식물 에너지 분배 촉진을 통한 토마토 생산성 향상 기술 제안
높은 생산성 기대할 수 있는 체관 수 제어 기술 개발로 K-종자 독립 가능성 기여
□ 국내 연구진이 식물 체내의 에너지 분배를 촉진함으로써 작물의 생산성을 증가시킬 수 있는 기술을 제안하였다.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 황일두 교수(포항공과대학교, 제1저자 남호영 박사과정) 연구팀이 식물의 생산성 조절을 위한 새로운 전략으로 에너지 분배 통로인 ‘체관* 수’를 제어하여 토마토 생산성 향상에 기여할 수 있음을 규명했다고 밝혔다.
* 체관 : 식물의 체내 연결 통로. 광합성을 통해 잎에서 만들어진 에너지 즉, ‘당’이 체관을 통해서 줄기, 뿌리, 과실 등 필요한 기관으로 분배됨.
□ 기존의 생산성 증가 연구는 식물의 광합성 효율 향상을 유도하거나 스트레스 내성 증대 또는 과육과 같은 저장 기관의 발달 기작 제어 등의 시도로 이루어져 왔다.
○ 하지만 식물이 이용 가능한 에너지는 한계가 있어, 충분한 생산성 향상을 위해서는 전체적인 에너지 분배의 개선이 필요했다.
○ 이에, 에너지 분배 통로인 체관의 활성 제어를 통한 식물 내 에너지 분배 능력 및 생산성 향상 전략이 제시되었지만, 체관 발달 연구 부족 등에 따라 아직 확립되지 못한 영역으로 남아있었다.
□ 연구팀은 선행연구를 통해 애기장대에서 동정한 체관 발달 억제 유전자 JUL1*이 토마토에서도 기능적으로 보존되어 있음을 규명하였고, SlJUL(Solanum lycopersicum JUL1)로 명명하였다.
* JUL1(줄기) : RNA 결합 단백질을 암호화하는 유전자로써, 생성된 단백질은 체관 발달을 촉진하는 유전자의 mRNA에 결합하여 단백질 합성 과정 (번역 과정) 억제로 체관 발달을 조절한다.
○ 이를 기반으로 이번 연구에서는 SlJUL 단백질 기능이 저해 및 상실된 토마토를 제작하였다.
○ 그 결과, SlJUL 단백질의 기능 저해 정도에 따라 체관 수가 늘어나며, 이에 비례하여 식물 체내 에너지 분배 능력이 향상됨을 확인하였다.
○ 즉, 체관 수가 식물 체내 에너지 분배 능력을 결정함을 밝힌 것이다.
□ 나아가, SlJUL 단백질 기능 저해 토마토의 향상된 에너지 분배 능력에 의해 과육의 수, 중량, 당도 등이 유의미하게 증가함을 확인하였다.
○ SlJUL 단백질 기능의 저해 정도 조절로, 특정 기관이 발달하여도 식물 생육에는 영향을 미치지 않으면서 작물의 유용 형질*은 향상시킬 수 있음을 알아낸 것이다.
* 유용 형질 : 인류를 위해 선택할 수 있는 유리한 모양, 속성으로 다수성, 항산화 물질 생산, 병 저항성을 의미한다.
□ 황일두 교수는 “SlJUL 유전자가 대부분의 관다발 식물에 높은 수준으로 보존되어 있어, 체관 수-에너지 분배 최적화 기술은 토마토 뿐 아니라 유용작물인 벼, 콩, 감자 등에도 광범위하게 활용할 수 있을 것이라는 측면에서 의미가 있다.”고 전하며, “지속적인 연구를 통해 유전자 교정기술을 활용하여 환경 변화에 대응하기 위한 신품종 육종기술 개발에 실마리를 제공할 것으로 기대한다.”고 덧붙였다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널(Plant Biotechnology Journal)’에 5월 18일(한국시간) 온라인 게재되었다.
