노새 덕에 가장 완벽한 말과 당나귀 유전체 정보 구축

by 조던 스트릭클러Jordan Strickler,, 켄터키 대학교

노새님. 이미지 출처: Pixabay/CC0 Public Domain

 
연구진이 노새mule 도움을 받아 말과 당나귀donkeys의 유전체 정보를 가장 완벽하게 구축하는 데 성공했다.

이를 통해 과학자들은 이전 버전에서는 완전히 파악할 수 없던 복잡한 DNA 영역에 접근할 수 있게 되었다.

켄터키 대학교 마틴-개튼 농업식품환경대학University of Kentucky Martin-Gatton College of Agriculture, Food and Environment (CAFE) 연구진이 주도하고 Cell Genomics에 발표된 이번 국제 연구는 염색체의 중심체centromeres, 말단소체telomeres 및 기타 반복적인 부분을 더욱 명확하게 보여주는 새로운 유전체 정보를 제공한다. 

이전에는 조립이 불가능했던 이러한 영역은 염색체의 작동 방식, 종의 진화, 그리고 동물의 건강과 신체적 특성에 영향을 미칠 수 있는 유전적 차이를 이해하는 데 중요하다.

켄터키 대학교 수의학과 연구원인 테드 칼브플라이쉬Ted Kalbfleisch 박사가 이 프로젝트를 이끌었다.

수의학과 소속 카이 리Kai Li 교수도 이번 연구 주 저자 중 한 명이다.

리 교수는 "오랫동안 말 유전체의 가장 복잡한 영역 중 일부는 사실상 연구 대상이 아니었다"며, "이번에 새롭게 구축한 참조 유전체를 통해 우리는 마침내 이러한 영역들을 탐구하고 염색체 생물학, 유전적 다양성, 그리고 말의 중요한 형질에 어떻게 기여하는지 알아볼 수 있게 되었다"고 말했다.

그래픽 초록. 출처: Cell Genomics (2026). DOI: 10.1016/j.xgen.2026.101307

 
노새를 이용한 연구

연구진은 암컷 노새 DNA를 이용해 새로운 말과 당나귀 유전체를 만들었다.

노새는 어미 말과 아비 당나귀로부터 각각 한 세트 염색체를 물려받는다.

두 염색체 세트는 DNA에 충분한 차이가 있어 구별할 수 있기 때문에, 노새는 이번 연구에 특히 유용한 동물이다.

연구진은 매우 유사한 두 개 말 염색체 세트를 분리하려고 애쓰는 대신, 어떤 부분이 순종 어미에게서, 어떤 부분이 당나귀 아비에게서 유래했는지 식별할 수 있었다.

과학자들은 이 과정을 "위상화phasing"라 부르는데, 이를 통해 연구팀은 동일한 동물에서 말과 당나귀 게놈을 재구성할 수 있었다.

연구팀은 여러 가지 첨단 DNA 시퀀싱 방법을 결합했다.

어떤 방법은 수만 개 염기 서열에 걸쳐 매우 정확한 판독값을 생성했고, 다른 방법은 수십만 개 염기 서열에 이르는 매우 긴 DNA 판독값을 생성했다.

이러한 새로운 기술 덕분에 고도로 반복적인 말단소체와 중심체를 조립할 수 있었다.

연구진은 또한 염색체 각 부분이 물리적으로 어떻게 상호작용하는지에 대한 정보도 활용했다.

이러한 방법들을 종합해 수백만 개 DNA 염기 서열을 정확한 순서대로 배열할 수 있었다.

이렇게 조립된 게놈을 말단소체-말단소체telomere-to-telomere (T2T) 게놈이라고 한다.

말단소체는 신발끈 끝 플라스틱 부분처럼 염색체 끝을 보호하는 구조물이다.

T2T 조립법은 염색체 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 최대한 적은 간격을 남기면서 염색체를 따라가는 것을 목표로 한다.

일부 반복 영역 조립이 여전히 어렵기 때문에 소수 간격과 고정되지 않은 염색체 끝 부분이 남아 있다.

그럼에도 새로운 게놈들은 이전 참조 게놈에서 누락된 많은 양의 서열을 추가한다.

기존 게놈과 비교할 때 말 게놈은 약 11.4%, 당나귀 게놈은 약 11.5% 더 많은 서열을 포함한다.

