“광 신호 조절로 식물 크게 만들 수 있는 새 유전자 발견”
전남대 김정일 교수팀, 국제협력 연구결과 ‘사이언스’ 지에 발표
전남대학교 농업생명과학대학 김정일(분자생명공학전공) 교수 연구팀이 국제협력 연구를 통해 식물 광신호 전달을 조절하는 새로운 유전자(‘BIC’으로 명명)를 발견해 학계에 보고했다고 25일 전남대가 밝혔다.
이 연구결과는 세계적 권위의 학술지 ‘사이언스(Science / IF 34.661)’ 저널에 지난 10월21일자로 게재됐다. 논문명은 'Photoactivation and inactivation of Arabidopsis cryptochrome 2'.
김정일 교수 연구팀은 파이토크롬 광수용체를 연구하는 과정에서 식물체를 크게 만들 수 있는 신규 유전자를 발견했고, 미국 UCLA 대학의 첸타오 린 교수 연구팀이 청색광 수용체인 크립토크롬 신호전달을 연구하는 과정에서 동일한 유전자를 발견했다. 이후 공동 연구를 수행, 이번 논문을 발표하게 된 것이다.
이번 연구성과는 특히 한국(전남대), 미국(UCLA), 일본(RIKEN), 중국(Fujian Agriculture and Forestry University) 연구진들의 국제협력으로 거둔 성과여서 의미를 더한다. 논문 발표가 확정된 이후 ‘Science’지 에디터로부터 “최근 복잡한 국제 정세에서 한·미·일·중 연구진이 정치와 상관없이 협력 가능한 ‘과학의 힘 (the power of the science)’을 보여준 좋은 사례”라는 평가를 받기도 했다.
김 교수팀은 이 논문에서 청색광 수용체인 크립토크롬의 기능을 저해시키는 매우 특이한 BIC 유전자의 기능을 보고하면서, 크립토크롬에 의한 식물의 청색광 신호전달을 위해서는 크립토크롬 단백질이 이중체를 만드는 것이 중요하다는 사실을 규명했다. 또한, BIC 단백질이 발현되면 크립토크롬에 결합해 이중체 형성을 억제하는 기전으로 청색광 신호전달을 저해한다는 사실도 밝혀냈다.
특히, 김정일 교수 연구팀은 BIC 유전자를 식물에 도입시키면 식물체의 모든 기관이 커져 식물의 바이오매스를 증대시키고, 더불어 종자수확량도 증대시킬 수 있음을 규명했다.
이에 따라, 김 교수 연구팀은 논문 발표 전에 이 유전자에 대한 특허를 등록했다. (특허명: 식물의 바이오매스 생산성 또는 종자 수확량을 증가시키는 애기장대 유래 At3g52740 유전자 및 이의 용도).
김정일 교수는 “식물에게 빛은 광합성을 통한 에너지 확보와 주변 환경을 인지하는 신호로서 매우 중요하므로 이번에 발견한 BIC 유전자를 이용해 식물의 광 반응성을 최적화 시키면, 미래 농업환경에 대비한 생명공학 작물 개발에 이용될 수 있다”고 말했다.
이어 “고생산성 작물 개발을 통한 식량문제 해결, 바이오매스 증대를 통한 에너지 문제 개선, 그리고 이산화탄소 저감을 통한 환경문제 개선 등 다양한 분야에서의 진전이 기대된다”고 덧붙였다.
이 연구는 농촌진흥청 시스템합성농생명공학사업단 및 한국연구재단의 연구비 지원으로 수행됐다.
한편, 김정일 교수팀은 지난 5월(Nature Communications)과 8월(Plant Physiology)에도 세계적 권위의 학술지에 식물 광신호전달 조절 연구결과를 잇따라 발표한 바 있다. 김 교수는 이같은 연구성과의 공로를 인정받아 지난 6월 전남대학교 제64주년 개교기념식에서 우수학술연구자 연구비지급증서(1억원)를 수여 받았다.