기온변화를 감지하는 식물의 온도계 단백질 규명

사이언스지 게재, 기후변화 영향평가 및 육종소재개발 연구에 응용 기대

□ 국내 연구진이 봄철 한파나 이상고온 등 갑작스런 기온변화에 따른 작물이나 화훼 등의 생산성 저하를 막기 위한 실마리를 찾아냈다. 대기온도 변화를 감지해 식물의 개화시기를 조절하는 기온변화대응 유전자를 찾아낸 것이다.

 o 고려대학교 생명과학과 안지훈 교수 주도하에 이정환 연구교수 등이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 권위있는 국제학술지 사이언스(Science) 9월 13일자 온라인판(Science Express)에 게재되었다.

   ( 논문명 : Regulation of ambient temperature-responsive flowering by MADS-box transcription factor repressor complexes )

□ 온난화 같은 기후변화는 식물의 개화시기에도 영향을 미쳐 식물 군집변화로 인한 생태계 변화는 물론 유용작물이나 화훼, 수목 등의 생장에도 영향을 미쳐 생산성을 떨어뜨릴 수 있다.

 o 그 동안 고온내성이나 저온순응과 같이 극단적인 온도 조건하에서 식물의 반응이나 개화에 대한 연구는 있었지만, 온난화 등으로 인한 대기온도의 상대적으로 미세한 변화에 따른 개화시기 조절에 대해서는 잘 알려지지 않았다.

□ 안 교수 연구팀은 여러 기온조건에서 50여종 애기장대*의 개화시기를 조사하여 대기온도 변화를 감지하는 단백질 FLM**을 규명해냈다.

 o 기온이 20℃ 이하로 낮아지면 FLM이 SVP(대기온도변화 감지 단백질)와 복합체를 이뤄 개화를 앞당기는 유전자의 발현을 억제해 개화를 늦춘다는 것이다.

 o 두 단백질간의 상호작용을 조절할 경우, 봄철 갑작스런 온도변화에 따른 작물 생산성 저하를 막을 수 있는 육종소재 개발 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

    * 애기장대(Arabidopsis) : 유전체의 크기가 작고 유전정보가 모두 해독돼 형질전환이 쉽고, 생장주기가 6주에 불과해 식물연구에 많이 활용되는 모델 식물체

   ** FLM(Flowering Locus M) 단백질 : MADS 박스라는 서열을 가진 전사인자로 표적유전자의 정보를 읽어 RNA를 만드는 과정인 전사를 조절한다. 표적유전자로는 FT, TSF, SOC1 과 같은 개화를 앞당기는 유전자가 알려져 있다.

□ 연구결과, 온도가 낮아지면 개화시기가 늦춰지는 정상 애기장대와 달리, 두 감지 단백질(FLM, SVP)이 제대로 작동하지 않는 돌연변이 애기장대는 온도변화에도 불구하고 개화시기에 변화가 없었다.

 o 개화 관련 유전자의 발현에 두 감지 단백질간의 복합체가 관여하는데, 이들 복합체 형성여부가 기온에 따라 좌우되기 때문에 결과적으로 기온변화에 의한 개화시기 조절이 이뤄진다.

 o 구체적으로 SVP 단백질은 고온에서 세포내 쓰레기처리장인 프로테아좀*에서 활발히 분해되면서 복합체 형성이 저해된다.

   * 프로테아좀(proteasome) : 기능을 다하거나 잘못 만들어진 단백질 등 세포에 더 이상 필요하지 않은 단백질을 분해하는 세포내 소기구

□ 안 교수는 “이번 연구는 SVP와 FLM 같은 전사조절 단백질이 단백질 복합체를 형성하여 대기온도에 의한 식물 개화시기를 조절하는 기전을 최초로 규명한 것으로, 향후 기후변화 영향평가를 위한 식물생장 예측 모델링 연구에 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

 [붙임] 연구결과 개요, 용어설명, 그림설명 및 연구자 이력사항

< 미래창조과학부 기초연구진흥과 02-2110-2372 >

2013.9.13. 미래창조과학부

“이 자료는 미래창조과학부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”