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누에 유전체 해독으로 실크생산에 유용한 354개 유전자 발굴

 

Bombyx mori (silkworm)누에나방


곤충강( Insecta) > 나비목( Lepidoptera) > 누에나방과( Bobycidae) > 누에나방속( Bombyx) > 누에나방( Bombyx mori)
Genome sequencing status
Bombyx mori Dazao (Project ID: 13125) by Southwest Agricultural University, China [Assembly]
Bombyx mori p50 (Project ID: 12259) by International Lepidopteran Genome Project [Assembly]
Bombyx mori p50T (= Dazao) (Project ID: 20217) by The international silkworm genome sequencing consortium [Assembly]
Genome data Gene data (2010.12.20)
Genome size : 430Mb
Chromosome : 28
DNA – 64,562
EST – 309,472
Protein – 6,393
Gene - 2,105



누에는 실크를 생산하는 곤충으로 나방으로 변태 하는 시기에 실크를 생산하여 온몸에 감싸 고치를 만들어 자신을 보호한다. 실크로드가 알려주듯, 동, 서양 간의 교역에 매우 귀한 물건으로 여겨 졌던 것이 비단이며, 기원전 5세기부터 서양에 전파되기 시작하였다. 비단은 그 특유의 부드러운 질감과 가공을 통한 아름다운 색채와 무늬로 전세계인에게 사랑 받고 있는 주요 자원으로 실크의 상업적 가치는 매년 2억~5억 달러에 이른다. 세계의 5대 실크산지는 중국 산뚱, 일본 교토, 이탈리아 꼬모, 프랑스 리옹, 그리고 한국의 진주로 우리나라 역시 실크생산에 주요 국가로 손꼽히고 있다. 국내에서는 80년대 이후 양잠이 많이 쇠퇴하였지만 최근 누에의 성분이 혈당강하제 (1-Deoxynojirmucin)로써 높은 효과를 나타내고 있어 건강 기능식 단백질로써 의약분야에서 다시금 주목을 받고 있어 산업적으로 가치가 높은 자원 중 하나이다.


누에는 5000년 전부터 품종 개량되어 사육되면서 1000여 품종이 세계적으로 분포한다. 분자 유전학 분석을 통해 누에의 기원은 중국의 누에 (Bombyx mandarina)이며, B.mandarina와 B.mori는 71만년 전에 분화되었고, 이들은 아시아전역에서 발견되고 있다. 중국의 연구진들은  2004년에 실크를 생산하는 누에(Bombyx mori p50T, Dazao)의 시퀀싱을 완료하였다. 이는 누에의 한 품종(Dazao)에 대한 유전체 시퀀스 정보를 얻은 것이었고, 2009년 누에 유전체 정보를 바탕으로 “40 개체의 누에 유전체 분석을 통한 사육화 과정의 유전체 규명” (Complete Re-sequencing of 40 Genomes Reveals Domestication Events and Genes in Silkworm, Bombyx)의 연구 제목으로 사이언스지에 또 다른 누에 유전체 연구결과를 게재하였다. 본 연구에서는 29개체의 사육종 (Bombyx mori, 중국, 일본, 열대지방, 유럽종 그리고 돌연변이 종을 이용하였다.)과 11종의 야생종 (Bombyx mandarina, 중국의 뽕나무에서 발견 되는 종)을 시퀀싱하였다. 본 연구의 목적은 야생종과 사육종간 특성 비교를 통해 유전적 다양성 지도를 구축하고자 하였다.


누에 전체 유전체를 일루미나 GAⅡ를 이용하여 3배수로 리시퀀싱 하였고, 99,88%의 유전체 정보를 분석하였다. SoapSNP프로그램을 통해 160만개의 SNP를 동정하였으며, 많은 유전자의 삽입과 결실 및 구조적변이를 발견하였다. 사육종은 야생종으로부터 유전적으로 변이되며 분화하였음을 알 수 있었고, 그럼에도 불구하고 다양한 많은 유전적 다양성을 가지고 있어, 이러한 다양한 개체종들의 사육화 과정이 길지 않았음을 알 수 있었다. (토착화가 많이 진행된 종들은 개채별 유전자가 비슷해 지게 된다.)


311,608개의 짧은 삽입과 결실(INDEL)을 발견하였고, 35,093개의 유전체 구조 변이(SVs) 들을 확인하고 유전 다형성 지도를 만들었다. 다양한 누에 품종간의 진화적인 관계를 분석하기 위해 본 연구에서 동정해 낸 단일 염기 다형성 정보를 이용 차이점을 유전적 거리로 측정하여 진화 계통 트리를 만들었다.


또한 본 연구팀은 40개체의 전장 유전체에서 GROSS(Genomic regions of selective signals, 선택적 유전자 영역) 1041개 선별하였고, 이 선별된 유전자를 통하여 누에의 사육화 과정에서 없어지거나 부각된 유전자 부위를 파악 할 수 있었다. 사람에 의해 인위적으로 선택적으로 재배되는 품종에 있어서는 고치의 크기, 생장률, 등이 중요시 되었으며, 이에 비하여 사육에 의해 축소된 부분으로는 날수 있는 능력 및 질병저항성 등에 대한 특성을 잃기도 하였다. 이러한 정보를 통하여 1041개의 GROSS 중 누에의 사육에 중요한 354개의 유전자 후보를 선별할 수 있었으며, 그 예로 실샘 등의 기관에서 풍부한 발현을 나타내는 유전자 등, 사육화에 중요한 유전자를 파악할 수 있었다.


이러한 354개의 유전자 데이터들은 누에 양잠에 있어 더 많은 실크 생산뿐만 아니라, 박테리아성 질병 저항성 및 누에를 생물반응기(bioreactor)로써 단백질 의약 및 백신의 생산에 쓰일 수 있어 누에가 생산해내는 생체재료(biometerial)를 의학적 용도로 활용 할 수 있게 할 기초 자료가 될 수 있을 것으로 보인다.

참고

40개체 누에 유전체 분석을 통해 사육화로 인한 품종간의 유전체 규명
Complete Resequencing of 40 Genomes Reveals Domestication Events and Genes in Silkworm ( Bombyx)
http://www.sciencemag.org/content/326/5951/433.full.pdf?sid=bde20c90-9ce2-477e-95b3-4c521815a0cf

품종 개량된 누에의 초벌 게놈시퀀싱 (Bombyx mori p50T (= Dazao))
A draft sequance for genome of the domesticated silkworm
http://www.sciencemag.org/content/306/5703/1937.full.pdf

Silkworm Genome Database
http://silkworm.genomics.org.cn/

한국실크연구원
http://www.ksri.re.kr/main/main.html
국내누에논문
http://greenbuan.go.kr/01kr/01silkwormtown/data/treatise/treatise0602.html?MID=A600620
한국잠사박물관
http://mus.silktopia.or.kr/
부안누에타운
http://www.nuetown.go.kr/cyber_museum/definition/introduction/index01.html


저자

글 : ejyang
편집 : Thkim
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키워드 : 누에, 유전다형성, 실크, 단백질생산, 품종개량, 분자육종


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