전사체학

특정 조직세포가 발달하는 과정이나 특정한 환경에 노출되어 생성되는 RNA 염기서열을 분석하는 학문이다. 전사체학 연구를 통해 각 세포, 조직, 기관, 외부환경 특이적 유전자 발현의 차이점과 공통점을 분석할 수 있다. 전사체학 초기 연구에서는 주로 단백질을 암호화하는 mRNA 분석에 집중이 되었다. 최근 RNA 서열분석 기술 도입으로 전사체 연구에서 모든 종류의 RNA 분석이 빠른 속도로 진행되고 있다. 다수의 식물체 전사체 데어터베이스가 만들어져서 이용되고 있다.

목차

1992년 처음 소개된 differential display와 1995년 소개된 suppression subtractive hybridization 방법이 식물전사체 1세대 기술에 해당한다.¹⁾²⁾ 당시에는 전사체라는 용어가 존재하지는 않았고, 해당 실험을 통해서 일부 mRNA 분류가 가능하였다. 두 방법 모두 실험구과 대조구에서 RNA 분리 후 cDNA합성, PCR, 아가로즈젤 상에서 분리 후 염기서열 분석순으로 진행되었다. 2000년대 초반까지 식물 전사체 연구에 많이 활용되어졌지만, 거짓 양성(false positive) 빈도가 높고, 관련 시약들이 고가여서 최근에는 사용되지 않는다.³⁾

2세대 전사체 연구는 유전자 칩(gene chip)을 이용한 microarray 분석을 통해 이루어젔다. 관련 기술 및 이론은 1983년에 Tse Wen Chang에 의해서 보고되었고, 1995년 스탠포드대학교 연구진들에 의해 현재의 microarray 실험 방법이 개발되었다. 단점은 칩 위에 존재하는 염기서열하고만 결합할 수 있기 때문에 전사체 모두를 포함하지 않고, 교차 혼성화로 인하여 거짓 양성이 발생할 수 있다는 점이다.

microarray의 과정 (출처:이찬희)

3세대 전사체학의 중심기술은 next-generation sequencing(NGS) 기술을 이용한 RNA 서열분석(RNA sequencing) 방법이다. 2006년 콩에서 최초로 RNA 서열분석 기술이 식물전사체학에서 사용되어졌으며, 2007년에 옥수수, 애기장대에서도 이 기술을 바탕으로 전사체 정보를 분석하였다. 이 기술은 정확성 및 민감도가 매우 높아, 이전의 방법으로 검출되지 않았던 낮게 발현되는 유전자 및 non-coding RNA까지 분석이 가능하다. RNA 서열분석 기술의 도입과 발달로 2018년 현재 식물전사체학의 주요 기술로 자리매김하고있다.

1. Liang P, Pardee AB (1992) Differential display of eukaryotic messenger RNA by means of the polymerase chain reaction. Science, 257: 967-71
2. Diatchenko L, Lau YF, Campbell AP 등 (1996) Suppression subtractive hybridization: a method for generating differentially regulated or tissue-specific cDNA probes and libraries. Proc Natl Acad Sci USA, 93: 6025-30
3. Rebrikov DV, Desai SM, Siebert PD 등 (2004) Suppression subtractive hybridization. Methods Mol Biol, 258: 107-34