생명/의료

식물 miRNA 종합 데이터베이스 구축

발행일 : 2019 / 10 / 12

최근 베이징시농림과학원 양샤오쩡(杨效曾) 연구팀은 베이징대학 생명과학원과 공동으로 저급 수생식물에서 고급 피자식물까지 88종 식물의 소분자 RNA 데이터를 심층적으로 발굴하는 한편 해당 식물 miRNA에 대한 체계적 검정, 주해, 분석을 통해 지금까지 세계에서 가장 종합적이고 포괄적인 식물 miRNA 데이터베이스—PmiREN를 구축했다. 해당 성과는 “Nucleic Acids Research”에 접수되었다.

miRNA(microRNA 약어)는 진핵생물에 광범위하게 존재하는 비암호화 RNA이다. 성숙된 miRNA는 20~22개 염기만 보유하는 단일 사슬 소분자 RNA로서 단백질 등 대분자에 비해 분자량이 아주 작은 “소분자”이다. 2002년에 첫 번째 식물 miRNA가 발견된 이후 식물의 성장, 발육 및 외부환경에 대한 자극반응 등에 miRNA가 관여함을 발견했다. miRNA 기능 연구가 심화됨에 따라 “일부 miRNA 발현 변화를 통한 작물 생산량 유의적 향상” 등과 같은 miRNA를 둘러싼 작물형질개량 성과가 여러 차례 세계 최고 권위학술지에 게재되었다. 현재 식물학계는 miRNA가 식물 거의 모든 생명과정에 관여한다고 보고 있다.

식물 miRNA 종합데이터베이스—PmiREN는 다음과 같은 뛰어난 특징이 있다. 첫째, 완전한 miRNA 정보를 담고 있는바 수생식물부터 피자식물까지 도합 88개 종을 포함시켰다. 둘째, 최초로 대량 작물 중 특이 miRNA를 발견했다. 새로 구축한 데이터베이스에는 최초로 발견된 miRNA만 16,000개에 달하는데 그 중 대부분은 옥수수, 벼, 밀 등 주요작물에서 최초로 발견된 것이다. 해당 miRNA는 주요 농업형질과 잠재적인 연관이 있으므로 관련 miRNA 기능 발굴은 작물의 농업형질 개량에 중요한 응용가치가 있다. 셋째, 종합 데이터 발굴을 통해 miRNA 유전자집단 정보, 발현정보, 공선성 분석 결과, 표적유전자 예측 결과 등을 포함한 miRNA 관련 정보를 대량 획득했다. 그리고 전반적이고 상세하며 직관적인 정보 표현 연구를 수행했다. 넷째, 다양한 데이터베이스 검색 방식을 제공하여 사용자로 하여금 데이터베이스의 모든 데이터를 간편하게 다운로드할 수 있게 하였다.

PmiREN 데이터베이스는 오픈하여 3개월이란 짧은 기간에 전세계 20여개 국가, 150여개 지역으로부터 접속되었고 접속량은 56,000회를 초과하는 등 국내외 학계의 광범위한 관심을 받고 있다. 동 데이터베이스 출현은 식물 miRNA 진화를 체계적으로 연구하고 새 miRNA 기능을 발견하는데 튼튼한 기반을 마련했다.

앞서 연구팀은 대량 NGS 데이터로부터 식물 miRNA를 정확히 감정하기 위한 체계적 연구를 수행하여 효과가 뚜렷한 방법—miRDP 계열 도구(miRDeep-P 및 miRDeep-P2)를 개발했다. 동 계열의 방법은 식물 miRNA를 감정·분석하는 세계적인 표준방법으로 자리매김했다. 2018년 말에 연구팀이 기존 방법을 체계적으로 업그레이드시켜 얻은 새 방법은 밀과 같이 게놈이 크고 복잡한 식물의 miRNA 감정·주해를 해석하는 면에서 기능이 전면적으로 제고되었다. 뿐만 아니라 예측 민감도와 정확도를 향상시켰고 연산시간을 대폭 줄였다. 해당 계열의 성과는 국제생물정보학 “Bioinformatics”에 게재되었다. 그외 옥수수근충의 miRNA를 체계적으로 발굴하고 감정하였으며 동물 특히, 곤충 miRNA의 변화를 비교하였다. 해당 연구는 miRNA를RNA 간섭의 담체로 이용하는 새 내충 기술 개발에 기반을 마련했다. 해당 성과는 “Genomics, Proteomics & Bioinformatics”에 접수되었다.