신생대의 마지막 홍적세(Pleistocene)의 조기 말의 게놈 서열을 이용하여 말의 진화를 측정

　

  진화과정에서 야생 말의 화석기록은 많이 남아있다. 코펜하겐 대학의 과학자들과 다른 국제 과학자 팀에서는 대략 56~78만년 전의 영구동토대(월평균 기온이 영하인 달이 반년 이상 계속되어 땅 속이 1년 내내 언 상태로 있는 지대)에서 말의 뼈에서 1.12배수의 초안 게놈을 발견하였다. 이 데이터는 가장 오래된 전체 게놈 서열이며, 말의 진화에 대해서 보다 확실한 정보를 얻을 수 있는 바탕이 되었다.

  오래된 DNA 복원에 성공하는 경우는 대부분 호박이 아닌 영구동토대처럼 아주 낮은 온도에서 DNA가 분해되지 않고 수 만년 동안 살아남는 경우로, 중요한 정보들이 많이 담겨 있어 중요하다. DNA 자체를 확보할 수 있는 경우는 아주 운이 좋은 경우에 해당하는데, 화석만으로는 알 수 없었던 정보들을 전달할 수 있기 때문이다. 또한 이러한 정보들은 해당 개체를 복원하지는 못하더라도 후손의 진화나 메커니즘을 파악하는 데에 많은 도움을 준다.

  43만 년 전 홍적세(Pleistocene) 말과 현재 가축 말(Equus ferus caballus), 몽고야생말(Przewalski’s horse, E. f. przewalskii), 당나귀(E. asinus)의 게놈 서열을 비교하였다. 400~450만 년 전의 동시대 말, 얼룩말, 당나귀의 계통을 분석하고, 말 계통의 가장 최근 공통 조상을 확인하였다. 심각한 기후 변화로 인해 2백만 년 전, 극심한 개체 변동을 발견할 수 있었다.

  몽고 야생 말과 가축용 말의 개체 그룹은 3만 8천~7만 2천년 전 나누어졌으며, 이는 종 혼합에 의한 것으로 확인되었다. 몽고야생 말은 야생 말의 마지막으로 살아남은 종으로 우리는 몽고 야생 말과 가축 말 사이의 유전적 변이 수준이 유사함을 발견하였다. 또한 말의 진화과정에서 독자적 생존이 가능한 유전적 보존성을 확인하여, 면역시스템과 후각의 선택적 진화의 증거를 발견하였다. 마지막으로 몽고 야생 말과 유전적 변이 수준이 낮음을 종이 분화된 29개 유전지역에서 확인할 수 있었다. 변이가 발견된 각 지역은 가축화가 진행되는 초기에 유전자리의 선택적 진화에 영향을 끼쳤다.

　

  덴마크 코펜하겐 대학 연구진은 화석 샘플에서 실리카(silica) 기반의 추출방법으로 말의 DNA를 추출하였으며, 총 16마리의 말을 샷건시퀀싱하였다. 자연사박물관에 있는 2곳의 연구실에서 고대 말의 미토콘드리아 게놈 지도 초안을 생성하였다.

  두 고대 말의 견본에서 핵 게놈의 초안을 비교하기 위해, 추가적인 시퀀싱이 이루어졌다. 두 고대 말은 홍적세 중기의 말(캐나다 유콘주의 중서부에 위치한 Thistle Creek지역)과 홍적세 말기의 말(시베리아 툰드라 지대에 위치한 Taymyr Peninsula지역)의 화석 표본을 이용하였다. 홍적세 중기의 말은 Illumina로 0.74배수의 초안 게놈을 생성하고, Helicos로 0.38배수의 초안 게놈을 생성하였다.

  현대 말 게놈은 5품종의 말(아라비아, 아이슬란딕, 노르웨이 피오르, 스탠더드브레드, 서더브레드)와 몽고 야생 말, 가축용 당나귀를 Illumina paired-end 시퀀싱하였다. 레퍼런스로 사용한 게놈은 EquCab2.0이며, 미토콘드리아 게놈은 BWA를 이용하여 작성하였다. 유전 변이는 SAMtool을 이용하여 단일 염기 변이(SNP)를 확인하였으며, 표현형 결핍에 관련된 36개 loci를 확인할 수 있었다. 또한 홍적세 중기 말의 뼈에서 DNA 손상을 확인하기 위해, NGS 데이터에서 보존된 DNA를 측정하여 확인하였다. 계통분석은 MAFFT G-INS-i를 이용하여 각 유전자를 alignment하고 DNA 손상이나 시퀀싱 에러를 필터하여 계통나무를 완성하였다.

참고문헌

Recalibrating Equus evolution using the genome sequence of an early Middle Pleistocene horse

역저자

글 : Park.HyeonJi

편집 : Jeon.EunSook, Ahn.Kung