생명과학과 윤환수 교수 연구팀, 홍조류 미토콘드리아의 특이 DNA 구조와 그 기원 밝혀내

- 몇 안 되는 미니서클 미토콘드리아 유전체 구조 규명

- 진핵생물 중에서도 아주 희귀한 구조

생명과학과 윤환수 교수 연구팀이 홍조류(Rhodophyta) 마디털강(Stylonematophyceae) 식물에서 여러 개의 미니서클로 이루어진 미토콘드리아 유전체(mini-circular mitochondrial genome)를 세계 최초로 발견했다고 전했다.

미토콘드리아는 세포에서 에너지를 만들어내 생명을 유지하는 세포소기관으로 최초의 진핵생물이 시작할 때 내공생과정을 통해 박테리아로부터 기원하였다. 미토콘드리아는 일반적으로 하나의 원형 유전체에 여러 개의 유전자가 포함되어 있으나, 일부 생물군에서는 아주 드물게 선형(linear)이나 여러 개로 쪼개진 원형 유전체로 구성되기도 한다.

연구진은 홍조류 마디털강 7종의 유전체 분석을 통해 이들의 미토콘드리아 유전체가 일반적인 원형 유전체가 아니라 하나의 유전자를 가진 여러 개의 미니서클 유전체로 변형된 것을 발견하였다. 연구진은 생물정보학적 비교분석을 통해 어떻게 미니서클의 유전체가 기원하는지를 분석하였다.

DNA는 긴 가닥으로 존재하는데 자외선이나 화학물질 등 여러 요인에 의해 가닥이 절단되기도 한다. 이때 끊어진 가닥을 복구하는데 특이하게도 홍조류 마디털강에서만 유일하게 다른 DNA 서열과의 재조합을 억제하고 상동재조합(homologous recombination)을 유도하는 유전자가 소실된 것을 확인하였다.

또한 연구진은 두 개의 미니서클이 재조합을 통해 서로 합쳐진 미니서클 연쇄체(concatemer)를 발견하였다. 윤환수 교수는 “상동재조합 유전자의 상실과 미니서클 연쇄체의 발견은 미니서클의 기원이 DNA 재조합을 통해 이루어졌다는 직접적인 증거가 된다”고 말했다.

연구팀의 이번 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 17.694)에 6월 8일(목) 게재되었다. 이번 연구는 석박통합과정생 이용성 학생과 박사후과정 조충현 박사가 주도적으로 참여하였다. 본 연구는 해양수산부의 다부처유전체사업 및 한국연구재단의 중견연구지원사업으로 수행됐다.

※ 논문명: Origin of minicircular mitochondrial genomes in red algae(홍조류 미니서클 미토콘드리아 유전체의 기원)

※ 저널: Nature Communications

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