 어디에서 왔는지 알지 못했습니다.”라고 전했다.

과학자들은 감자가 토마토와 에투베로숨이라는 세 종 군과 가장 밀접하게 관련되어 있다는 것을 알고 있다. 냅은 “그들은 아주 귀엽습니다. 보라색 꽃을 가지고 있고 정말 사랑스럽습니다.”라고 덧붙였다.

그러나 문제가 있었다. 몇몇 유전자들은 감자가 토마토와 더 가까운 관계에 있는 듯 보였고, 다른 유전자들은 에투베로숨과 더 밀접한 관계임을 나타냈다. 그럼, 실제로 어떤 관계일까? 이러한 불확실성은 감자와 그 친척들을 위한 가족 나무를 그리는 데 어려움을 주었다.

냅은 “무언가 잘못된 것은 흥미로운 생물학이 있다는 의미입니다.”라고 말했다.

최근 Cell 저널에 발표된 논문에서 냅과 그녀의 동료들은 그러한 혼란의 이유가 감자 조상의 토마토와 에투베로숨 간의 고대 혼합 교배 사건 때문일 수 있다고 제안했다. 이 때가 바로 안데스 지역에서 새로운 고지대 서식지가 형성되는 적절한 시기였다.

연구자들은 이러한 결과가 앞으로 더 나은 감자, 즉 세대를 거쳐 자생할 수 있는 새로운 기후에 대처할 수 있는 유전적 특성을 가진 감자의 창조로 이어질 것이라고 희망하고 있다.

냅은 부엌에서 여러 감자를 꺼내들며 “이 감자들은 삶기에 정말 좋습니다.”라고 이야기했다.

“우리가 먹는 모든 감자는,” 그녀는 계속해서 설명했다. “빨간 것, 작고 둥글게 생긴 것, 큰 것, 그리고 칩으로 만드는 감자까지 모두 우리가 전 세계적으로 재배한 동일한 종입니다.”

이 종은 아메리카 대륙에서 시작되었으며, 현재 107개의 야생 종이 존재한다. 모든 감자 식물이 생산하는 특징적인 구조인 감자는 우리가 구매하고, 굽고, 버터를 발라 먹는 부분이다.

냅은 “그들은 전분을 저장하기 위한 식물의 방법”이라고 설명하며, “어떤 면에서는 성장하기 힘든 시즌을 지나며 생존하는 수단입니다.”라고 덧붙였다.

흥미로운 사실은 감자의 가까운 친척인 토마토와 에투베로숨에는 감자가 갖고 있는 턱 없다는 점이다.

그러나 냅과 그녀의 동료들은 해답을 찾기 위해 조사에 나섰다. 그들은 먼저 여러 에투베로숨 식물, 토마토, 그리고 많은 야생 및 재배 감자의 유전체를 분석했다. 연구자들은 당한 가장 포괄적인 감자 유전체 분석을 수행했다고 주장했다.

놀랍게도, 그들은 감자가 토마토와 에투베로숨으로부터 온 균형 잡힌 유전자 조합을 갖고 있다는 것을 발견했다. 이는 오래 전에 이 두 그룹의 조상이 교배하여 서로 능력이 없는 새로운 식물이 태어났음을 시사한다. 그것은 바로 감자의 특징인 뿌리의 형성이었다.

후자 연구의 주요 저자인 후자중농업대학의 생물정보학 박사과정 학생인 이위안 딩은 “이것은 전혀 새로운 식물 계통이 생성된 방법이자 현대 감자의 조상이 태어난 경이다.”라고 말했다.

냅은 “그것은 우연의 사건입니다. 진화에 관해 이야기할 때, 항상 성공하는 것은 아니며, 이 경우 우리는 정말 운이 좋았습니다. 그렇지 않다면 우리는 감자를 가질 수 없었을 것입니다.”라고 말했다.

연구자들은 이 혼합 교배 사건이 약 900만 년 전 발생했으며, 그것은 감자에게 너무나도 좋은 시기였다고 전했다. 이 시기는 안데스 지역이 형성되고 많은 차갑고 건조한 고지대 서식지가 형성되던 시기이다.

