□ 환경부 소속 국립생물자원관(관장 백운석)은 남한에서 절멸된 것으로 추정되는 멸종위기 야생생물 Ⅰ급인 한국표범(아무르표범, Panthera pardus orientalis, 판테라 파르두스 오리엔탈리스)의 표준게놈 지도를 세계 최초로 완성했다고 2일 발표했다.

○ 한국표범은 호랑이와 함께 과거 우리나라에서 최고 포식자로 활약하던 고양이과의 맹수로, 현재 북한 접경지역인 연해주 남서쪽에 60~70마리만 분포한다고 알려져 있다.

○ 이번에 밝혀진 한국표범에 관한 정교한 게놈지도는 멸종위기에 처한 표범의 보전·복원을 위한 토대를 마련했다는 데에 의의가 있다.

□ 국립생물자원관은 울산과학기술원(UNIST)과 지난해 공동연구 협약을 맺고, 고양이과 게놈 해독을 위한 국제컨소시엄에 참여하여 1년 6개월여 간의 연구 끝에 한국표범의 게놈을 완전 해독했다.

○ 연구진은 대전동물원에서 2012년 자연사한 표범 ‘매화’의 근육을 이용해 표준게놈 지도를 만들고, 러시아에 서식하고 있는 야생 아무르표범 혈액을 확보해 추가로 유전체 서열을 해독하고 이를 비교 분석했다.

○ 그 결과, 한국표범의 게놈은 25억 7,000만 개의 염기쌍으로 구성되어 있고, 1만 9,000여 개의 유전자를 포함하고 있음이 확인되었다.

○ 또한, 개체 간 또는 동일개체 내 염기서열 변이가 거의 없어 유전 다양성이 낮아 멸종의 위험이 매우 높음이 드러났다.

□ 아울러, 연구진은 육식을 하는 고양이과(Felidae)·잡식을 하는 사람과(Hominidae)·초식을 하는 소과(Bovidae) 등 식성이 다른 포유동물 28종의 게놈을 사상 최대 규모로 정밀 비교하여 식성에 따라 특화된 유전자를 찾아냈다.

○ 표범, 호랑이 같은 고양이과에서는 근육 운동과 신경 전달, 빛 감지 능력과 관련된 유전자들이 잘 보존되어 있어, 고양이과의 뛰어난 반응성, 유연성 및 뛰어난 시력 등이 게놈에 반영되어 있음이 확인되었다.

○ 반면, 사람과에서는 지방 대사 관련 유전자 등이, 소과에서는 냄새 감지 유전자 등이 잘 보존되어 있었다.

□ 연구진은 특히 절대적 육식만 하는 고양이과의 식성에 주목하고, 이를 잡식성·초식성 포유동물의 게놈과 비교하여 다르게 진화한 유전자를 확인했다.

○ 그 결과, 고양이과는 육식성이 발달하면서 아밀라아제와 같은 탄수화물 소화 관련 유전자와 식물 독소의 해독에 관련된 유전자가 퇴화된 것으로 드러났다.

○ 또한, 단백질 소화, 근육 및 운동 신경 발달 등에 관련된 유전자들이 특이하게 진화한 것으로 나타났으며, 당뇨와 관련된 혈당조절 유전자가 돌연변이로 인해 기능하지 못하는 것이 확인되었다.

□ 식성을 생물종 간 게놈 빅데이터를 통해 분석한 연구는 세계 최초로 시행된 것으로,

○ 연구진은 근력, 시력 등 인체의 능력과 육식으로 인해 발생한다고 추정되는 인간의 질병을 유전자 수준에서 이해하는 데에 도움이 될 것이라 기대하고 있다.

□ 이번 한국표범의 표준게놈 해독 결과 및 포유류 게놈 비교분석 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘게놈 바이올로지(Genome Biology)’ 11월 2일자에 게재되었다.

□ 백운석 국립생물자원관장은 “세계 최초로 한국표범의 전체 게놈 해독을 해내 멸종위기에 처한 한국표범 보전을 위한 근원자료를 확보했다”며, “이번에 밝힌 게놈 지도는 개방‧공유‧소통‧협력을 추구하는 정부3.0 정책에 따라 ‘한반도의 생물다양성’ 누리집(https://species.nibr.go.kr)을 통해 공개할 계획”이라고 밝혔다.

