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생물학과 조성진 교수 연구팀이 낙지(Octopus minor)의 발생실험동물 모델로 구축하고 눈의 진화-발생학적(Evo-Devo) 연구로 낙지 눈(eye)에서 크리스탈린(crystallin) 유전자의 기능을 확인하고, 척추동물 크리스탈린 유전자와의 연관성을 밝혀냈다.

낙지(Octopus)를 포함한 두족류(Cephalopoda)는 무척추동물들 중 가장 복잡한 뇌와 신경계를 가지고 있다. 특히 낙지의 눈과 인간의 눈 구조는 카메라 구조로 놀라울 정도로 유사하다. 이는 서로 전혀 다른 진화과정을 거쳤음에도 불구하고 비슷한 구조와 기능을 갖게 된 이른바 ‘수렴진화(convergent evolution)’의 좋은 예이다.

이번 연구는 ‘Eye development and developmental expression of crystallin genes in the long arm octopus, Octopus minor(교신저자 조성진 교수, 제1저자 류경빈)’이라는 제목의 논문으로 척추동물에서 수정체의 구조와 투명성을 유지하는 크리스탈린 유전자의 진화적 유연관계를 밝혀내기 위해 연구진은 낙지의 배아 발생단계 시스템을 사용해 면역조직학 염색 및 3차원 구조 확인을 통해 낙지의 카메라 눈 구조를 확인했으며, 게놈(Genome) 분석을 통해 무척추동물 및 척추동물과의 분류군별 진화적으로 보존된 크리스탈린 유전자들의 연관성을 확인했다. 또한 낙지의 알파-크리스탈린이 척추동물과 유사하게 눈 발생과정 동안 수정체에서만 발현되는 것을 발견했다.

이번 연구는 국립해양생물자원관과 4단계 BK21사업 통합생명시스템과학인재양성사업단의 지원을 받아 수행했으며, 국제 저명 학술지인 ‘Frontiers in Marine Science’에 5월 17일(수)자로 출판됐다. 이 저널은 JCR(Journal Citation Reports) 학문 분야별 ‘해양 및 담수생물학(MARINE & FRESHWATER BIOLOGY)’분야(상위 4%)에 해당하는 권위 있는 학술지다.

조성진 교수는 “낙지 눈과 척추동물 눈의 수렴진화는 단지 눈의 구조적 수준에서 유사한 것 뿐만 아니라, 유전자 조절에서도 서로 비슷한 기작이 관여한다는 것을 발견했다”며 “이번 연구를 통해 백내장, 당뇨병성 눈 합병증 등 안과질환의 원인이 되는 알파-크리스탈린 단백질의 변성 요인의 실마리를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다. 또한 수정체의 구조와 투명성을 유지하는 알파-크리스탈린 유전자의 진화적 유연관계를 이해하는 실마리를 제공할 것으로 기대된다.

한편, 충북대 동물실험연구위원회(위원장 성현아 교수)에서는 유럽과 미국에서 두족류를 실험동물로 제정한 글로벌 스탠다드에 발맞추어 두족류를 실험동물로 포함시키는 절차를 진행하고 있다.