생화학분자생물학회

Evomics Laboratory

이대한

성균관대학교 생명과학부

[연구실 소개]

진화(Evolution)와 오믹스(Omics)를 융합하는 이보믹스(Evomics) 연구실은 최첨단 오믹스 도구를 기반으로 유전학, 신경과학, 발생학, 생태학, 진화생물학 등 다양한 분야를 융합하여 진화적 새로움(evolutionary novelty)의 출현과 변화하는 환경에 대한 종의 적응 진화 기작을 분자 수준에서 규명하고자 합니다. 구체적으로는 진화생물학의 핵심 질문, ‘자연선택이 어떻게 복잡한 생물학적 시스템을 구성하고 형성하는가’를 탐구하기 위해 다양한 모델 및 비모델 종을 대상으로 신경계의 기원, 신경발생의 리모델링, 발생계의 적응, 생태적 특수화, 공생체의 공진화 등의 주제를 연구하고 있습니다. 저희 연구실은 생물 다양성의 채집, 단일세포 시퀀싱, 신경발생 및 행동 분석 등 필드 조사와 연구실 내 wet 및 dry 연구를 모두 직접 수행하는 하이브리드 랩이기도 합니다. 또한 연구실 내에 장기 실험 진화(long-term evolution experiment) 실험적 진화 플랫폼을 구축하여 진화 과정을 실시간으로 추적하고 있습니다.

[연구내용] 

1. Eco-Evo-Neuro-Devo

진화발생생물학(Evolutionary Developmental Biology, Evo-Devo), 줄여서 이보디보는 유전자 조절 네트워크(gene regulatory network)의 진화가 어떻게 발생 프로그램을 리모델링하여 새로운 형태와 구조를 출현시키는지 탐구하는 학문입니다. 이보믹스 연구실은 생물 시스템 중에서도 가장 높은 복잡성을 나타내는 동물의 신경계가 어떻게 발생을 조절하는 유전자들의 변이를 통해 진화하는지, 생태적 적응 과정에서 이러한 신경발생 프로그램의 리모델링이 동물의 행동과 생리를 어떻게 변화시키는지를 초파리를 비롯한 곤충의 뇌와 화학감각계를 모델로 삼아 분자 수준에서 탐구하고 있습니다.

2. CeLTEE (C. elegans Long-Term Evolution Experiment)

장기실험진화는 통제된 실험실 조건에서 오랜 시간에 걸쳐 진화를 실험하고 실현하는 방법론으로서, 대장균 등의 단순한 생물 모델을 통해 진화의 기작을 분자 수준에서 규명하는데 매우 효과적임을 입증한 접근법입니다. 예쁜꼬마선충(C. elegans)은 다세포 생물 중에서 이러한 장기실험진화를 실현할 수 있는 최적의 모델로서, 본 연구실에서는 다세포 생물 모델에서는 전례가 없는 기간을 목표로 장기진화실험을 개시하였습니다. 다세포 생물의 발생 시스템이 온도 변화를 비롯한 선택압에 어떻게 반응하고 적응하는지를 분자 수준에서 추적하고 분석할 예정입니다.

3. 공생계의 공진화

자연에서 생물종들은 다양한 생태적 상호작용을 하며, 공생이라는 특수한 관계를 형성하기도 합니다. 무화과는 이러한 공생 관계가 나타나는 흥미로운 생태계라고 할 수 있습니다. 무화과의 수분을 매개하는 무화과 좀벌과 무화과 사이의 상리공생, 무화과 좀벌의 유충 속에 알을 낳는 기생벌 등 다양하고 복잡한 공생 관계의 기반이 되는 분자적, 신경적, 발생적 기작과 이들의 공진화를 한국에 서식하는 야생 무화과(천선과, 모람, 애기모람)를 대상으로 탐구하고 있습니다.

4. 동물의 기원

깃편모충류(Choanoflagellate)는 동물과 유연관계가 가장 가까운 원생생물(단세포 진핵생물)로서 조건에 따라 군집 생활을 할 수 있고 동물과 많은 유전자를 공유하며, 특히 신경세포의 분자적 특징까지 공유하는 것으로 알려져 있어 동물과 신경계 진화의 비밀을 품고 있는 생물로 주목받고 있습니다. 본 연구실에서는 이러한 깃편모충류를 배양하고 다양한 오믹스 툴과 실험적 기법을 적용하여 동물과 신경계의 진화적 기원을 유전자 및 분자 수준에서 탐구하고자 합니다.

[연구책임자]

이대한 교수

주소: 경기도 수원시 장안구 서부로 2066 성균관대학교 자연과학캠퍼스 제2과학관 32158B호

전화: 031-290-5923

Email: lee.daehan@skku.edu

Homepage: https://sites.google.com/view/evomics/research

[연구진구성]

교수: 이대한

박사후연구원 : 이보연 박사

석박사통합과정: 김현구, 정은주, Haoyu Kang

학부생연구원: 설석환, 조수현, 박건, 홍성원, 송진희, 최지은

[대표논문]

1. Lee D, Fox BW, Palomino DF, Panda O, Tenjo FJ, Koury EJ, Evans KS, Stevens L, Rodrigues PR, Kolodziej AR, Schroeder FC, Andersen EC. (2023).  Natural genetic variation in the pheromone production of C. elegans. Proc Natl Acad Sci U S A 27;120(26):e2221150120. 

2. Lee, D.*, Zdraljevic, S.*, Stevens, L.*, Wang, Y., Tanny, RE., Crombie, TA., Cook, DE., Webster, AK., Chirakar, R., Baugh, LR., Sterken, MG.,  Braendle, C., Félix, M-A., Rockman, MV. and Andersen, EC. (2021). Balancing selection maintains hyper-divergent haplotypes in C. elegans. Nature Ecology & Evolution 5(6):794-807. (*equal contribution) 

3. Lee, D., Zdraljevic, S., Cook, DE., Frézal, L., Hsu, J-C., Sterken, MG., Riksen, JAG., Wang, J., Kammenga, JE., Braendle, C., Félix, M-A., Schroeder, FC. and Andersen, EC. (2019). Selection and gene flow shape niche-associated variation in pheromone response. Nature Ecology & Evolution 3(10): 1455–1463.

4. Lee, D., Yang, H., Kim, J., Brady, S., Zdraljevic, S., Zamanian, M., Kim, H., Paik, YK., Kruglyak, L., Andersen, EC. and Lee, J. (2017). The genetic basis of natural variation in a phoretic behavior. Nature Communications 8(1): 273(1-7).