○ 여주홍 유용자원분석과장은 “향후 지속적으로 멸종위기 야생 생물을 비롯한 유용한 생물자원의 게놈을 해독하여 멸종위기종의 보전·복원과 더불어, 환경과 인간을 이롭게 하는 데에 활용할 수 있도록 하겠다”고 말했다.  (끝)

• 논문명: Comparison of carnivore, omnivore, and herbivore mammalian genomes with a new leopard assembly

○ (분류학적 위치) 고양이과(Felidae) 표범아과(Pantherinae) 표범속(Panthera)에 속하는 대형 척추동물로 9개 아종 중 하나

○ (분포) 역사적으로 한반도를 중심으로 중국 동북부와 러시아 연해주 남부에 널리 분포했으나, 현재 북한 접경지역 연해주 남서쪽에 60~70여 마리만 분포

○ (보전․복원을 위한 국내․외 노력)

- (러시아) 현 서식지를『표범의 땅 국립공원』으로 지정(‘12)하여 보호하며, 전 세계 동물원 개체 도입을 통한 증식․복원계획 승인(’14)

- (한국) 환경부, 국립생물자원관, (사)범보존기금을 중심으로 표범복원을 위한 서식지 연구, 인문학적, 사회․경제적 필요성과 타당성, 위험성 검토 연구 추진 중

※표범은 크기가 호랑이의 1/2, 행동반경은 1/5 수준(수컷 ~200km2, 암컷 ~80km2)으로 복원가능성이 높은 대형 육식동물이며, DMZ 중·동부가 최적의 서식지로 제시됨

○ 한국표범(아무르표범)(좌) 및 현재 분포지역 러시아의 『표범의 땅 국립공원』

○ 전체 분석과정은 시료확보, 서열해독 및 조립, 유전체 비교분석 등 세 가지 단계로 나눌 수 있고, 간단히 아래 그림과 같은 과정으로 분석했습니다.

1) 한국표범(아무르표범)의 고품질 표준게놈 지도 완성

- 의미: 대형 고양이과 동물 중 가장 길고 정교한 게놈지도 조립 → 고양이과 및 다양한 유전체 연구의 기준이 됨

- 게놈 지도 결과 요약

2) 유전체 비교

① 고양이과 내(內)의 유전체 비교

- 5종 간의 유전자 비교 → 1만 9,000여 개 유전자 중 1만 1,700여 개가 5종 공통

- 유전다양성: 표범 개체 간 변이가 아주 낮고, 개체 내 서열변이가 매우 적음 → 멸종위험 매우 높음

(A) 고양이과, 사람과, 소과 동물의 유전적 다양성

(B) 고양이과로 갈라진 후(약 1100만년전)부터 현재까지의 개체수 변이 추정 그래프

개체수가 지속적으로 감소하는 추세이며, 표범은 200만년전~90만년전에 심각한 유전적 병목현상을 겪었던 것으로 나타남

② 고양이과의 특징적 형질 유전자 확인

- 고양이과, 사람과, 소과 유전자 비교(17종 23개체 게놈 염기서열 비교)

→ 공통유전자 4,342개, 고양이과 특이 유전자가 1,436개 확인

• 공통유전자 → 생명유지에 필수적인 유전자(발달, 세포분열 등에 관련된 유전자)
• 고양이과 특이 유전자 → 신경전달, 근육운동, 빛 감지(시력발달) 관련 유전자가 확인됨

(A) 고양이과, 사람과, 소과에서 변이가 없는 유전자의 벤다이어그램. 세 개 과에 공통적인 유전자와 개별 과에 특이 유전자 개수를 나타냄

(B) 공통·특이 유전자의 기능 예측 결과. 공통유전자에는 생명유지에 필수적인 유전자(발달, 세포분열 등에 관련된 유전자), 고양이과 특이적인 유전자에는 신경전달, 근육운동, 빛 감지(시력발달) 관련 유전자가 확인됨

③ 육식·초식·잡식 동물 게놈 비교

• 비교대상: 육식성 8종, 초식 5종, 잡식 5종 서열 비교
• 대표 결과:

(1) 육식동물: 탄수화물 소화(아밀라제), 식물독소해독 유전자(UGT1, UGT2등) 퇴화

(2) 단백질 소화, 근육 및 운동신경 발달 관련 유전자 특이 진화(ACE2, EMB1등)

(3) 혈당조절 유전자의 돌연변이 등 질병관련 유전자 확인(GCKR)

(A) 식성에 따른 유전자의 발달 및 퇴화. 식물독소 해독과 관련된 UGT1, UGT2 유전자가 초식(파랑), 잡식(검정) 동물에서 많이 발달한 반면, 육식(빨강) 동물에서는 거의 없음

(B) GCKR 유전자의 돌연변이. 표범게놈에는 여러군데 DNA 염기서열 삽입으로 인해 정상적인 단백질이 만들어지지 않아 기능을 하지 못함