벼 세포 아틀라스, 작물 육종 방식 재편할 수 있다

중국 남부 하이난 섬 싼야 근처의 실험 단지에서 연구자들은 식물 생물학자들이 수십 년간 원해온 것을 조립했다. 벼 식물이 스스로를 구축하는 과정을 완전하고 3차원으로 지도화한 것이다. 이 작업은 10월 7일 싼야에서 열린 회의에서 발표되었으며, 중국의 작물 연구가 집중된 열대 종자 육종 허브를 가리키는 ‘난판 실리콘밸리’의 첫 생명 지도라는 별명을 얻었다.

이 프로젝트는 야저우만 연구소, 하이난 종자산업 연구소, BGI Research 및 기타 9개 기관, 총 12개 조직의 협력으로 이루어졌다. 이들은 종자가 발아하는 순간부터 개화를 거쳐 마침내 곡물이 무겁게 달린 식물에 이르기까지 벼를 추적하며, 어떤 유전자가 어떤 세포에서 켜지는지, 그리고 그 세포들이 성장하는 식물 내 어디에 위치하는지를 기록했다. 그 결과는 과학자들이 시공간 세포 아틀라스라고 부르는 것, 즉 공간과 시간 모두에 걸친 유전자 활동의 3차원 그림이다.

이 지도를 특별하게 만드는 것은 그 규모다. 초기 연구들은 일반적으로 하나의 조직, 하나의 기관 또는 하나의 순간을 살펴보았다. 이 아틀라스는 대신 게놈 정보, 세포 발달 단계, 공간적 유전자 발현을 전체 생애주기를 아우르는 단일 참조로 엮어낸다. 세계 인구의 약 절반을 먹여 살리는 경제적으로 중요한 작물인 벼에게 그 폭은 중요하다.

유전자가 어디서 언제 작용하는지 이해하는 것은 식물 육종의 핵심이다. 가뭄 내성을 향상시키는 유전자는 성장의 적절한 단계에서 적절한 뿌리 세포에서 활성화될 때만 도움이 될 수 있다. 각 유전자가 작동하는 정확한 세포 이웃을 보여줌으로써, 아틀라스는 육종가들에게 대략적인 스케치가 아닌 상세한 지침 매뉴얼을 제공한다. 연구자들은 목표를 단지 접시 위의 고립된 세포가 아니라 개별 유기체 수준에서 식물 발달을 이해하는 것이라고 설명했다.

연구 커뮤니티는 이전에도 공유 참조 지도를 받아들였다. 인간과 생쥐를 위한 유사한 아틀라스는 표준 도구가 되어, 실험실이 자신의 실험을 공통 기준과 비교할 수 있게 했다. 벼의 등가물은 작물 과학에도 같은 일을 할 수 있어, 다른 국가의 팀들이 그림을 처음부터 다시 구축하는 대신 합의된 하나의 지도에 발견을 고정할 수 있게 할 것이다.

이 프로젝트에서 하이난의 역할은 우연이 아니다. 이 성의 따뜻한 겨울은 육종가들이 매년 추가 세대의 작물을 재배할 수 있게 하여, 보통 10년이 걸릴 일을 몇 계절로 압축한다. 난판으로 알려진 이 전통은 오랫동안 이 지역을 농업 과학의 교차로로 만들어 왔다. 새로운 아틀라스는 역사적으로 인내심 있는 관찰과 교배에 의존해 온 관행에 현대적이고 데이터 중심의 층을 더한다.

실질적 이점은 중국 훨씬 너머의 농부들에게도 미칠 수 있다. 벼는 폭염, 예측 불가능한 강우, 염분 토양으로부터 증가하는 압력에 직면해 있으며, 육종가들은 견딜 수 있는 품종을 개발하기 위해 경쟁하고 있다. 건강한 벼 식물이 어떻게 발달하는지에 대한 상세한 지도는 그들에게 당길 가치가 있는 유전적 지렛대를 찾는 방법을 제공한다. 같은 접근법은 나중에 이 지역의 연구 프로그램에서 벼와 함께 등장하는 옥수수, 콩, 감자로 확장될 수 있다.

이 발견은 살아있는 조직 내에서 분자가 어디서 작용하는지 연구하는 분야인 시공간 오믹스에 관한 회의에서 발표되었다. 이 용어에 익숙하지 않은 전 세계 독자들에게 가장 간단한 비교는 매시간 모든 건물 안에서 무슨 일이 일어나는지도 보여주는 도시 지도다. 벼는 이제 그러한 지도를 받았으며, 그 뒤에 있는 과학자들은 다음 단계는 그것을 저널뿐 아니라 들판에서 유용하게 만드는 것이라고 말한다.