모델 식물로서의 애기장대풀
From Biospecies
1. 모델 식물로서의 애기장대
애기장대는 식물학자들이 모델 시스템으로 연구해 오고 있는 1년생 식물이다. 분류학적으로는 우리가 채소로 사용하는 배추나 무 등과 같이 쌍자엽의 배추과 (혹은 겨자과)에 속한다. 언뜻 보기에는 우리나라에 자생하며 향긋한 봄나물로 사랑 받는 냉이와 비슷해 보이기도 한다. 애기장대의 학명은 Arabidopsis thaliana로 연구자들 사이에서는 주로 "아라비답시스"라고 불린다. 애기장대에 관한 연구를 통해 지난 20여년간 밝혀낸 결과는 괄목할만한데 이는 애기장대가 실험 연구의 모델 시스템으로 갖춰야 할 여러 가지 조건을 구비하고 있기 때문이다.
A) 생장주기가 빠르다: 발아에서부터 씨앗까지 한달 반에 끝나게 되, 생장의 전 과정을 비교적 빠른 시간 내에 관찰할 수 있다.
B) 기르기가 간편하다: 22-24˚C정도의 생육 온도와 일정한 빛을 비춰 주면 잘 자라 성체가 되면 그 키가 약 30 cm에 이른다.
C) 많은 양의 씨앗을 생산한다: 유전학을 알차게 연구하기 위해서는 다음 세대의 씨앗의 양이 많을수록 유리하다. 애기장대는 하나의 개체에서 많게는 10,000개 이상의 씨앗을 생산하므로 유전학적 연구, 번식 등에 매우 유리하다. 애기장대의 씨는 극히 작아서 씨앗 1 그램의 중량은 약 50,000개에 해당한다. 따라서 대량의 씨앗을 제한된 공간 내에서 보관할 수 있는 점도 모델식물로서 갖춰야 할 유리한 점으로 생각할 수 있다.
D) 형질전환이 용이하다: 현대 식물학의 가장 큰 장점은 자유로운 유전자 도입에 따른 식물의 클로닝이라 할 수 있다. 애기장대는 형질전환이 용이해, 발현 벡터에 삽입된 DNA를 함유하는 아그로박테리아 용액에 담그기만 해도 이 유전자가 식물에 도입된다. 이와 같이 쉬운 형질전환은 다양한 생물학적 실험을 가능하게 하고 유전자에 대한 연구 역시 매우 쉽도록 하였다.
E) 유전체의 크기가 작다: 애기장대의 유전체 크기는 벼의 1/4 그리고 사람의 1/10에 불과한 120 Mbp이다. 간단한 염기서열은 곧, 유전체에서 상대적으로 그 의미가 적은 부분이 다른 생명체에 비해 적다는 것을 의미한다. 핵심을 알면 다른 부차적인 것은 이해할 수 있는 것과 마찬가지로 애기장대의 유전체를 분석하여 이해를 하게되면 다른 식물의 생명현상에 대한 이해역시 가능할 수 있다는 것을 의미한다. 무엇보다 중요한 것은, 이와 같이 간단한 유전체 염기서열을 가지고 있지만 다양한 생명현상 즉, 생장, 종자발달, 스트레스 반응 등 작물이 갖추고 있는 주요 형질들을 두루 갖추고 있다.
F) 유전체 염기서열이 식물에서는 최초로 결정되어 자유롭게 이용 가능하다: 애기장대 유전체 염기서열은 지난 2000년 겨울에 발표되어 유전자에 대한 정보는 이제 쉽게 분석가능하다.
G) 돌연변이를 비롯한 다양한 연구 자원이 풍부하다: 미국과 영국에 위치한 애기장대 자원 센터 (Arabidopsis Biological Resources Center, ABRC)에는 연구에 필요한 다양한 돌연변이 및 유전자 등이 보관되어 있으며 소정의 사용료를 납부하고 사용할 수 있다.
H) 다양한 생태형이 전 세계적으로 분포한다: 현재 약 750여가지의 생태형이 수집되어 연구에 사용되고 있다. 이러한 생태형은 전 세계에서 각각의 기후와 여타 환경조건에 맞게 적응해 온 결과로 외부 형태 및 생리학적 특성 등에서 차이를 보인다. 따라서 애기장대 유전체가 환경에 따라 변이된 양상을 추적하는 연구 역시 수행할 수 있다.
I) 국제적인 연구 그룹이 형성되어 있다: 애기장대에 관한 연구는 국제적으로 긴밀한 협력하에 진행되고 있다. 서로간의 의견 교환이 활발하여 소모적인 중복 연구가 최소한으로 제한될 수 있다. 매년 한번씩 열리는 애기장대 학회에는 전 세계적으로 약 1, 000여명의 학자들이 참가하여 연구 결과를 상호 교류하고 있어 연구의 효율이 크게 향상되어 있다.
애기장대에 대한 체계적인 연구는 이 식물에서 유래한 다양한 돌연변이를 통해 가능했다. 돌연변이는 자연상태에서 생존하면서 생긴 자발적 돌연변이 이외에도 화학물질이나 DNA를 이용한 인공적 돌연변이가 있다. 특정 유전자의 기능을 상실하거나 그 기능이 증가된 돌연변이를 합성하여 이 돌연변이의 생리 생화학적 기능 이상을 통해 원래 유전자의 기능을 추론해 보는 발달 유전학적 방법이 주류를 이루어 왔다. 돌연변이를 유발하는 방법을 살펴 본다.
