미래창조과학부(장관 최양희)와 경남 진주시에 소재한 경상대학교(총장 권순기)는 “경상대학교 연구진이 가뭄과 같은 외부 환경변화에 저항성을 높인 식물체를 개발할 수 있는 단백질을 발굴했다”고 밝혔다.
경상대학교 생명과학부 윤대진 교수, 농화학식품공학과 김외연 교수, 차준영 선임연구원(응용생명과학부 박사) 등은 유카(YUCCA) 단백질이 식물체의 외부 환경스트레스에 저항성을 유발한다는 연구를 미래창조과학부가 지원하고 있는 기초연구사업(중견연구자지원)을 통해 수행하였으며, 이번 연구 결과는 생명과학분야의 권위 있는 학술지인 『네이처 커뮤니케이션즈』(Nature Communications) 온라인판 지난달 28일자에 게재됐다.
논문의 주요 내용은 전 지구적인 기후변화는 가뭄을 비롯한 심각한 환경재해를 초래하여 식량 생산에 큰 영향을 미침으로써 인류의 생존을 위협하는 가장 중요한 문제로 대두되고 있다.
작물의 실제 생산량은 작물이 가지고 있는 유전적인 능력의 21%에 불과하며, 손실되는 생산량의 69%는 가뭄ㆍ냉해ㆍ염해 등 환경스트레스에 의한 것이다. 이에 미래 식량난 타개를 위해 식물의 외부환경 인식 방법과 스트레스 방어 시스템을 개발하고 유용유전자를 확보하여 환경저항성 식물체를 개발하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
연구팀은 식물의 생장과 발달에 관여하는 식물호르몬인 옥신을 합성, 조절하는 것으로 알려진 유카(YUCCA) 단백질을 식물체에 대량 발현하면 환경스트레스로 다량의 활성산소*가 발생해도 잘 견딘다는 것을 발견했다.
아미노산 서열을 분석한 결과 유카 단백질에 활성산소의 생성과 소멸을 조절하는 티올리덕테이즈(thiol-reductase) 도메인(특정 유전 영역)이 있기 때문임을 알아냈다.
또 식물체에 아미노산의 일부(cystein)를 변형시킨 유카 단백질을 발현시켜 옥신 합성능력에는 아무런 영향이 없으나 티올리덕테이즈의 기능은 상실함을 확인했다.
이와 함께 유카 단백질이 옥신의 합성뿐 아니라 세포내 활성산소의 생성과 소멸을 조절한다는 것을 새로 밝혀냈다.
이는 하나의 단백질이 두 가지의 기능(One Enzyme Two Function)을 가진다는 사실을 표현형*으로 밝힌 세계 최초의 연구다.
유카 단백질이 식물체에 가뭄 저항성을 부여한다는 사실을 밝힘으로써 전 세계적 기후변화에 의한 환경변화에 견딜 수 있는 맞춤형 작물 개발의 토대를 마련했다.
이번 연구에 참여한 윤대진 교수는 “전 지구적으로 일어나는 기후변화는 사막화를 가속화하여 인류의 생존을 위협하는 가장 중요한 문제로 대두되고 있으며, 우리나라의 경우 식량자급률이 25% 미만으로서 특히 봄철 가뭄이 심각한 상태다. 이번 연구를 통하여 식물이 가뭄을 견뎌내는 비밀을 분자수준에서 세계 최초로 규명함으로써 미래 인류의 식량난 타개에 공헌할 수 있는 토대를 마련하였다”고 연구의의를 밝혔다.
