새로운 유전자 지도가 드러낸 1만 년에 걸친 양 사육 흔적들

아르후스 대학교Aarhus University 제공

약 1만 년 동안 인류는 바람직한 형질을 지닌 양을 선택적으로 사육했다.

세대를 거듭하며 양털, 크기, 번식 특성 등을 기준으로 양을 선택했고, 그 과정에서 양의 DNA에 우리의 흔적을 남겼다.

하지만 이처럼 오랜 사육 역사는 유전자가 언제 어디서 활성화했는지를 조절하는 유전적 메커니즘에 어떤 영향을 미쳤을까?

 

사진 제공: Unsplash/CC0 Public Domain

아르후스 대학교 과학자들을 포함한 국제 연구팀이 이 질문에 대한 해답을 찾는 데 한 걸음 더 다가섰다.

이 연구팀은 양에서 유전적 변이가 유전자 조절에 미치는 영향을 보여주는 가장 포괄적인 지도를 개발했다.

51가지 다양한 조직과 세포 유형을 연구한 결과, 수십만 가지 유전자 조절 효과를 확인했다.

SheepGTEx라고 명명한 이 유전자 지도를 통해 과학자들은 유전적 변이와 특정 유전자, 생물학적 메커니즘, 그리고 해당 유전자가 작용하는 조직을 연결할 수 있게 되었다.

이 연구는 양의 가축화 역사에 대한 새로운 통찰력을 제공했다.

연구진은 약 1만 년에 걸쳐 52마리 고대 양의 DNA와 유전자 지도를 결합해 가축화와 선택적 번식이 양의 DNA 서열뿐만 아니라 유전자 활동을 조절하는 유전적 메커니즘에도 영향을 미쳤다는 증거를 발견했다.

특히 주목할 만한 발견은 하나 또는 소수의 조직에서만 유전자를 조절하는 유전적 변이가 여러 조직에 영향을 미치는 변이보다 더 강한 선택압을 받았다는 점이다.

"가장 놀라웠던 것은 조직 특이적 유전자 조절과 선택으로 남은 유전적 흔적 사이의 관계였습니다. 이번 연구 결과는 가축화와 번식이 특정 조직의 유전자 조절을 변화시킴으로써 특정 형질을 변형시켰을 가능성을 시사합니다."

오르후스 대학교 양적유전학 및 유전체학 센터Center for Quantitative Genetics and Genomics (QGG) 링자오 팡Lingzhao Fang 부교수는 말했다.

이 연구 논문은 학술지 네이처 제네틱스(Nature Genetics)에 게재되었습니다.

수천 년에 걸친 보편화

연구진은 수천 년에 걸친 선택적 번식selective breeding이 피부와 자궁경부 같은 조직에서 유전자 활동을 조절하는 유전적 변이에 영향을 미쳤다는 증거를 발견했다.

이러한 패턴은 양모, 색소 침착, 번식과 관련된 형질에 대한 인간의 선택과 일치한다.

그렇다면 이러한 유전적 변화가 특정 조직과 관련되어 있다는 것이 왜 중요할까?

유전자가 신체 전체에서 반드시 동일하게 작용하는 것은 아니기 때문이다.

유전적 변이는 특정 조직에서 유전자 활성에 영향을 미치지만 다른 조직에서는 같은 효과를 나타내지 않을 수 있다.

한 예로 피부에서의 활성이 유전적 변이에 의해 영향을 받는 유전자 THNSL2가 있다.

연구진은 현대 양에서 THNSL2 활성 증가와 관련된 변이가 신석기 시대부터 중세 시대까지 유럽 양에서 일반적으로 더 흔해졌지만, 그 빈도는 시간이 지남에 따라 변동했음을 발견했다.

고대 DNA와 현대 양에서 얻은 연구 결과를 결합함으로써 연구진은 이 유전자의 유전적 조절이 수천 년에 걸쳐 어떻게 변화했을지 추론할 수 있었다.

이 발견은 양모가 피부의 모낭에서 자란다는 점에서 특히 흥미롭다.

이는 가축화 과정에서 유전자 조절의 변화와 양모 관련 형질의 진화 사이에 연관성이 있을 가능성을 시사하지만, 연구진은 양모 생산에 직접적인 영향을 미치는지는 밝혀내지 못했다.

