국립생물자원관은 우리나라에 서식하는 수리부엉이, 소쩍새 등 맹금류 4종의 표준게놈 지도를 처음으로 완성하고, 대규모 조류 게놈 비교를 통해 맹금류 진화와 야행성 조류의 특성을 구명했다.
'표준게놈(참조유전체)'이란 한 생물종의 대표 유전체 지도로 해독된 염기서열을 가장 길고 정확하게 조립하고 유전자 부위를 판독하여 완성한다.
이번 연구는 총 20종(맹금류 16종, 비맹금류 4종)의 야생조류를 대상으로 국립생물자원관이 울산과학기술원 등과 2015년부터 3년간 실시했으며, 이중 올빼미과에 속한 수리부엉이(멸종위기 야생생물 Ⅱ급)와 소쩍새, 매과인 황조롱이, 수리과인 말똥가리 등 4종에 대해서는 고품질 표준게놈 지도를 완성했다.
표준게놈 분석 결과, 맹금류는 사람 게놈의 3분의 1정도인 약 12억 개의 염기쌍을 가지며, 네 종 모두 약 1만 7,000여 개의 유전자를 포함하고 있는 것으로 확인됐다.
유전체 서열이 해독된 맹금류 개체의 유전다양성을 분석한 결과, 대부분의 맹금류는 동일개체 내의 염기서열 변이가 많아 유전적으로 건강한 반면, 멸종위기 야생생물 I급인 흰꼬리수리는 염기서열 변이가 아주 적어 멸종위험이 높은 것으로 나타났다. ※ 부모세대에게 받은 유전자의 염기서열 변이가 거의 없으면, 부모세대의 게놈서열이 비슷하여 집단의 개체 간 유전변이가 낮다고 추정
연구진은 맹금류의 특성에 맞게 진화해온 유전자를 찾기 위해 수리부엉이 등 이번 맹금류 4종의 표준게놈을 포함하여 전체 조류를 대표하는 15개 목 25종의 게놈을 정밀 비교했다.
맹금류는 닭을 비롯한 다른 조류에 비해 청각 등 신경계에 영향을 주는 유전자들이 많았으며, 시각 신호 전달 및 에너지 대사에 영향을 미치는 유전자들이 맹금류에서 특이하게 진화해 왔음을 확인했다.
또한, 매과, 수리과, 올빼미과는 아주 오래전에 분화되어 유전적으로 서로 멀리 떨어져 있음에도, 뛰어난 시력과 반응성 등 맹금류의 신체적 능력을 보여주는 감각이나 운동기관에 특화된 유전자들을 공통적으로 가지고 있었다.
아울러, 연구진은 야행성인 올빼미과의 특성에 주목하여, 야행성 조류에서 공통적으로 진화한 유전자를 분석했다.
분석 결과, 색깔을 구별하는 유전자가 퇴화된 반면, 빛을 감지하고 어두운 곳에서 대상을 식별할 수 있는 유전자들이 특이하게 진화했고, 냄새감지 유전자가 많고, 소리를 감지하는 유전자와 생체리듬 유전자의 진화속도가 빠름을 확인했다. ※ 생체리듬(circadian rhythm): 지구상의 생명체들이 지구의 자전에 적응해 거의 모든 생리, 대사, 행동이 24시간의 주기로 나타나는 현상으로, 빛, 어둠, 기온과 같은 외부 환경요인에도 동기화됨
이번 연구에 필요한 시료는 충남야생동물구조센터 등 각 지역 서식지외 보전기관에서 치료 중 안락사되거나 재활치료 중인 개체에서 확보했으며, 혈액이나 근육 시료를 이용해 게놈 서열을 해독하고 이를 비교 분석했다. ※ 야생동물구조센터에서는 보호·치료 중 야생에서 생존이 불가하다고 판정되는 개체들에 한해 정해진 규정과 절차에 따라 안락사시킴
여주홍 국립생물자원관 유용자원분석과장은 "이번 연구는 최초로 맹금류 4종의 전체 게놈 해독과 대규모 게놈 비교분석을 통해 생태계 최상위 포식자인 맹금류의 진화와 야행성 조류의 특성을 유전적으로 규명한 데 큰 의미가 있다"라며, "앞으로도 야생생물 보전을 위한 기반자료 확보를 위해 다양한 자생생물을 대상으로 게놈 해독을 지속적으로 추진할 예정"이라고 밝혔다.