생명과학과 이재성 교수, 요각류의 후성유전학적 가소성은 해양산성화 적응과 연관

[사진] 왼쪽부터 이재성 교수(교신저자), 이영환 박사(제1저자 및 공동교신저자), 김민섭 석박통합과정생(공동제1저자)

생명과학과 이재성 교수 연구팀(이영환 박사(공동 제1저자 및 공동 교신저자), 김민섭 석박통합과정(공동 제1저자))은 해양산성화(ocean acidification) 노출에 대한 동물성 플랑크톤 요각류에서 여러 세대에 걸친 부정적 생식(negative reproduction)의 회복과정이 후성유전학적 가소성(epigenetic plasticity)과 연관되어 있음을 밝혔다.

연구팀은 대기 중 이산화탄소(CO2)의 농도가 증가함에 따라 해양은 점점 더 산성화되고 있으며, 이러한 해양산성화는 해양생태계를 크게 변화시킬 것으로 우려된다고 말했다. 특히, 동물성 플랑크톤의 생식능력에 대한 현저한 감소가 관찰되고 있으며 이는 궁극적으로 종의 지속가능성과 해양 생태계의 영양 역학적인 측면에 영향을 미칠 수 있다.

연구팀은 기수성 요각류 Paracyclopina nana를 이용하여 해양 산성화에 대한 다세대간 노출실험을 진행하였으며, 부모세대(F0)에서 관찰된 성비(sex ratio) 및 생식에서의 부정적 변화가, 후손 세대(F2 및 그 이후)에서는 관찰되지 않음을 발견하였다. 해양 후성유전학은 급격히 변화하는 해양환경조건에서 해양생물들의 빠른 적응 과정을 분석하는 방법으로 주목받고 있다. 이에 한세대가 짧은(2주 정도) 요각류를 이용하여 해양산성화에 의한 DNA 메틸화 패턴 및 전사체 변화와 생체내(in vivo) 실험을 통하여 관찰된 생식능력 회복에 내재적인 후성유전학적 역할을 면밀히 분석하였다.

연구팀은 DNA 메틸화 수준의 후성유전학적 수정(modification)이 미래의 기후 변화에 대한 동물성 플랑크톤의 적응에 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 보여주었으며, CO2의 증가에 따른 환경 스트레스에 대한 요각류의 미래 취약성을 평가하는 데 있어 후성유전학적 가소성을 고려할 필요성을 강조하였다.

이재성 교수는 “이번 연구는 작은 크기(0.6mm 이하)의 비모델종의 기술효용적 한계를 극복하고 요각류에서 해양산성화의 다세대간 노출, 후성유적학적 변형 및 이들의 기능적 결과 분석간의 인과관계를 밝힌 것에 의의가 있다”며 “해양생물의 발달과 성장에 영향을 미치는 환경 매개변수를 추적하기 위한 DNA메틸화의 기능적 관련성을 탐구할 수 있을 것으로 기대된다.”고 하였다.

본 연구는 해양수산부의 다부처 유전체 사업, 마린바이오틱스개발 사업 및 한국연구재단의 기본연구과제 및 중견연구과제 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 환경연구 분야의 세계적인 학술지 Nature Climate Change(IF 28.660, JCR 상위 0.78%, 1/127)에 9월 29일(목)에 온라인 게재되었다.

* 논문명: Epigenetic plasticity enables copepods to cope with ocean acidification

* DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41558-022-01477-4