식물 광 신호전달 조절

메커니즘 규명

『네이처 커뮤니케이션즈』에 논문 발표

경상대 SSACㆍBK21플러스사업단에서 연구비 지원

식물이 ‘빛’을 통해 신호를 조절하는 현상을 규명한 이번 연구결과는 세계적 권위의 학술지 『네이처』의 자연과학분야 자매지인 『네이처 커뮤니케이션즈』(Nature Communications) 5월 13일자에 게재됐다. (논문명 : Ev-idence that phytochrome functions as a protein kinase in plant light signalling) 논문은 ‘식물의 눈’이라 불리는 ‘파이토크롬(Phyto-chrome)’이 빛을 인지해 빛의 신호를 식물체 안으로 전달하는 광 수용체 중의 하나로서, 식물의 에너지원을 만드는 광합성에 중요한 역할을 한다는 것이 주요 내용이다.

이 연구는 농촌진흥청(청장 이양호) 시스템합성농생명공학사업단(SSACㆍ단장 이상열 경상대 교수)과 우리 대학교 BK21플러스사업단(단장 윤대진 교수)의 연구비 지원으로 우리 대학교와 전남대 연구진에 의해 수행되었다.

광 반응성 조절을 이용, 고부가가치 생명공학 작물 개발 가능

‘식물의 색(plant color)’에서 유래된 파이토크롬(phytochrome) 광수용체는 1950년대부터 활발히 연구되고 있는 식물의 가장 중요한 단백질 중의 하나이다. 하지만 아직까지 어떻게 식물의 광 신호전달을 조절하는지에 대한 분자적 기전은 알려지지 않았다. 하지만 이번 연구에서 파이토크롬이 단백질 키나아제(kinase)임을 증명했고, 이 활성이 식물의 광 신호전달을 유도하는 데 중요한 역할을 한다는 결과를 제시했다.

연구진은 단백질 키나아제 활성이 감소된 돌연변이 파이토크롬을 가진 식물의 광 반응성이 감소함을 증명한 것이다. 이에 파이토크롬의 단백질 키나아제 활성이 증가된 돌연변이를 이용해 식물의 광 반응성을 증대시킬 수 있는 가능성을 제시했다.

이 과정에서 우리 대학교 이근우 교수는 파이토크롬 A의 야생형과 돌연변이형 모델들의 3차구조 예측 및 비교 분석을 통해 이 단백질의 키나아제 활성 차이를 구조적으로 명백히 규명해 이번 연구의 성공에 힘을 보탰다.
식물에게 빛은 광합성을 통한 에너지 확보와 주변 환경을 인지하는 신호로서 매우 중요하다. 따라서 식물의 광 반응성 조절은 궁극적으로 광이용 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.

현재 연구진은 추가 연구를 통하여 단백질 키나아제 활성이 증가된 파이토크롬을 확보했으며, 이 유전자 활용에 대한 특허 출원을 준비하고 있다.

지역 거점국립대 간의 성공적인 협력이 돋보인 사례

이번 연구는 국내 식물생명과학 연구 분야 선두그룹으로 인정받고 있는 ‘전남대 생명공학과 김정일 교수’가 연구책임자로 나서 연구를 처음부터 끝까지 주도해 나갔다. 우리 대학교에서는 국내 최고의 계산생물학 연구팀인 ‘생명과학부 이근우 교수팀’이 가장 중요한 내용인 작용기작을 분자수준에서 설명하기 위해 분자모델링 연구를 수행했다.

이번 성공 사례를 통하여 이미 환상적 협력관계를 구축한 두 연구팀은 앞으로도 계속해서 생명과학 연구에 있어 각자의 장점을 살려 연구 성과의 질을 올릴 수 있는 공동연구를 계속해 나갈 계획이다. 실제 김 교수와 이 교수는 이번 공동연구를 성공적으로 이끈 것에 고무되어 공동 연구에 더욱 박차를 가하고 있으며 흥미롭게도 이번 연구결과가 발표되던 날 두 번째 공동연구 결과를 세계적인 저널에 투고했다.