감자는 약 900만 년 전, 서로 다른 식물 사이의 자연 교잡을 통해 탄생한 작물로 밝혀졌다. 단일 조상에서 직선으로 진화한 것이 아니라, 유전적으로는 서로 다른 두 종이 섞인 결과다. 최근 유전체 분석 연구는 감자의 사례를 통해, 우리가 먹는 주요 작물들 가운데 상당수가 이런 ‘혼합 기원’을 갖고 있음을 보여준다.
중국농업과학원(CAAS) 싼원 황 박사 연구팀은 재배 감자 450종과 야생 감자 56종의 유전체를 분석한 결과, 감자는 남미 지역에서 토마토와 감자 유사 식물 ‘에투베로숨(Etuberosum)’ 사이의 자연 교잡을 통해 진화한 식물이라는 사실을 확인했다고 최근 국제학술지 Cell에 발표했다.
덩이줄기가 없는 감자 수사 종(Solanum etuberosum)과 덩이줄기가 있는 감자 식물(Solanum tuberosum)은 모두 감자와 토마토를 모두 포함하는 솔라눔 속(Genus Solanum)에 속한다. [사진=Yuxin Jia and Pei Wang]
에투베로숨은 감자와 외형은 유사하지만 땅속 덩이줄기가 없고, 계통상으로는 토마토에 더 가까운 식물이다. 연구팀은 감자의 유전체에 이 두 식물에서 유래한 유전자가 모두 안정적으로 섞여 있으며, 덩이줄기를 형성하는 데 필요한 핵심 유전자도 각각 다른 종에서 하나씩 유래했음을 밝혔다. 두 유전자 중 하나라도 없으면 감자라는 형태가 만들어지지 않는다.
황 박사는 “감자의 기원을 분자 수준에서 최초로 명확히 규명한 사례”라며 “자연 교잡이 새로운 형질과 종의 출현을 어떻게 유도할 수 있는지를 보여준다”고 설명했다.
감자만이 아니다···교잡에서 태어난 작물들
감자는 자연 교잡의 단일 사례가 아니다. 유전체 분석 결과, 밀, 바나나, 면화 등 인류 주요 작물들 다수가 서로 다른 종의 유전자가 섞이면서 진화해온 것으로 나타났다.
대표적인 예가 밀이다. 오늘날의 빵 밀은 약 1만 년 전, 두 야생 밀과 야생 풀 사이에서 일어난 반복된 자연 교잡과 유전체 배수화를 거쳐 형성됐다. 이 과정에서 서로 다른 유전체가 결합되며 다양한 환경에 적응할 수 있는 형질이 고정됐다.
바나나 역시 두 야생종인 무사 아쿠미나타(Musa acuminata)와 무사 발비시아나(Musa balbisiana)의 교잡으로 생겨난 삼배체 작물이다. 교잡으로 인해 씨앗은 사라졌고, 줄기에서 직접 번식이 가능한 무성 생식 구조가 정착됐다. 오늘날 우리가 먹는 바나나는 이 고대 교잡의 결과다.
면화는 아시아와 아메리카 대륙의 야생종 사이에서 약 100만 년 전 발생한 고대 교잡으로부터 유래했다. 당시 형성된 유전 조합은 섬유 품질을 높이는 형질로 이어졌고, 현재 가장 널리 재배되는 흰털남방면화(Gossypium hirsutum) 품종의 기초가 됐다.
최근에는 유채 같은 작물이 인위적인 교잡을 통해 만들어지고 있지만, 자연 상태에서도 유사한 유전자 이동이 관찰된다. 작물 진화는 처음부터 ‘혼합’을 기반으로 움직여왔다.
진화는 분기보다 결합에서 일어나
한때 종간 교잡은 생물학적 경계를 흐리는 예외적 사례로 간주됐지만, 현재 진화생물학은 이를 형질 혁신과 생태 적응의 주요 동력으로 본다. 서로 다른 종이 가진 유전 정보가 만나면서 새로운 적응 특성이 만들어지고, 그로 인해 완전히 새로운 생물형이 출현하는 경우가 드물지 않다.
감자는 그 전형적인 사례다. 연구팀은 감자가 처음 탄생한 시점이 안데스산맥이 급격히 융기하던 시기와 일치한다는 점에 주목한다. 덩이줄기에 영양분을 저장할 수 있었던 초기 감자는 고산지대의 혹독한 환경에 빠르게 적응했고, 씨 없이도 번식할 수 있는 무성 생식 구조 덕분에 중남미 전역으로 빠르게 확산됐다. 이는 이후의 종 다양성 확장으로 이어졌다.
황 박사는 “감자는 고대 교잡의 결과일 뿐 아니라, 진화의 방향을 바꾼 상징적인 예”라며 “지금 우리가 재배하는 작물들 대부분이 그러한 유전자 섞임의 산물임을 인식해야 한다”고 말했다.
김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr
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