균류 컬렉션의 DNA 가 버섯 ‘생명의 나무’ 에 중요한 실마리를 제공하다

[사이언스 데일리] 한 연구팀이 균류 컬렉션의 유전물질을 이용해 200 년 이상 과학자들이 만들려고 애써왔던 버섯 ‘생명의 나무’, 즉 주요 버섯 종들의 관계와 그 진화의 역사를 밝혀냈다.

(2015년 5월 22일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 퍼듀 대학

 

퍼듀 대학의 균학자인 캐서린 에이미와 동료 연구자들은 균류의 DNA 를 이용해 오래된 수수께끼인 버섯들의 상호 관계를 밝혀냈다. Credit: Purdue University / Tom Campbell

퍼듀 대학의 균학자인 캐서린 에이미와 동료 연구자들은 균류의 DNA 를 이용해 오래된 수수께끼인 버섯들의 상호 관계를 밝혀냈다. Credit: Purdue University / Tom Campbell

퍼듀 대학과 큐의 왕립식물원에 소장된 균류 컬렉션에서 추출한 유전물질을 이용한 연구팀이 200 년 이상 과학자들이 만들려고 애써왔던 버섯 ‘생명의 나무’, 즉 주요 버섯 종들의 관계와 그 진화의 역사를 밝혀냈다.

연구팀은 냉동되거나 가열건조, 혹은 냉동건조된 표본들로부터 추출한 DNA 를 이용해 식용으로 재배되는 버섯을 포함하여 환각 버섯 및 맹독성 독우산광대버섯 등 대부분의 잘 알려진 버섯들이 포함되어 있는 주름버섯 목 (Order Agaricales) 의 여러 과들을 대표하는 39 개의 유전체로 이루어진 자료를 분석했다. 과학자들은 고성능 시퀀싱 기술을 이용하여 일곱 개의 새로운 아목을 정의하고 주름버섯 목의 큰 줄기를 확인하여 버섯의 진화에 대한 가설들을 검증할 수 있는 뼈대를 제공하였다.

“균학(mycology)는 생물학의 진정한 마지막 전선들 중 하나입니다.” 균류를 연구하는 학문인 균학 조교수인 캐서린 에이미의 말이다. “식물보다 여섯 배 내지 스무 배 정도 더 많은 균류 종들이 있다는 것을 알지만 그 이상은 아는 것이 별로 없습니다. 린네 시절부터 사람들은 버섯들이 서로 어떤 관계를 가지고 있는지 알아내기 위해 노력해 왔죠. 마침내 수수께끼를 풀게 되어 흐뭇합니다.”

균류는 식물과 동물, 그리고 생태계의 건강에 필수적인 요소이다. 균류는 쓰러진 나무와 기타 유기물질을 분해하고 다른 유기체들이 이용할 수 있도록 영양소를 자유롭게 만든다. 대부분의 육상식물은 물과 기타 영양소를 조달하는 데 공생하는 균류에 의존하며 소와 같은 반추동물의 장에 사는 균류는 소화에 핵심적인 역할을 한다. 대부분의 인간 역시 몸 속에 균류를 지니고 있어 자연적인 세균총의 균형을 유지하는 데 도움을 받는다.

하지만 이들의 중요성과 엄청난 다양성에도 불구하고 균류에 대해서 알려져 있는 것은 상대적으로 적다. 에이미의 말에 따르면 많은 균류 종들의 “생활사는 숨겨져 있고 예측이 불가능합니다.” 따라서 연구가 힘들다. 균류의 절대 다수는 현미경으로만 관찰 가능하며 고작 몇몇 목 만이 눈에 띄는 버섯을 만들어낸다. 어떤 종은 다른 다세포생물에서 찾아볼 수 없는 복잡한 생활사를 보인다. 어떤 종들은 매우 드물어서 서너 건의 기록에서만 볼 수 있거나 일반적인 방법으로는 찾아내는 것이 불가능하다.

이렇게 이해하기 어려운 균류의 성질 때문에 푼가리아 (fungaria) – 보존된 균류 표본의 컬렉션 – 는 매우 높은 가치를 지닌다고 에이미는 말한다. 이 컬렉션은 알려진 균류의 다양성을 한 눈에 볼 수 있게 해주며 드문 종을 연구할 수 있는 유일한 장소가 되곤 한다.

“이 표본들 중에는 야외로 나가서 다시 채집하려면 수십 년, 아니 한평생이 걸릴 종류들이 많습니다.” 에이미의 말이다.

하지만 최근까지만 해도 유전체 시퀀싱의 기술적 복잡도와 오래된 건조표본들로부터 추출한 DNA 표본의 낮은 품질 때문에 푼가리아는 유전학 연구에 제한적으로만 사용될 수 있었다. 다행히 기술의 발전으로 에이미와 동료들은 퍼듀 대학 및 큐 왕립식물원의 푼가리아에서 얻은 짧은 DNA 서열을 짜맞추어 전체 유전체를 얻어내고 버섯 종들의 관련성을 확인하는 마커로 사용가능한 유전자들을 찾아내 버섯 생명의 나무를 만들어 냈다.

이 생명의 나무는 버섯들 간의 기본적인 관계를 비롯해 특정 종류가 언제 진화했을지에 대해 지금까지는 가장 명확하고 자세한 정보를 제공한다. 에이미는 이 생명의 나무에 의하면 주름버섯 목의 최초의 생물은 분해자였거나 살아있는 다른 생명체로부터 영양을 얻는 타가영양생물이었을 것이라고 말한다.

“사람들은 유기체가 진화하면서 병원체가 되어 체계에서 이득을 취하는 방법을 배워 더 ‘이기적’ 으로 된다는 관점을 가져왔습니다.” 에이미의 말이다. “하지만 이기성이 먼저 있었고, 시간이 지나면서 어떤 종들이 공진화를 이루어 더 상호주의적이 되었을 수도 있는 거죠.”

에이미는 또 이번 연구가 유전체 시대에 과학적 자원으로서의 푼가리아의 중요성을 강조하는 것이라고 말한다.

“컬렉션에 기반한 큰 혁명이 일어나는 문턱에 서있는 것일 수도 있습니다.” 에이미의 말이다. “사람들은 푼가리아가 우표수집하고 비슷한 거라고 생각하지만 그렇지 않습니다. 이 컬렉션들은 생물학에 있어서 우리의 모든 개념들의 기반을 제공하고 멸종해가는, 혹은 이미 멸종한 종들에 대한 유일한 보관소입니다. 할 수 있는 한 많은 종들을 수집하고 보존하는 작업은 더할 수 없이 중요합니다. 미래의 기술을 통하면 우리가 지금 상상할 수도 없는 방식으로 이 표본을 활용할 수 있게 되겠죠. (균류들이) 모두 사라지기 전에 수집해 두어야만 합니다.”

참고문헌

Bryn T. M. Dentinger, Ester Gaya, Heath O’Brien, Laura M. Suz, Robert Lachlan, Jorge R. Diaz-Valderrama, Rachel A. Koch, M. Catherine Aime. Tales from the crypt: genome mining from fungarium specimens improves resolution of the mushroom tree of life. Biological Journal of the Linnean Society, 2015; DOI: 10.1111/bij.12553

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카테고리:번역, 기타생물, 사이언스 데일리, 생물학, 현생

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