감수분열 동안 상동 염색체 간 교차(crossover, CO)는 유성 생물들의 유전체 보전과 다양성에 기여하며 동식물 육종에 중요한 역할을 합니다. 교차는 수백여 개의 많은 DNA 이중 분절(double-strand breaks, DSBs) 형성으로 시작하지만 수선과정에서 단지 5% DSBs 정도만 최종적으로 교차가 됩니다. 따라서 식물을 포함한 대부분의 유성 생물에서 상동 염색체 당 교차 수는 최소 1개는 필수적이나 2-3개 이하로 철저히 제한됩니다. 염색체 상 1개 이상의 교차들은 교차 간섭 현상에 의해 서로 멀리 떨어져 위치하며 후성유전학적 인자로 인해 교차 분포 역시 불균등합니다. 이러한 교차 수 제한과 불균등 분포는 교차 연구 분야의 오랜 난제이며 식물 육종의 가장 큰 장애물이기도 합니다. 교차에 필수적인 교차촉진인자들과 후성유전학적 교차인자들이 밝혀지고 최근 교차억제자들이 발굴되고있지만 유전자 발현 양에 따라 교차 수를 결정하는 교차조절인자들에 대한 연구는 미흡합니다.

본 식물 교차 최대화 연구(Max-CO: Maximizing Crossing Overs in Plants)는 모델 식물 애기장대에서 형광 종자 기반의 혁신적인 교차 측정법과 activation-tagging 스크린으로 발굴한 교차 증가 돌연변이들(high crossover rate-Dominant, hcr-D)을 최첨단 유전체학 및 세포학적 교차 연구 기법들을 활용해 분석하고 새로운 교차조절인자들에 의한 교차 형성의 분자적 기전 규명을 목표로 합니다. 또한 교차촉진인자들의 근접 레벨을 이용해 새로운 교차조절인자을 발굴하고, 다양한 후성유전학적 인자들의 감수분열 특이적 발현 조절을 통해 교차 유도를 최대화 하고자 합니다.

식물 교차 연구는 감수분열에 대한 기초 과학과 육종 분야의 중요성에도 불구 오랫동안 세포학(cytology) 접근에 주로 의존해왔습니다. 본 연구 과제는 형광 종자 교차 측정 시스템 및 유전체학적 교차 지도 작성 등의 혁신적인 연구법들을 활용해서 교차 수와 분포 조절에 대한 새로운 분자적 기전을 밝힐 것입니다. 또한 교차 최대화는 유용한 식물 적응 변이들에 대한 양적형질유전자좌 지도 작성(QTL mapping)과 식물 육종을 가속화하여 기후 변화 대처와 식량 안보에 필요한 유용 형질에 대한 유전자 가위 기술의 타겟 제공에도 크게 기여할 것입니다.