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가뭄 재해에 의해 식물의 곁뿌리 발달이 억제되는 메커니즘 최초 규명

경상국립대 정우식 교수·김선호 연구교수팀, 메커니즘 규명

옥신 호르몬 신호 전달 경로 억제·조절해 가뭄 저항성 증가

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경남 진주시 경상국립대 자연과학대 생명과학부 정우식 교수와 김선호 연구교수 공동연구팀은 가뭄 재해에 의해 식물의 곁뿌리 발달이 억제되는 메커니즘을 최초로 규명했다고 3일 밝혔다.
경상국립대 자연과학대 정우식 교수와 김선호 연구교수 공동연구팀은 가뭄 재해에 의해 식물의 곁뿌리 발달이 억제되는 메커니즘을 최초로 규명했다. 경상국립대 제공
정우식 교수 공동연구팀은 모델 식물인 애기장대를 이용해 가뭄이 곁뿌리 발달을 주도하는 옥신 호르몬 신호전달 경로를 억제·조절해 결과적으로 곁뿌리 발달을 억제한다는 신호 경로를 밝혔다. 이어 곁뿌리 발달이 줄어든 식물체가 가뭄 저항성이 크게 향상됨을 밝혔다.

정상 조건에서 식물의 곁뿌리 발달은 옥신 신호전달 촉진인자(ARF)가 주도해 하위의 곁뿌리 발달 유전자들(LBD)의 발현 증가로 이뤄진다. 또 가뭄 조건에서는 재해 반응 인산화효소의 활성이 증가하고, 이 인산화효소에 의해 옥신 신호전달 억제인자 중 하나인 IAA15 단백질이 인산화를 통해 단백질이 안정화하고 축적된다.

축적된 IAA15 단백질은 옥신 신호전달 촉진인자(ARF)를 억제해 곁뿌리 발달 유전자들(LBD)의 발현을 감소시킴으로써 최종적으로 곁뿌리 발달이 억제된다는 것을 유전학, 분자생물학, 생화학 기법으로 규명했다.

그뿐만 아니라 IAA15 단백질의 인산화모방 돌연변이(IAA15DD)가 과발현되는 형질전환 식물체를 구축해 이 식물체가 곁뿌리 발달이 억제되며 뚜렷하게 향상된 가뭄 내성을 보임을 보고했다.

이번 연구를 통해 식물이 가뭄 내성을 유도하기 위해서 어떻게 뿌리 발달을 억제하는지 그 경로와 작용 기작을 세계 최초로 명확하게 규명했고, 뿌리 구조 변화라는 새로운 개념의 가뭄 내성 작물 개발 전략을 위한 원천 기술과 유용 유전자원을 제공하게 됐다.

정우식 교수는 “뿌리 구조 변화라는 새로운 전략과 옥신 신호전달 억제인자의 발현 조절을 잘 활용하면 세계적으로 농업에서 매우 중요한 옥수수와 콩을 포함하는 다양한 작물의 가뭄 내성을 높여 농업 생산성 증대에 이바지할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이어 그는 “앞으로 주요 작물의 목표 유전자를 동정하고 유전자 교정 기술을 포함하는 후속 연구를 통해 가뭄 내성이 증가한 비 형질 전환 작물 종자를 개발해 농업 대국에 판매하고자 한다”고 포부를 밝혔다.
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