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연구성과

  • 2016-11-03
  • 조회수 3193
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- 뿌리 활성 조작을 통한 농작물 생산성 증진에 활용 가능 -

□ 식물 뿌리의 새로운 기능 발견

  • 식물 뿌리는 식물체를 지지하고 식물 생존에 필요한 모든 물과 양분을 흡수하며 토양 환경을 모니터링 하는 필수적인 식물 기관임.
  • 그러나 빛에너지를 이용하여 공기 중의 이산화탄소를 고정함으로써 지구상의 모든 생물이 필요로 하는 에너지를 공급하는 광합성이 잎에서 일어나며, 흙속에 존재하는 뿌리는 햇빛을 직접 인지하지 않고 잎이 받는 빛신호에 의하여 수동적으로 영향을 받을 것으로 알려져 있음.
  • 본 연구진은 최근 광화학적 분자생물학적 연구 기술을 융합함으로써 잎에서 흡수된 빛이 광섬유와 비슷한 물리적 구조를 가지는 관다발을 통해 직접 지하의 뿌리까지 전달된다는 사실을 세계 최초로 증명하였음.
  • 뿌리로 전달된 빛은 광수용체 단백질을 활성화시켜 뿌리의 생장과 발달을 촉진하고, 나아가 지상부의 잎과 줄기 생장에도 영향을 주고 있음. 이러한 연구 결과는 식물 뿌리가 기존에 알려진 것보다 훨씬 다양한 기능을 한다는 사실을 보여주고 있음.
  • 진화론을 창시한 차알스 다아윈은 식물도 두뇌 활동을 하며, 동물의 뇌와 유사한 기능을 하는 구조가 뿌리에 존재한다는 ⌜root-brain⌟가설을 제시하였고, 최근 다양한 연구들을 통해 식물 두뇌 활동이 증명되고 있음.
  • 본 연구 결과는 식물 뿌리가 빛을 포함한 다양한 외부 환경 정보를 수집하고 적절하게 반응한다는 사실을 발견함으로써 향후 ⌜root-brain⌟가설의 타당성 검증에 크게 기여할 것으로 기대하고 있음.

□ 농작물 생산성 증진을 위한 새로운 연구 기술로 활용 가능

  • 식물 뿌리는 식물체의 물리적인 지지 및 물과 양분 흡수 기능 이외에도 모든 토양 환경신호를 받아들임으로써 병균, 가뭄, 염분 등의 환경스트레스에 대한 저항력을 증진하고 나아가 식물을 생존을 보장함.
  • 본 연구에서는 지상의 햇빛이 식물 줄기의 관다발을 통해 뿌리까지 전달되어 뿌리 생장과 발달을 촉진한다는 사실을 증명하고, 이 과정을 담당하는 광수용체 단백질과 신호전달 단백질들을 분리 동정하였음.
  • 따라서 이들 단백질 유전자들을 이용한 유전자조작을 통해 식물 뿌리의 빛 인지 능력을 증진함으로써 뿌리의 형태적 구조를 보강함으로써 토양환경스트레스에 대한 저항력을 증진하고, 나아가 생산성과 상품성이 향상된 농작물 신품종 개발 연구에 응용 가능함.
  • 본 연구는 미래창조과학부 GRL 및 도약 연구지원 사업, 차세대바이오그린 연구지원 사업, 그리고 G20 국가연합의 국제 연구지원 사업인 Human Frontier Science Program을 통해 수행되었음.

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