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Pdgl

서울대학교 농업생명과학대학

허진회 교수

Meiotic Chromosome Stability

Hybridization in Brassicaceae

DNA Methylation

Pdgl

농업생명과학대학 허진회

식물발달유전학연구실(Pdgl)은 식물의 유전체 및 후성유전체 연구를 선도하는 연구실로, 특히 속간잡종 및 이질배수체 식물의 유전체 안정화와 후성유전학적 조절 메커니즘을 심층적으로 탐구하고 있습니다. 본 연구실은 Brassica rapa(배추)와 Raphanus sativus(무) 간의 속간잡종인 xBrassicoraphanus를 주요 연구 모델로 삼아, 잡종 유전체의 구조적, 기능적 안정화 과정과 그에 따른 유전적, 후성유전적 변화 양상을 규명하고 있습니다. 이를 통해 식물 진화에서 잡종화와 이질배수체 형성이 종 다양성과 적응력 증진에 미치는 영향을 밝히고 있습니다. 또한, 본 연구실은 식물의 DNA 메틸화, 히스톤 변형 등 후성유전학적 조절 메커니즘을 분자 수준에서 분석하고 있습니다. DEMETER(DME), ROS1 등 DNA 탈메틸화 효소의 구조와 기능, 그리고 이들 효소가 유전자 발현 및 형질 발현에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 후성유전적 변이와 유전자 발현 조절의 상호작용을 규명함으로써, 식물의 발달, 환경 적응, 스트레스 반응 등 다양한 생명현상에 대한 이해를 넓히고 있습니다. 배추과(Brassicaceae) 작물의 농업적 유용 형질 탐색 및 후성유전인자 발굴도 본 연구실의 주요 연구 분야입니다. RNA-Seq, 유전체 및 후성유전체 분석, 분자마커 개발 등 첨단 오믹스 기술을 활용하여, 개화시기, 내병성, 색소 형성, 종자 발달 등 다양한 형질과 연관된 유전자 및 후성유전적 조절 요소를 발굴하고 있습니다. 이를 바탕으로 신품종 개발 및 맞춤형 육종 전략을 제시하고 있습니다. 최근에는 후성유전체 편집 및 유전자 교정 기술을 접목하여, 표적 유전자 조절과 작물 개량에 대한 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 후성유전적 변이의 탐색과 활용을 통해 유전자원 확보, 신품종 개발, 환경 적응력 강화 등 농업생명과학 분야의 다양한 응용 가능성을 모색하고 있습니다. 이처럼 식물발달유전학연구실은 유전체와 후성유전체의 융합 연구를 통해 식물의 진화, 발달, 형질 개량 등 기초 및 응용 연구를 선도하고 있으며, 지속가능한 농업과 미래 식량 안보에 기여하는 연구를 지향하고 있습니다.

