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연구성과

  • 2017-04-10
  • 조회수 1704
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□ 연구진: 박충모 교수 외 3명

□ 지구온난화로 생태계 파괴 및 식량 생산 위기 초래

  • 지구온난화란 19세기 후반기부터 화석연료의 과다 사용과 대규모 산림벌채 등 환경파괴에 따른 온실가스 방출로 인하여 지구 표면 온도가 서서히 증가하는 현상을 말함.
  • 특히, 20세기 들어 세계 인구 및 산업화의 급증으로 인하여 지구온난화는 인간은 물론 지구상의 모든 생명체 생존을 위협하는 범세계적인 문제로 대두되고 있음.
  • 인류의 주요 식량 제공원인 농작물의 경우 최근의 온도 상승으로 인하여 식물 종의 존립 및 분포가 크게 위협받고 있으며, 이미 식물의 개화가 빨라지고, 채소작물의 경우 조기개화로 인한 성장 둔화 및 상품성 감소 발생 등 전 세계적으로 심각한 피해를 내고 있음.
  • 농작물에 있어 이상고온에 특히 민감한 성장 단계는 막 발아를 한 후 뜨거워진 토양층을 통과하여 지표로 나오는 어린 새싹들로, 식물은 이 과정동안 엽록소가 합성되고 광합성을 함으로써 스스로 생존이 가능한 독립영양생명체로 생활을 시작함.
  • 지구온난화는 이 시기에 엽록소 합성에 큰 영향을 끼쳐 식물의 광합성 효율을 교란시키고 생존력을 떨어뜨리는 것으로 알려져 있음.
  • 본 연구에서는 이상고온 환경에서 막 지표면으로 나온 새싹들이 어떻게 고온에 견디면서 엽록소 합성을 시작함으로써 독립영양 생활을 시작하는지를 분자 수준에서 원리를 규명하였음.

□ 고온 하에서 식물의 엽록소 합성 안정화 전략 발견

  • 대부분의 식물은 겉으로 보기에 정상 온도와 고온 (정상 온도보다 약 5도 정도 높은 온도) 에서 엽록소의 합성이 크게 차이나지 않음.
  • 그런데 특정 식물의 경우 정상 온도에서는 아무런 문제가 없지만, 고온 하에서 엽록소 합성을 하지 못해 광합성 능력을 잃어버린다는 사실을 발견.
  • 본 연구진의 조사 결과 FCA라는 단백질의 기능이 마비된 식물이 해당 현상을 보인다는 것을 알아냄.
  • FCA의 기능이 마비된 식물은 고온에 노출될 경우 엽록소 합성에서 중요한 역할을 하는 효소의 발현이 감소하고 해당 효소의 단백질이 분해된다는 것을 발견.
  • 엽록소의 합성이 제대로 이루어지지 않을 경우 과량의 엽록소 전구체가 활성 산소를 만들어내기 때문에 이 식물은 고온 하에서 활성 산소에 의해 큰 피해를 입음.
  • 즉, 엽록소 합성 효소는 고온 하에서 안정성이 떨어지기 때문에 식물은 FCA라는 단백질을 이용하여 엽록소 합성 효소의 안정성을 유지시켜 고온 하에서도 광합성이 가능하도록 하는 시스템을 개발했다고 볼 수 있음.

□ 엽록소 합성 안정화를 통해 지구온난화 적응력 증진 작물 개발 가능

  • 교배를 통해 재배되는 작물은 세대가 진행되면서 유전적 변이가 일어날 수 있기 때문에 후속 세대에서 한 두 개의 유전자 발현이 바뀔 수 있음.
  • 본 연구는 단 하나의 유전자 기능이 바뀜으로써 정상 온도보다 조금만 온도가 높아져도 식물의 생존이 불가능해진다는 것을 발견하였다는 점에서 큰 의의를 가짐.
  • 특정 작물이 유전적 변이를 일으켰더라도 지구온난화가 가속되어 이상 고온 현상이 발생되지 않는 한 문제를 알 수 없음.
  • 따라서 본 연구에서 밝힌 내용을 토대로 현존하는 작물이 지구온난화에 적응력이 있는 지 검사할 수 있고, 그렇지 않을 경우 엽록소 합성 안정화 시스템을 도입하여 지구온난화에 대비할 수 있음.
  • 본 연구는 한국연구재단 GRL 및 농촌진흥청 차세대바이오그린 21 연구 지원 사업들의 지원을 받아 수행되었음.

□ 위에서 기술한 이상 고온 하에서 식물의 엽록소 합성 안정화 시스템에 대한 연구결과는 세계적인 학술지인 Developmental Cell 4월호에 게재될 예정임.

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