가뭄에도 식물 견디게 하는 단백질 첫 규명

기후변화로 인한 식량난 해결에 기여 '주목'

국내 연구진이 식물의 가뭄 내성 매커니즘을 세계 최초로 밝혔다. 가뭄이 식량생산에 큰 영향을 미치면서 인류의 생존을 위협하는 가장 중요한 기후 문제로 대두되고 있는 가운데, 기후 변화로 인한 식량난 해결에 기여할 것으로 기대된다.

미래창조과학부는 국내 연구진이 식물의 성장과 발달을 조절하는 호르몬(옥신)의 생합성을 조절하는 단백질인 유카(YUCCA)를 식물체에 대량 발현하면 환경변화로 생긴 스트레스가 식물체 내에서 다량의 활성산소를 발생시켜도 식물이 잘 견딘다는 사실을 발견했다고 8일 밝혔다.

작물의 실제 생산량은 작물이 가지고 있는 유전적인 능력으로 생산 가능한 총량의 21%에 불과하며, 총량의 69%는 가뭄, 냉해, 염해 등 환경스트레스에 의해 손실된다. 따라서 미래 식량난 타개를 위한 대책으로 작물의 생산성을 높이기 위해 식물의 외부환경 인식방법 및 스트레스 방어 시스템을 개발하고 유용 유전자를 확보해 환경저항성 식물체를 개발하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

연구에 참여한 윤대진 교수, 차준영 박사, 김외연 교수 (왼쪽부터)

경상대 윤대진 교수 연구팀은 식물체가 가뭄 등의 외부 환경변화를 잘 견디게 만드는 단백질에 대한 연구를 수행했다.

연구팀은 유카 단백질을 식물체에 대량 발현(over expression)하면 환경변화로 생긴 스트레스가 식물체 내에서 다량의 활성산소를 발생시켜도 식물이 잘 견딘다는 사실을 발견했다.

기작 규명을 위해 아미노산 서열을 분석한 결과, 유카 단백질에 활성산소의 생성을 억제하는 효소 단백질로 알려진 티올리덕테이즈(thiol-reductase)와 유사한 유전 영역이 있기 때문임을 알아냈다. 티올리덕테이즈는 세포 내 활성산소의 생성을 억제해 일정 수준의 활성산소의 양이 유지되도록 하는 효소이다.

연구 결과 유카 단백질이 식물체에 가뭄 저항성을 부여한다는 사실을 밝혀 전 세계적 기후변화에 의한 환경변화에 견딜 수 있는 맞춤형 작물 개발의 토대를 마련했다.

유카단백질의 변형실험을 통하여 유카가 가지고 있는 두 가지 활성을 표현형적으로 분리할 수 있음

또한 유카 단백질이 옥신의 합성 뿐만 아니라 세포내 활성산소의 소멸을 조절한다는 것을 밝혀낸 것은 하나의 단백질이 두 가지의 기능(One Enzyme Two Function)을 가진다는 사실을 표현형으로 밝힌 세계 최초의 연구다.

윤대진 교수는 “이번 연구를 통해 식물이 가뭄을 견뎌내는 비밀을 분자수준에서 세계 최초로 규명함으로써 미래 인류의 식량난 해결에 공헌할 수 있는 토대를 마련했다”고 의의를 강조했다.

이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(중견연구자지원)과 농촌진흥청 차세대바이오그린21 사업을 통해 수행했으며, 연구결과는 생명과학분야의 권위있는 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판 8월 28일자에 게재됐다.