미국 국립생명공학정보센터National Center for Biotechnology Information (NCBI)는 이 조립체들을 말과 당나귀 참조 게놈으로 채택하고 주석을 달았다.

참조 게놈은 연구자들이 동물 간 유전적 차이를 연구할 때 사용하는 지도와 같은 역할을 한다.
 

말 당나귀 노새 그 삼각하는 관계

중심체에 대한 집중 조명

가장 큰 발전 중 하나는 중심체에 관한 연구다.

중심체는 세포 분열 시 염색체 복제본을 분리하는 역할을 하는 부위다.

이 과정에 문제가 생기면 세포에 염색체가 부족하거나 과도하게 생성될 수 있다.

중심체는 종종 위성 DNA로 둘러싸여 있는데, 위성 DNA는 짧은 유전 서열이 수천, 심지어 수백만 번 반복되는 구조다.

이러한 반복 패턴 때문에 기존 시퀀싱 기술로는 중심체를 정확하게 분석하는 것이 거의 불가능했다.

연구진은 위성 DNA가 말 게놈의 약 9%, 당나귀 게놈의 약 8.3%를 차지한다는 사실을 발견했다.

또한 말과 당나귀 중심체가 다른 많은 포유류 중심체보다 훨씬 다양하다는 것을 밝혀냈다.

대부분의 말 중심체는 넓은 영역의 위성 DNA 내에 형성된다. 하지만 당나귀는 다르다.

당나귀 중심체 16개는 위성 DNA를 포함하지 않으며, 나머지 15개는 여러 종류의 위성 DNA 서열을 사용한다.

이번 연구 결과는 중심체가 염색체 내에서 이동하더라도 DNA 염기서열 자체는 변하지 않는다는 사실을 보여준다.

이전 연구에서는 위성 DNA가 없는 일부 중심체가 약 60만 개 DNA 염기 서열 영역 내에서 이동할 수 있다는 것을 발견했지만, 이번 연구에서는 당나귀에서 최대 280만 개 DNA 염기 서열에 걸쳐 변이가 나타나는 것을 확인했다.

또한 위성 DNA를 포함하는 중심체에서도 이동이 가능하다는 것을 보여주었다.

더 광범위한 비교를 위한 기반 마련

염색체 진화를 설명하는 것 외에도, 새로운 참조 게놈은 말의 건강, 질병, 번식 및 유전적 다양성 연구를 개선하는 데 도움이 될 수 있다.

연구자들은 기존 게놈 지도에서 누락되었거나 잘못 배열된 영역을 조사할 수 있게 될 것이다.

칼브플라이쉬는 "이제 우리는 매우 정확하고 완벽한 단계별 게놈을 저렴하게 구축할 수 있다. 이 게놈들은 경주마 암컷과 당나귀 수컷의 유전자를 기반으로 만들었다"고 말했다.

"저희를 비롯한 여러 연구팀은 현재 다양한 품종과 건강 상태를 가진 말들의 게놈을 조립하는 작업을 진행하고 있습니다. 이 게놈 조립은 말 팬게놈 프로젝트 핵심 기반이 될 것이며, 이를 통해 모든 말을 서로 비교하고 클라이즈데일, 아라비안, 그리고 다른 모든 품종들이 뉴클레오타이드 수준뿐 아니라 구조적으로도 어떻게 다른지 밝혀낼 수 있을 것입니다."

이 게놈 조립은 또한 말 품종 전반에 걸친 유전적 변이를 보다 폭넓게 파악하는 말 팬게놈 프로젝트(Equine Pangenome Project)를 지원할 것이다.

이 프로젝트는 과학자들이 구조적 차이를 규명하고, 면역 반응 유전자를 연구하며, 유전적 변화가 형질 및 질병 위험과 어떻게 연관되는지 더 잘 이해하는 데 도움을 줄 것이다.


Publication details
Kai Li et al, Phased T2T horse and donkey assemblies from a mule reveal peculiar equid centromere evolution, Cell Genomics (2026). DOI: 10.1016/j.xgen.2026.101307 

Journal information: Cell Genomics 
 
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말 디엔에이라 고고과학 쪽인 줄 알고 달라들었다. 뭐 도움이 어찌 안 되겠는가?