토마토는 더운 건조한 조건을 선호하므로 산악 환경에서는 생존하기 힘들었을 것이며, 에투베로숨은 차갑고 습한 지역에서 잘 자랐다. 그러나 오늘날의 감자와 비슷한 종이었던 경우, 이는 차갑고 건조한 조건에서 자생할 수 있었기 때문에 이러한 식물들은 산악 생활에 적합했을 것이다.

냅은 “감자는 양쪽의 장점을 결합하고 안데스에서 폭발적으로 종이 다양해졌습니다.”라고 강조했다. “만약 어떤 식물이 침입하여 적응할 수 있다면, 그 식물은 번식할 것입니다.”

감자가 고지대 환경에서 성공적으로 번식할 수 있었던 이유는 에너지를 저장하고 새로운 산악에서 시간이 지나면 조건이 더 유리해질 때까지 생존할 수 있는 뿌리 덕분이었다.

중국농업학원의 식물유전학 박사 과정 학생인 쯔양 장은 “뿌리는 극심한 고지대 조건에서 좋은 무기입니다. 그리고 환경이 개선되면, 빠르게 번식할 수 있습니다.”라고 말했다.

그리고 약 6,000~7,000년 전 오늘날의 남미에서 티티카카 호수 근처의 사람들이 단일 종으로 감자를 재배하기 시작했다. 이는 우연히 얻어진 감자를 인류에게 주어진 것으로 변화시켰다. 장은 “인간에게 주어진 선물”이라고 말했다.

이 연구 결과는 실질적인 응용 가능성도 가지고 있다. 현재 감자는 씨앗으로 심지 않는다. 대신 농부들은 토양에 작은 감자 조각을 심어 새로운 감자 식물을 생산한다. 하지만 이는 모든 감자가 동일한 유전적 조합을 가진 것임을 의미하고, 이는 질병에 매우 취약하게 만든다.

그러나 이 연구는 다른 접근 방식을 위한 길을 열 수 있다.

냅은 “우리는 토마토나 에투베로숨을 사용하여 감자를 개선하기 위한 유전자 조작을 할 수 있습니다.”라고 말하며, 그중 하나는 농부들이 해충과 변화하는 기후 등 다양한 환경적 도전에 저항성을 가진 감자를 재배할 수 있는 신뢰할 수 있는 씨앗을 생산하도록 할 수 있다고 말했다.

간단히 말해, “토마토는 감자의 미래가 될 수 있습니다.”라고 장은 덧붙였다.

아르헨티나의 쿠유 대학교 농학자인 이리스 페랄타는 “감자의 기원은 놀랍습니다. 두 가지 다른 식물이 서로 만나서 완전히 다른 결과를 낳았습니다.”라고 말했다.

페랄타는 감자의 기원에 대한 미스터리를 해결하기 위해 현대 유전체 도구가 적용된 것을 기쁘게 생각하고 있다. 그리고 그녀는 이러한 혼합 교배 사건이 다른 식물 계통을 생성했을 가능성이 높다고 믿는다. “이것은 변형성을 생성하기 위한 중요한 메커니즘이라고 가정할 수 있는 패턴입니다.”라고 그는 강조했다.

저자들은 이에 동의하고 있다. “혼합 교배를 통해 짧은 시간 내에 많은 새로운 조합을 생성할 수 있습니다.”라고 장은 말했다. “그리고 이를 통해 변화하는 환경에 적응할 수 있는 더 많은 종을 생성할 수 있습니다.”

냅은 “혼합 교배는 변화를 이끌어내는 진화의 실제 힘이며, 그것은 다양화를 가능하게 하고 진화를 일어하게 합니다.”라고 덧붙였다.

물론 모든 혼합 교배 사건이 감자처럼 성공적인 결과를 낳는 것은 아니다. 그러한 사건들은 때때로 실패를 낳기도 한다.

이미지 출처：npr