향후 기후변화 및 사막화로 인한 고온 환경 스트레스에 견디는 작물 개발 등 기대
지구온난화로 인한 사막화 진행 등 기후변화가 가속화되는 가운데 고온 스트 레스 환경에 저항하는 식물 유전자를 신규 발굴하고 작동 메커니즘을 규명한 연구결과가 발표됐다.
특히 실제 식물체 내에서 해당 유전자의 조절 기작을 규명한 것은 이번이 처음이다.
과학기술연합대학원대학교(UST·총장 김이환) UST-한국생명공학연구원(KRIBB) 스쿨 생명공학 전공 석·박사 통합과정(박사 수료)에 재학 중인 조승희 학생이 1저자, 조혜선 지도교수(책임연구원)가 교신저자로 참여한 연구 결과가 식물과 학 분야 세계 최상위 학술지인 ‘더 플랜트 셀(The Plant Cell, IF:12.085, JCR Plant Sciences 분야 상위 2.5%)지 6월호에 게재됐다.
이번 연구는 식물 유전연구에 사용되는 모델 식물인 애기장대를 활용한 연구를 통해 사이클로필린18-1(CYP18-1)의 스플라이싱(splicing) 조절 기능이 식물의 고 온 스트레스 저항성에 관여한다는 사실을 밝혀냈다.
스플라이싱(splicing)이란 생명체 내의 유전자로부터 단백질이 생성되는 절차인 ‘DNA에서의 RNA로의 전사’,‘RNA에서 단백질로의 번역’ 중 RNA에서 단 백질로의 번역 과정에서 불필요한 정보(인트론)가 제거되고 필요한 정보(엑손) 만 이어 붙이는 과정을 말한다.
특히, 비정상적인 고온의 스트레스 환경에서는 이러한 인트론-엑손 간 이어 붙이기 과정이 원활하게 진행되지 않는데, 필수적인 엑손이 빠지거나 불필요 한 인트론이 포함되는 현상이 일어나기도 한다.
연구진은 CYP18-1의 돌연변이체와 야생형 식물체를 고온 스트레스 하에서 비교했으며, 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.
크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9)를 통해 만든 CYP18-1 돌연변이체와 35S promoter를 이용하여 만든 CYP18-1 야생형 식물체를 고온 스트레스 하에서 비교 이번 연구결과는 지구 온난화에 따른 급격한 기후변화로 농업 생산성이 위협 받는 상황에서 사막화 등 고온 환경에 대응하는 작물의 개발 등에 기여할 것 으로 기대된다.
조승희 학생은“출연연의 첨단 연구장비와 인프라, 지도교수님과 세부분야별 전문가 박사님들께 다양한 조언과 지도를 받을 수 있어 좋은 성과가 나온 것 같다”며 “앞으로 지구온난화로 인한 작물의 생산량 감소 등 상황 극복에 기 여할 수 있는 연구를 지속하고 싶다”고 말했다.
조혜선 교수는 “고온 스트레스 환경에서 RNA 대사조절의 새로운 과학적 사 실을 실제 식물을 통해 최초로 규명했다는 점에서 의미 있는 연구”라며 “향 후 환경 스트레스에 적응하는 중요 유전자들의 기능과 메커니즘을 밝히는 일 등 앞으로의 GM(유전자 변경) 작물 개발에 함께 노력하겠다”고 말했다.
