강현아 교수 연구실 (효모 분자생물학) 

● Whole‑genome de novo sequencing, combined with RNA‑Seq analysis, reveals unique genome and physiological features of the amylolytic yeast Saccharomycopsis fibuligera and its interspecies hybrid
Biotechnology for Biofuels (published in 2016 November) 

▷강현아 교수 연구팀은 우리나라 전통누룩에서 분리된 다양한 종들의 효모 균주들의 유전체를 완전 해독하고 비교분석하는 연구를 수행하는 과정에서 전분분해 효모의 표준유전체 지도를 세계 최초로 완성하고 바이오테크노로지 분야의 세계적 학술지인 ‘Biotechnology for Biofuels’에 2016년 11월 11일자로 게재하였다.

▷본 연구는 국내 다양한 지역의 토종누룩에서 우점종으로 발견되는 이형효모(dimorphic yeast) Saccharomycopsis fibuligera 중에서 당화능 및 향미가 우수한 제주도 균주(S. fibuligera KJJ81)와 포항 균주(S. fibuligera KPH12)를 분리하고 이들을 대상으로 유전체 완전해독을 수행하여 S. fibuligera 고품질 참조유전체를 확보하였다(그림 1). 

▷본 연구에서는 기존 보고된 11종의 효모와 사상성 곰팡이 유전체와 정밀 비교분석을 통해 전분분해 효모의 유전체에는 전분과 셀루로즈를 비롯한 다당 분해 및 단백질 분해 관련 효소에 대한 유전자들이 유달리 많이 보존되어 있음을 확인하였다. 이는 전통누룩에 우점종으로 서식하고 있는 전분분해 효모가 전통주의 당화 및 발효, 풍미에 영향을 주는 누룩의 전분 및 단백질 분해에 핵심적인 기능을 수행하고 있음을 시사한다(그림 2).

▷추가적으로 독일 호밀빵에서 발굴된 S. fibuligera ATCC 36309)의 유전체를 해독하고 비교분석을 통해 총 14개의 염색체로 구성된 토종 누룩효모 JJ81 균주 유전체(36 Mb)는 7개의 염색체를 지닌 토종 누룩효모 PH12(19 Mb)와 또 다른 매우 유사한 효모종의 유전체가 합쳐진 하이브리드 유전체임을 규명하여 역동적인 진화과정의 유전체의 스냅 샷(snap shot)을 보여주는 매우 흥미로운 결과도 확보하였다(그림 3). 

▷본 연구 결과는 전통주의 고급화, 표준화, 세계화에 필요한 과학적인 분석 및 종균 개발과 더불어 바이오매스 기반의 바이오연료 생산용 당화/발효 동시 가능한 산업용 효모 개발에도 매우 유용한 정보 및 유전자원을 제공할 것으로 기대된다.

그림. 1. 토종 누룩에서 분리한 전분분해 효모 Saccharomycopsis fibuligera KPH12와 KJJ81 균주의 성장 형태 (a) 및 염색체 수준의 유전체 지도 (b) 

그림 2. 토종 누룩효모 S. fibuligera KPH12와 KJJ81 유전체와 11종의 다른 효모 및 사상성 곰팡이 유전체와의 유전자 인벤토리(gene inventory) 비교분석 

그림 3. 국내 토종 누룩효모 S. fibuligera PH12와 또 다른 매우 유사한 효모종의 유전체로 구성된 S. fibuligera KJJ81의 하이브리드 유전체 형성 과정