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가뭄, 홍수 등 이상기후 견뎌내는 유전자 규명

환경 스트레스를 이겨내는 신기능 작물 개발 기대
한국연구재단(이사장 조무제)은 김우택·양성욱 연세대학교 교수 공동 연구팀이 다양한 이상기후 스트레스를 감지해 식물의 단백질 품질제어를 조절하는 유전자를 규명했다고 14일 밝혔다.

가뭄, 고온, 냉해, 홍수와 같은 이상기후 재해는 식량작물에 심각한 악영향을 준다. 따라서 열악한 환경에서도 잘 자라는 신기능 작물 개발이 중요한 연구과제 중 하나로 부각되고 있다. 

기존 연구들은 저온에 강한 유전자 등 특정 기후환경에 대한 적응을 주로 다뤘다. 반면 여러 환경 재해에 종합적으로 대응하는 방법에 대해서는 알려진 바가 거의 없었다.

연구팀은 세포 내 기능이 상실된 변성 단백질을 특이적으로 제거함으로써 다양한 환경 스트레스에 대응하고, 식물의 생존력을 높이는 핵심 유전자(MPSR1)를 규명했다.

연구 결과에 따르면 이 유전자를 많이 발현하는 식물체가 환경 스트레스를 효과적으로 인식하고, 변성 단백질을 빠른 시간 내에 제거한다. 특히 단백질 분해효소 복합체인 프로테아좀에 결합해 변성 단백질 분해를 효과적으로 촉진해 식물의 생존율을 월등히 높여준다.

이 유전자는 스트레스 여부에 따라 자가 조절할 수 있어서 스트레스가 없는 평소에는 스스로의 기능을 억제하고 스트레스가 발생하면 이를 감지해 기능을 회복시키는 것으로 분석됐다.

김우택 교수는 "그동안 연구되지 않았던 식물의 이상기후 대응 단백질 품질제어 과정에서의 핵심 조절 유전자가 규명됐다"며 "가뭄에 취약한 벼, 고온에 취약한 배추·상추 등에 응용하면 이상기후 스트레스에 대응하는 신기능 작물 개발의 가능성을 열고, 세계적 농업경쟁력 확보가 가능할 것"이라고 기대했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지인 미국국립과학원 회보 'PNAS(Proceedings of National Academy of Science, USA)'에 지난 달 30일자로 게재됐다. 

야생형 식물과 과발현 식물의 단백질 이상 스트레스 조건에서 생존성 실험 결과.<자료=한국연구재단 제공>야생형 식물과 과발현 식물의 단백질 이상 스트레스 조건에서 생존성 실험 결과.<자료=한국연구재단 제공>
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