기사제공 : 국정브리핑

식물이 가뭄, 저온, 고온 등과 같은 '환경스트레스'를 받았을 때 이를 극복하는 방법을 설명할 수 있는 핵심 실마리가 세계 최로 국내 연구팀에 의해 규명됐다.

과학기술부는 우수연구센터사업으로 지원하고 있는 금호생명환경과학연구소 김수영 박사 연구팀이 식물체의 저항성반응 에 관여하는 유전자의 활성을 조절하는 잔사조절인자(ABF)가 식물호르몬 앱식산에 의한 스트레스반응 유전자의 발현 조절을 수행한다는 것을 세계 최초로 발견했다고 23일 밝혔다.

이번에 밝혀진 ABF 유전자는 스트레스반응에 관여하는 다수 유전자의 활성을 일괄적으로 조절하는 기능을 갖고 있다. 따라서 ABF유전자의 조작을 통해 가뭄, 저온, 고온, 고염분과 같은 여러 가지 스트레스에 대한 저항성이 강한 작물의 개발이 기대된다.

[연구배경]
가뭄, 고염분, 고온, 저온과 같은 열악한 환경조건은 식물의 성장과 생산성을 저하시키는 주요 요인으로 '환경스트레스' 또는 '비생물학적 스트레스'로 알려져 있다. 대부분의 식물체는 이런 스트레스 조건에 적응할 수 있는데 이 적응반응은 주로 식물호르몬 앱식산에 의해 조절된다.

특히 앱식산은 스트레스반응에 관여하는 수많은 유전자의 활성을 조절함으로써 식물체가 스트레스에 대한 저항성을 갖도록 도와준다. 일반적으로 유전자 발현조절은 DNA 조절요소와 이 조절요소와 결합하는 전사인자라는 단백질에 의해 이루어지는데 앱식산에 의한 유전자발현 조절의 경우 DNA 조절요소는 밝혀져 있으나 전사인자는 밝혀져 있지 않았다.

[연구내용]
김수영 박사 연구팀에서는 앱식산 반응요소와 결합하는 전사조절 유전자를 세계 최초로 분리하여 ABF1, ABF2, ABF3, 및 ABF4로 명명하고 특허를 획득한 바 있다.

이 연구에서는 이들 ABF 전사인자 중 ABF3와 ABF4의 생체 내 기능을 규명했다. 이를 위해 먼저 ABF의 과다발현 형질전환식물체, 즉 ABF3나 ABF4가 다량으로 만들어지는 유전자조작 식물체를 제작했다. 다음으로 이 형질전환체의 앱식산이나 환경스트레스에 대한 감수성 또는 저항성의 변화를 조사했다. 그 결과 ABF3나 ABF4가 식물체 내에 다량으로 존재할 경우 식물체의 앱식산 감응도가 크게 증가됨이 관찰됐다.

이들 식물체는 가뭄에 대한 저항성이 크게 향상되어 ABF가 가뭄저항성을 조절함을 알 수 있었다. 분자수준에서의 ABF의 기능도 아울러 조사하였는데 ABF가 식물체 내에 다량 존재하면 다수 스트레스반응 유전자들의 활성이 동시에 변화함을 알 수 있었다. 이들 결과는 ABF3 와 ABF4가 생체 내에서 앱식산과 환경스트레스에 대한 반응을 조절함을 보여준다.

[연구성과 및 향후 계획]
이 연구는 ABF가 앱식산에 의한 유전자 발현조절을 수행하는 전사조절단백질임을 밝힘으로써 앱식산에 의한 스트레스반응 유전자의 발현조절 기작에 대한 이해를 명확히 했다.

이 연구결과 ABF의 기능이 규명됨으로써 복합환경내성 작물의 개발에 필요한 이론적 배경을 제시하고 ABF가 스트레스 저항성 품종개발에 필요한 유용한 유전자원임을 밝혔다. 전사조절인자는 다수 유전자의 발현을 일괄적으로 조절하는 기능을 갖고 있다.  

따라서 ABF 과다발현의 경우 앱식산에 의해 발현이 조절되는 여러 가지 스트레스반응 유전자들의 동시 다발적인 활성화와 이로 인한 스트레스 저항성 증가가 기대되는데 상기의 가뭄저항성 증가가 이를 실험적으로 증명해 주고 있다.

앱식산은 가뭄 뿐 아니라 저온, 고온, 고염분과 같은 다른 환경스트레스에 대한 저항성도 조절하므로 이들 스트레스에 대한 저항성 증가도 기대할 수 있어 후속연구를 통하여 ABF형질전환식물체의 복합스트레스 저항성을 조사하고 있다.

가뭄이나 저온 또는 고온 등 극한적인 환경조건 하에서 생장할 수 있는 식물체의 개발로 작물의 재배한계의 극복이 가능해질 수 있다. 이를 위해 유전공학적인 방법을 통해 이들 유전자를 작물에 도입시켜 복합 환경스트레스 저항성 작물을 개발하는 실험이 진행 중에 있다.

이 연구내용은 그 중요성이 인정돼 식물학계의 저명한 국제 저널인 Plant Cell에 게재됐으며 국내 및 국제특허 출원 중에 있다.

취재:선경철(kcsun@news.go.kr)