작성일 : 18-06-05 19:21
POSTECH 황일두 교수연구팀 "체관 수 조절로 생산성↑···식량 부족 문제 해결 실마리"
 글쓴이 : happy
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'줄기(JULGI)'의 발현 억제 식물 표현형.<사진=한국연구재단 제공 >
'줄기(JULGI)'의 발현 억제 식물 표현형.<사진=한국연구재단 제공>


국내 연구팀이 식물의 생산성을 높이는 에너지 분배 단백질을 규명했다.

한국연구재단은 황일두 POSTECH 교수와 조현우 박사, 조현섭 박사과정생 연구팀 식물 속 광합성 산물이 지나가는 체관 발달을 조절하는 과정을 규명했다고 4일 밝혔다.

체관이란 식물의 체내 연결 통로를 말한다. 광합성을 통해 잎에서 만들어진 에너지인 '당'이 체관을 통해 줄기, 뿌리, 어린잎 등 필요한 기관으로 분배된다.
 
지구온난화에 따른 식량부족 문제에 대응해 식물의 생산성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 연구는 주로 광합성 산물의 생산량이나 저장량을 늘리는 방식으로 진행돼 왔다.

반면 연구팀은 광합성 산물이 분배되는 과정에 주목해 생산성을 획기적으로 향상시키는 새로운 기술을 개발했다.

연구팀은 애기장대, 담배와 같은 관다발 식물의 체관 발달에 관여하는 특정 단백질을 발견하고 우리말로 '줄기(JULGI)'라고 명명했다. 이 단백질을 제어해 체관 수가 늘어난 식물은 생산성이 최대 40%까지 증가했다.

줄기 단백질의 구체적인 제어 과정도 밝혀졌다. 줄기 단백질은 체관 발달을 유도하는 특정 RNA가 접혀 있는 구조(G-쿼드러플렉스)에 결합함으로써 체관 발달을 억제한다. G-쿼드러플렉스는 단일가닥 RNA가 접혀 만들어진 특수 구조다.


줄기 단백질과 목표 유전자들의 체관 발달 조절은 지구 식생의 대부분을 차지하는 관다발 식물의 진화에 결정적인 기능을 했을 것으로 여겨진다.

황일두 교수는 "지금까지 이론상으로만 제안되어 온 식물 체내의 에너지 분배 능력과 생산성 사이의 연관성을 최초로 증명한 것"이라며 "기후 변화에 따른 식물 생산성 저하 문제를 해결하는 중요한 역할을 할 것으로 기대한다'고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 식물 분야 권위지인 '네이처 플랜트(Nature Plants)'에 지난달 28일 자에 게재됐고 6월호 표지논문으로 선정됐다.


식물 에너지 통로 조절 단백질 발견…열매 생산성 40% 증대 성공

2018년 06월 04일 19:00

국내 연구진이 식물의 에너지 이동 통로 수를 늘려 더 실한 열매를 많이 맺도록 하는 단백질을 새롭게 발견했다. 기후변화에 따른 식물 생산성 저하, 식량 부족 문제 해결에 도움이 될 전망이다.

 

황일두 포스텍 교수팀은 애기장대, 담배 같은 관다발 식물의 체관 발달에 관여하는 단백질을 세계 최초로 발견하고 이 단백질을 조절해 식물의 생산성을 최대 40%까지 늘리는 데 성공했다고 4일 밝혔다. 연구진은 이 단백질을 우리말 ‘줄기(JULGI)’라고 명명했다.
  

포스텍 연구진이 관다발 식물의 체관 발달에 관여하는 단백질 ‘줄기(JULGI)’의 발현을 조절한 결과(오른쪽), 자연 상태(왼쪽) 대비 식물의 열매가 최대 40% 늘어나는 것으로 나타났다. - 한국연구재단·포스텍 제공
포스텍 연구진이 관다발 식물의 체관 발달에 관여하는 단백질 ‘줄기(JULGI)’의 발현을 조절한 결과(오른쪽), 자연 상태(왼쪽) 대비 식물의 열매가 최대 40% 늘어나는 것으로 나타났다. - 한국연구재단·포스텍 제공

체관은 식물 속 연결통로다. 광합성을 통해 잎에서 만들어진 에너지인 당을 줄기, 뿌리, 어린 잎 등 필요한 기관으로 전달한다. 기존 기후변화 대응 연구는 주로 광합성 산물의 생산량이나 저장량을 늘리는 방식에 초점을 맞추고 있었다. 반면 연구진은 광합성 산물이 분배되는 과정에 주목해 식물의 생산성을 근본적으로 향상시키는 새로운 기술을 개발했다는 데 의의가 있다.

 

연구진의 분석 결과, 줄기 단백질은 체관 발달을 유도하는 특정 RNA가 접혀 있는 구조(G-쿼드러플렉스)에 결합해 체관 발달을 억제하는 것으로 나타났다. 연구진은 역으로 줄기 단백질을 발현시키는 유전자를 억제했다. 그 결과, 체관 수가 늘어난 식물은 열매 생산성이 최대 40%까지 증가했다. 열매의 크기가 더 크고, 개수도 더 많아진 것이다.

 

황 교수는 “지금까지 이론상으로만 제안되어 온 식물 체내의 에너지 수송(분배) 능력과 생산성 사이의 연관성을 최초로 증명한 것”이라며 “줄기 단백질과 목표 유전자들의 체관 발달 조절은 지구 식생의 대부분을 차지하는 관다발 식물의 진화에 결정적인 기능을 했을 것으로 보인다. 기후 변화에 따른 식물 생산성 저하 문제를 해결하는 데 기여할 것”이라고 기대했다. 

 

연구 결과는 국제학술지 네이처 플랜트 6월호 표지논문으로 게재됐다.

  • 송경은 기자 kyungeun@donga.com