기후온난화 시대, 열에 잘 견디는 작물 개발에 한걸음 더

UST 연구진, 고온 스트레스에 저항하는 작물의 유전자 메커니즘 규명

지구온난화로 인한 사막화 진행 등 기후변화가 가속화되면서 높은 기온에 잘 적응하는 작물 개발이 과제로 떠오르고 있다. 

과학기술연합대학원대학교(UST, 총장 김이환)는 고온 스트레스 환경에 저항하는 식물 유전자를 신규 발굴하고 작동 메커니즘을 규명했다고 28일 밝혔다. 

UST-한국생명공학연구원(KRIBB) 스쿨 생명공학 전공 석·박사 통합과정 조승희 학생이 1저자, 조혜선 지도교수가 교신저자로 참여한 이 연구 결과는 학술지 '더 플랜트 셀' 6월호에 실렸다.

조혜선 교수(왼쪽)와 UST 조승희 석·박사 통합과정생이 애기장대를 연구하고 있다. (자료=UST)

연구팀은 식물 유전연구에 쓰이는 모델 식물인 애기장대를 활용, '사이클로필린18-1(CYP18-1)' 유전자의 스플라이싱(splicing) 조절 기능이 식물의 고온 스트레스 저항성에 관여한다는 사실을 밝혀냈다.

스플라이싱이란 유전자로부터 단백질이 생성되는 절차인 DNA에서의 RNA로의 전사, RNA에서 단백질로의 번역 중 RNA에서 단백질로의 번역 과정에서 불필요한 정보(인트론)가 제거되고 필요한 정보(엑손)만 이어 붙이는 과정을 말한다.

비정상적 고온의 스트레스 환경에서는 이러한 인트론-엑손 간 이어 붙이기 과정이 원활하게 진행되지 않아 필수적인 엑손이 빠지거나 불필요한 인트론이 포함되기도 한다.

연구진은 CRISPR 유전자가위로 CYP18-1 기능을 제한한 돌연변이체와 야생형 식물체를 고온 스트레스 하에서 비교했다. 그 결과 돌연변이체가 야생형 식물체에 비해 고온 스트레스에 취약하다는 점을 밝혀냈다. 

이처럼 CYP18-1이 스플라이싱 조절 기능을 통해 고온 스트레스에 관여하는 유전자임을 입증함으로써 고온 저항성 식물 개발의 가능성을 제시했다. 실제 식물체 내에서 이 유전자의 조절 기작을 규명한 것은 이번이 처음이다.

이번 연구는 지구 온난화에 따른 급격한 기후변화로 농업 생산성이 위협받는 상황에서 사막화 등 고온 환경에 대응하는 작물의 개발 등에 기여할 것으로 기대된다.

조혜선 교수는 "고온 스트레스 환경에서 RNA 대사조절의 새로운 과학적 사실을 실제 식물을 통해 최초로 규명했다는 점에서 의미 있는 연구"라며 "향후 환경 스트레스에 적응하는 중요 유전자들의 기능과 메커니즘을 밝히는 일 등 앞으로의 유전자 변경(GM) 작물 개발에 함께 노력하겠다"고 말했다.

UST는 과학기술정보통신부 직할 교육기관으로 32개 국가연구소에 교육 기능을 부여해 과학기술 분야 인재를 양성하고 있다. 빅데이터, 인공지능(AI), 바이오, 항공우주, 신에너지 등 국가전략 분야의 46개 전공을 운영 중이며, 국가연구소의 박사급 연구원 1만 3천여 명 중 우수 연구자 약 1천 200여 명이 UST 교수로 활동하고 있다.