Welcome to Lab. of Functional Plants

Our lab focuses on the study of genome and metabolites in cash crops such as Panax ginseng, Cynanchum wilfordii, and Peucedanum japonicum by using cutting edge genomic platforms. We also develop genomics-assisted breeding technology of these crops and methods of mass producing functional substances by using biotechnological approach.


본 연구실에서는 최신 통합오믹스 플랫폼을 이용하여 인삼, 백수오, 식방풍 등 기능성식물의 유전체와 대사물질에 대한 연구를 진행하고 있으며, 생명공학적 기법을 활용하여 기능성식물의 유전체 기반 육종 기술 및 기능성물질의 대량생산법을 개발하고 있다.


Research

인삼의 유전체 분석 연구

본 연구실에서는 우리나라의 대표 약용작물인 인삼의 유전체서열을 세계최초로 완성하여 보고하였다. 인삼은 24쌍의 염색체 내에 약 3.6Gp의 정보를 담고 있으며, 서열의 90% 정도가 반복서열로 이루어져 있다. 또한 서로 다른 종의 합성으로 탄생한 이질사배체(Allotetraploid)의 특징을 갖는 매우 복잡한 유전체 구조를 갖는다. 이로 인해 이배체 인삼 근연종들과 달리 월동이 가능해지는 등 환경적응성이 향상되었다. 이와 같이 복잡한 유전체를 연구하여 식물의 신비로운 비밀들을 밝혀낼 수 있다.


인삼의 분자육종시스템 구축

인삼은 4년의 성장과정을 거쳐야만 종자를 맺을 수 있다. 따라서 인삼의 육종은 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 인삼의 분자육종시스템을 구축하여 효율적인 육종을 가능하게 하기 위해 다양한 DNA 분자표지를 개발하는 연구를 수행하고 있다. 분자표지들은 다양한 인삼 유전자원들에 적용되어 종내 유전적 다양성을 탐색하고 유용한 유전자원들을 탐색할 수 있다. 이 정보들을 기반으로 고품질의 인삼 품종을 육성할 수 있다.


DNA barcoding

DNA 바코딩은 생물이 가지고 있는 고유의 DNA 염기서열 정보를 이용하여 종을 식별하는 기술이다. 식물 종 식별의 경우 엽록체 유전체와 핵 내 45s 리보솜 유전자를 주로 사용하고 있으며, 초창기의 짧은 DNA 단편을 사용했던 것과는 달리 최근에는 엽록체 유전체 서열 전체를 사용하는 등의 Super barcode 개념이 대두되고 있다. 본 연구실에서는 차세대 염기서열 분석 기술 (NGS)을 바탕으로 적은 양의 서열정보로도 엽록체 유전체와 핵 내 45s 리보솜 유전자를 동시에 분석할 수 있는 기술(de novo assembly using low coverage WGS, dnaLCW)을 개발하여 약 400종 이상의 식물에 대해 유전체 분석을 수행해왔다. 완성된 유전체 서열들로부터 발굴된 종간, 종내 변이 지역은 종 판별 및 품종 식별용 DNA 마커를 개발하는 데 사용되며, 식물 원재료부터 유통 중인 제품에까지 적용할 수 있는 분석법과 함께 투명한 약용 식물 유통체계를 확립하는데 기여하고 있다. 또한, 서열분석을 통한 종간 유연관계 확립, 종간 진화 체계, 분화 시기 추정 등을 통해 식물 유전체 기반 진화 연구도 활발히 진행하고 있다.


Ginseng metabolic engineering

본 연구실에서는 통합오믹스 기술을 이용, 새로운 유전자와 UGT를 식별하고 검증함으로써 진세노사이드 합성경로를 세밀하게 정제하고 있으며 유전체 편집 기법과 인삼 캘러스, 부정근에서의 유전자 과발현을 통해 진세노사이드 함량을 향상시키는데 주력하고 있다.


Transposable element

여러 연구들을 통해 이동성 유전인자가 작물 내에서 유전체 크기의 변화뿐만 아니라 다양한 표현형에 밀접한 연관성을 지니고 있다는 점이 증명되어 왔다. 본 연구실에서는 선행 연구를 통해 인삼에서도 주요 이동성유전인자(PgDel LTR retrotransposon)가 종간 분포 및 진화에 크게 기여했다는 사실을 확인하였다. 현재는 인삼 및 두릅나무과 식물의 유전체 기반 전이인자의 발굴 뿐만 아니라 진화기작 규명 및 조절에 대한 전반적인 연구를 수행하고 있다. 더 나아가 인삼 및 두릅나무과 식물의 전이인자와 관련된 데이터베이스 구축을 목표로 하고 있다.


식방풍(Peucedanum japonicum) 육종 및 분자육종시스템 구축

본 연구실에서는 식방풍에 대한 새로운 품종육성을 목적으로 채소특이·약재용특이 등 우수한 특성을 가진 식방풍 개체를 선발하고 이후 셀핑을 통한 후대 진전을 진행하고 있으며, 또한 분자연구를 기반으로 한 육종을 진행하기 위해 유전체 연구를 통해 식방풍 종내 다양성에 대한 연구를 진행하고 있다.


백수오(Cynanchum wilfordii) 유전체 염기서열분석 및 분자육종시스템 구축

본 연구실에서는 유전체, 대사체, 전사체 통합오믹스 분석 기법을 사용해 백수오의 분자육종시스템을 구축하고 백수오 및 협죽도과 근연종의 진화계통분석을 진행하고 있다.