“광반응성 커진 고부가가치 슈퍼작물 개발가능성”
-‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 논문 발표
경상대 이근우 교수.
국립 경상대학교(GNUㆍ총장 직무대리 정병훈)는 자연과학대학 생명과학부 이근우 교수와 전남대학교 생명공학과 김정일 교수 연구팀이 빛에 대한 식물의 반응을 이해할 수 있는 광 신호전달 조절 기전을 규명했다고 23일 밝혔다.
이 연구는 앞으로 식물의 광 반응성을 조절해 생산성이 증대된 슈퍼 작물을 개발할 수 있는 새로운 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
연구결과는 세계적 권위의 학술지 ‘네이처’의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 5월 13일자에 게재됐다.
논문명은 <Evidence that phytochrome functions as a protein kinase in plant light signalling; 식물이 세상을 보는 ‘식물의 눈’이라 부르는 ‘파이토크롬’은 빛을 인지해 빛의 신호를 식물체 안으로 전달하는 광 수용체 중의 하나로 식물의 에너지원을 만드는 광합성에 중요한 역할을 한다>이다.
이 연구는 농촌진흥청(청장 이양호) 시스템합성농생명공학사업단(SSACㆍ단장 경상대 이상열 교수)과 경상대 BK21 플러스 사업단(단장 경상대 윤대진 교수)의 연구비 지원으로 경상대ㆍ전남대 연구진에 의해 수행됐다.
특히 이번 연구는 전남대와 경상대 등 지역거점 명문대학교 간 협력이 돋보인다.
경상대학교 관계자는 “두 대학교는 일찍부터 우리나라 생명과학 연구 발전에 크게 이바지하고 있으며 눈부신 연구성과로 인해 전국 최고 수준의 연구기관으로 인정받고 있다”고 말했다.
다시 말해 이번 연구의 핵심적 연구진행은 전남대에서 담당했으나 투입된 연구비는 경상대가 주관하고 있는 시스템합성농생명공학사업단과 경상대 BK21 플러스사업단 등 경상대 측에서 주도적으로 담당했다.
일찍부터 국내 식물생명과학 연구 분야 선두그룹으로 인정받고 있는 전남대 생명공학과 김정일 교수가 연구책임자로 이번 연구를 처음부터 끝까지 이끌었고, 국내 최고의 계산생물학 연구팀 가운데 하나인 경상대 생명과학부 이근우 교수는 김 교수팀에서 밝혀낸 가장 중요한 핵심내용의 작용기작을 분자수준에서 설명하기 위해 분자모델링 연구를 수행했다.
경상대 이근우 교수와 전남대 김정일 교수는 “이번 성공 사례를 통해 이미 환상적 협력관계를 구축한 두 연구팀은 앞으로도 계속해서 생명과학 연구에 있어 각자의 장점을 살려 연구성과의 질을 올릴 수 있는 공동연구를 계속해 나아 갈 것”이라고 전했다.
실제 김 교수와 이 교수는 이번 공동연구를 성공적으로 이끈 것에 고무돼 공동연구에 더욱 박차를 가하고 있다.
특히 이번 연구결과가 발표되던 날 두 번째 공동연구 결과를 세계적인 저널에 투고했다.
전남대 김정일 교수.
‘식물의 색(plant color)’에서 유래된 파이토크롬(phytochrome) 광수용체는 1950년대부터 활발히 연구되고 있는 식물의 가장 중요한 단백질 중의 하나다.
하지만 아직까지 어떻게 식물의 광 신호전달을 조절하는지에 대한 분자적 기전은 알려지지 않았다.
1950년대부터 연구된 파이토크롬 광 수용체의 작용 기전은 오랜 기간 수수께끼로 남아 있었는데, 이번 연구에서 파이토크롬이 단백질 키나아제임을 증명했고, 이 활성이 식물의 광 신호전달을 유도하는 데 중요한 역할을 한다는 결과를 제시했다.
식물에게 빛은 광합성을 통한 에너지 확보와 주변 환경을 인지하는 신호로서 매우 중요하다.
따라서 식물의 광 반응성 조절은 궁극적으로 광 이용 효율을 향상시킬 수 있기에 작물의 생산성 및 바이오매스 증대에 활용될 수 있다.
이에 이번 연구에서 규명한 파이토크롬에 의한 광 신호전달 조절 기전을 이용하면, 광 반응성이 증대된 고부가가치 생명공학 작물을 개발할 수 있는 방법을 제공할 수 있어 주목받고 있다.
연구진은 파이토크롬의 단백질 키나아제 활성이 감소된 돌연변이가 도입된 식물의 광 반응성이 감소함을 증명했다.
이에 파이토크롬의 단백질 키나아제 활성이 증가된 돌연변이를 이용, 식물의 광 반응성을 증대시킬 수 있는 가능성을 제시했다.
이 과정에서 경상대 이근우 교수는 파이토크롬 A의 야생형과 돌연변이형 모델들의 3차구조 예측 및 비교 분석을 통해 이 단백질의 키나아제 활성 차이를 구조적으로 명백히 규명, 이번 연구의 성공에 힘을 보탰다.
현재 연구진은 추가 연구를 통하여 단백질 키나아제 활성이 증가된 파이토크롬을 확보했으며, 이 유전자 활용에 대한 특허 출원을 준비하고 있다.
한편, 이근우 교수는 서울대 화학과에서 학사, 석사, 박사학위를 취득했으며 미국 캘리포니아 버클리(UC Berkeley)대학교 화학과 연구원, 미국 휴스턴 대학교 생물생화학과 연구원/연구교수를 거쳐 2004년부터 경상대 생명과학부 교수로 재직 중이다.
주요 연구분야는 ▲계산생물학/분자모델링을 이용한 단백질구조 및 기능 연구 ▲컴퓨터를 이용한 분자 및 신약설계 연구 ▲생물정보학/시스템생물학/머신러닝 분야 연구 등이다.
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