Meiotic Chromosome Stability
Hybridization in Brassicaceae
DNA Methylation
속간잡종 xBrassicoraphanus를 통한 유전체 안정화 기작 연구
본 연구실은 Brassica rapa와 Raphanus sativus 간의 속간잡종인 xBrassicoraphanus를 모델로 하여 식물 유전체의 안정화 기작을 심도 있게 연구하고 있습니다. 속간잡종은 서로 다른 종의 유전체가 결합되어 발생하는 다양한 유전적, 후성유전적 변화를 동반하며, 이 과정에서 유전체의 안정성 유지와 적응이 중요한 연구 주제로 부상하고 있습니다. 본 연구실은 xBrassicoraphanus의 합성 및 세대별 유전체 분석을 통해, 잡종 유전체가 어떻게 부모 유전체의 구조와 기능을 보존하면서도 새로운 조절 네트워크를 형성하는지 규명하고 있습니다. 특히, 감수분열 과정에서의 염색체 거동, 비동질 염색체 간 교차 억제, 그리고 유전체 재배열의 억제 메커니즘을 세포유전학적 및 분자유전학적 기법으로 분석합니다. 이를 통해 잡종 유전체의 안정화와 번식력 회복에 기여하는 유전적 요인과 후성유전적 조절 요소를 밝혀내고 있습니다. 또한, 유전체 내 전이요소의 발현 억제 및 DNA 메틸화 패턴의 변화가 유전체 안정성에 미치는 영향도 중점적으로 연구합니다. 이러한 연구는 식물 진화에서 잡종화와 이질배수체 형성이 어떻게 새로운 종의 다양성과 적응을 촉진하는지 이해하는 데 중요한 기초 자료를 제공합니다. 더 나아가, 속간잡종의 유전체 안정화 원리를 활용하여 새로운 작물 품종 개발 및 교배장벽 극복 전략 수립에도 기여할 수 있습니다.
식물 후성유전학적 조절 메커니즘 및 DNA 메틸화 연구
식물의 후성유전학적 조절은 유전자 발현과 형질 발현에 결정적인 역할을 하며, 본 연구실은 DNA 메틸화와 히스톤 변형 등 다양한 후성유전적 메커니즘을 집중적으로 연구하고 있습니다. DNA 메틸화는 유전체 내 유전자와 전이요소의 발현을 조절하는 주요한 후성유전 표지로, 식물의 발달, 환경 적응, 스트레스 반응 등 다양한 생명현상에 관여합니다. 본 연구실은 Arabidopsis, Brassica, Raphanus 등 다양한 모델 식물을 대상으로 DNA 메틸화 패턴의 변화와 그 조절 기작을 규명하고 있습니다. 특히, DEMETER(DME) 및 ROS1과 같은 DNA 탈메틸화 효소의 구조와 기능, 그리고 이들 효소가 유전체 내 특정 표적 부위에서 어떻게 활성화되어 유전자 발현을 유도하는지 분자수준에서 분석합니다. 또한, DNA 메틸화와 히스톤 H3K9me2 변형의 상호작용, 후성유전적 변이가 식물의 유용 형질(예: 개화시기, 내병성, 스트레스 내성 등) 발현에 미치는 영향도 심층적으로 연구합니다. 최근에는 후성유전체 편집 기술을 활용한 표적 유전자 조절 및 작물 개량 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 후성유전학 연구는 식물의 유전적 다양성 보존, 신품종 개발, 환경 적응력 강화 등 농업생명과학 분야의 다양한 응용 가능성을 제시합니다. 또한, 후성유전적 변이의 탐색과 활용을 통해 유전자원 확보 및 차세대 작물 육종 전략 수립에 중요한 기여를 하고 있습니다.
배추과 작물의 농업적 유용 형질 및 후성유전인자 탐색
본 연구실은 배추과(Brassicaceae) 작물의 농업적 유용 형질을 규명하고, 이와 관련된 후성유전인자를 탐색하는 연구를 수행하고 있습니다. 배추, 무, 유채 등 다양한 배추과 작물은 세계적으로 중요한 식량 및 채소 자원으로, 이들의 개화시기, 내병성, 색소 형성, 종자 발달 등 다양한 형질은 농업 생산성과 직결됩니다. 본 연구실은 RNA-Seq, 유전체 및 후성유전체 분석, 분자마커 개발 등 첨단 오믹스 기술을 활용하여 유용 형질과 연관된 유전자 및 후성유전적 조절 요소를 발굴하고 있습니다. 특히, 개화시기 조절에 관여하는 FLOWERING LOCUS C(FLC) 유전자, 안토시아닌 생합성에 관련된 MYB1 전사인자, 종자 크기 및 꼬투리 열개에 관여하는 유전자 등 다양한 형질 유전자에 대한 기능 분석을 수행합니다. 또한, 후성유전적 변이(에피뮤테이션)가 형질 발현에 미치는 영향과, 이를 활용한 분자마커 기반 신품종 선발 및 육종 전략도 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 배추과 작물의 형질 다양성 증진과 맞춤형 품종 개발에 실질적인 기여를 하고 있습니다. 더불어, 후성유전체 편집 및 유전자 교정 기술을 접목하여, 기존 유전자원의 한계를 극복하고, 소비자 요구에 부합하는 고부가가치 작물 개발에도 앞장서고 있습니다. 이를 통해 지속가능한 농업과 식량 안보에 이바지하고자 합니다.
1
Admixture of divergent genomes facilitates hybridization across species in the family Brassicaceae
, 1970
2
Admixture of divergent genomes facilitates hybridization across species in the family Brassicaceae.
Shin H, Park JE, Park HR, Choi WL, Yu SH, Koh W, Kim S, Soh H, Waminal NE, Belandres HR, Lim JY, Yi G, Ahn JH, Kim JS, Kim YM, Koo N, Kim K, Perumal S, Kang T, Kim J, Jang H, Kang DH, Kim YS, Jeong HM, Yang J, Song S, Park S, Kim JA, Lim YP, Park BS, Hsieh TF, Yang TJ, Choi D, Kim HH, Lee SS, Huh JH
New Phytol., 2022
3
Epigenome editing: targeted manipulation of epigenetic modifications in plants.
Shin H, Choi WL, Lim JY, Huh JH
Genes & Genomics, 2022
1
식물 생식 시스템 이해를 위한 현미경 관찰 기반 그린바이오 교과 컨텐츠 연구
그린바이오 혁신융합대학
2024년 10월 ~ 2025년
2
DNA 탈메틸화에 의한 식물 후성유전체 재설계 프로세스 연구
과학기술정보통신부
2023년 03월 ~ 2024년 02월
3
신규 DNA free 유전자교정 모듈 및 전달 기술 개발(2공동)
농촌진흥청
2023년 ~ 2023년 12월