팡 연구원은 "이번 발견이 특히 흥미로운 이유는 피부의 유전자 활동과 관련된 유전적 변이가 수천 년에 걸쳐 어떻게 더 흔해졌는지 추적할 수 있다는 점이다. 이는 가축화가 양이 가진 유전자뿐 아니라 그 유전자들이 어떻게 조절되는지에도 영향을 미쳤을 가능성을 보여준다"고 말했다.

양의 전신을 아우르는 유전자 지도

이번 양 가축화에 대한 새로운 통찰은 대규모 국제 연구 협력 결과다.

연구진은 2,816마리 양에서 51개 조직 및 세포 유형을 아우르는 6,761개 RNA 시퀀싱 샘플을 분석했다.

이들은 7가지 유형 분자 조절을 조사하고 수십만 건 유전자 조절 효과를 지도화했다.

이러한 데이터는 이전에는 알 수 없던 양의 전신에 걸쳐 유전적 변이가 유전자 조절에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 훨씬 더 상세한 정보를 제공한다.

지금까지 유전학 연구는 특정 형질과 관련된 유전체 영역을 식별할 수는 있었지만, 관련된 유전자, 작용하는 생물학적 메커니즘 또는 변이가 영향을 미치는 조직을 정확히 밝히는 데는 어려움을 겪었다.

SheepGTEx는 이러한 격차를 해소하는 데 도움을 준다.

이 유전자 지도는 또한 현대 양의 형질에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.

예를 들어, 연구진은 생식에 중요한 역할을 하는 호르몬 생성 조직인 뇌하수체 전엽에서 FXYD1이라는 유전자의 조절과 관련된 유전적 연관성을 확인했다.

이 발견은 새끼 수 차이의 기저에 있는 생물학적 메커니즘에 대한 중요한 단서를 제공한다.

이 연구 결과는 FXYD1 유전자가 양의 새끼 수에 직접적인 영향을 미친다는 것을 증명하지는 않는다.

하지만 연구진에게 실험적으로 검증할 구체적인 생물학적 가설을 제시한다.

SheepGTEx 유전자 지도는 전 세계 연구 그룹 간 광범위한 협력의 결과물이다.

오르후스 대학교는 프로젝트의 과학적 전략 수립, 국제적 협력 조율, 분자 유전학, 양 유전학, 동물 육종 분야의 전문 지식 통합에 중요한 역할을 했다.

이 유전자 지도는 공개되어 전 세계 연구진이 양의 생물학, 진화, 유전적 특성에 대한 새로운 질문을 탐구할 수 있도록 한다.

미래의 양 육종

SheepGTEx는 과거를 밝히는 것 외에도 미래의 양 육종 방향을 제시하는 데 기여할 수 있다.

현대 육종 프로그램에서는 이미 유전적 마커를 이용해 동물의 유전적 잠재력을 예측한다.

그러나 과학자들이 이러한 마커의 작용 기저에 있는 생물학적 메커니즘을 항상 파악하는 것은 아니다.

SheepGTEx를 통해 연구진은 기능적 효과가 있을 가능성이 높은 유전적 변이를 식별하고, 이러한 변이가 번식력 및 양모 품질과 같은 경제적으로 중요한 형질과 어떻게 관련되는지 연구할 수 있다.

이러한 연구 결과를 육종 프로그램에 직접 활용하기 위해서는 아직 해야 할 일이 많다.

후보 변이체들은 독립적인 양 집단에서 검증되어야 하고, 생물학적 효과를 시험해야 하며, 연구자들은 이러한 정보를 통합하는 것이 실제로 유전체 예측의 정확도를 향상시키는지 확인해야 한다.

그럼에도 이 유전자 지도는 귀중한 새로운 출발점을 제공한다.

팡 교수는 "이제 우리는 추가 연구가 필요한 유전자 변이체를 식별하는 데 훨씬 더 탄탄한 기반을 마련했다. 장기적으로는 이러한 지식을 더욱 정밀한 육종 도구로 발전시키는 것이 우리의 목표"라고 말했다.

Publication details
Mian Gong et al., A multi-tissue atlas of genetic regulatory effects in sheep, Nature Genetics (2026). DOI: 10.1038/s41588-026-02825-2 

Journal information: Nature Genetics