건국대학교는 KU융합과학기술원 의생명공학과 윤대진 교수 연구팀이 가뭄에 견디는 과정을 분자 수준에서 처음으로 규명, 앞으로 사막화 방지 작물 개발의 새로운 토대를 마련했다고 밝혔다.

윤 교수 연구팀은 식물이 건조한 환경에 노출되면 스트레스호르몬인 Abscisic Acid(ABA)를 합성해 생체방어유전자들을 활성화시키고 그 결과 기공을 닫고 체내수분의 증발을 막아 건조에 견디게 된다. 이러한 일련의 과정에 관여하는 수용체(PYL), 탈인산화효소(ABI), 인산화효소(OST1)가 어떻게 활성화되고 소멸되는지에 대한 전 과정을 분자수준에서 최초로 규명했다.

이 연구는 식물학분야 저명 학술지 Molecular Plant (IF=10.8, 분야상위 1.5 %) 9월호에 게재됐다.

급속한 기후변화로 전 세계의 사막화지역이 육지면적의 40%를 넘고 있으며 해마다 서울면적의 6배 이상씩 늘어나고 있다. 사막화로 인한 환경문제 및 식량생산성 감소는 미래인류의 생존을 위협하는 주요 현안으로 대두되고 있다. 따라서 많은 연구자들이 식물이 어떻게 외부환경변화를 인식하고 변화된 환경에 저항하는지에 대한 연구를 통해 건조저항성 작물을 개발하기 위해 노력 중이다.

식물은 이동할 수 없지만 변화된 환경을 감지하고 적응하는 능력을 가지고 있다. 식물이 건조한 환경에 노출되면 스트레스 호르몬인 ABA를 합성하고 신호전달물질로 작용하여 생체방어유전자를 활성화하며 이를 통해 기공의 개폐를 조절함으로써 수분의 증발을 막고 건조한 환경에 견딜 수 있게 된다.

건국대 연구팀은 건조스트레스 호르몬인 ABA에 의해 매개되어지는 신호전달과정에는 인산화효소(Kinase)인 OST1단백질이 핵심적인 역할을 수행한다는 사실을 밝혀냈다.

식물이 건조한 환경에 노출되게 되면 스트레스 호르몬인 Abscisic Acid(ABA)를 합성하고 이렇게 합성된 ABA는 수용체인 PYR에 결합하여 건조신호를 활성화는 인산화효소인 OST1의 활성화를 방해는 탈인산화효소인 ABI를 OST1으로부터 격리시킨다.

이렇게 되면 OST1은 활성화되어 하위에서 작동하는 전자조절인자들을 활성화시켜 건조에 저항성을 보이는 유전자들을 활성화하게 되어 식물이 건조한 환경에 견딜 수 있게 된다.

OST1은 역할을 수행한 뒤에 일정한 시간이 지나면 분해되어져 평소의 수준으로 돌아가야 하는데 이를 둔감화 (desensitization)라고 한다. 이러한 둔감화는 OST의 활성화에 의한 흥분상태 지속으로 인하여 초래되는 부작용을 세포가 방지하기 위한 생체의 자기 보호 기능이라고 할 수가 있다.

이번 연구는 식물이 외부환경에 노출되었을 때 어떻게 신호를 활성화하고 또한 둔감화 반응을 통하여 생체방어 작용을 수행하는지에 대한 전과정을 분자수준에서 최초로 규명한 성과로 윤대진 교수 연구팀은 식물환경스트레스 연구 분야를 세계적으로 선도하여 학문적 수준을 높이는 데 크게 기여한 것으로 평가된다.

또 이번에 규명한 원리를 이용해 건조에 저항성을 가진 식물체를 개발, 사막이나 건조지역에 작물을 재배할 수 있고 미래 인류가 당면한 식량문제를 해결하는 데 기여할 것으로 기대된다.

이 연구 성과는 농촌진흥청이 지원하는 차세대바이오그린21사업의 시스템합성 농생명공학사업단 지원으로 수행되었다.

출처 : 건국대학교