[과학을 읽다]식물도 이상기후 느껴 스스로 단백질 조절

김우택 연세대 연구팀, 이상기후 대응한 단백질 품질제어 유전자 규명

▲MPSR1 유전자를 과발현하는 형질전환 식물은 단백질 이상 스트레스에서 강한 생존성을 나타냈다.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 기후변화는 지구 전체에 영향을 끼칩니다. 온도 1도 차이에 따라 생태계의 혼란은 이루 말할 수 없을 지경에 이릅니다. 최근 국내 연구팀이 식물도 이 같은 이상기후를 감지한다는 사실을 규명했습니다. 단백질 품질제어를 조절하는 유전자가 있다는 것을 알아냈습니다.

단백질 품질제어(Protein Quality Control)란 생물체가 외부 스트레스로 변성된 단백질을 제거하거나 원상태로 돌리는 메커니즘을 일컫습니다.

기후변화는 가뭄, 고온, 냉해, 홍수와 같은 이상기후 재해를 불어옵니다. 식량 작물에 심각한 악영향을 주기 때문에 열악한 환경에서도 잘 자라는 신기능 작물의 개발은 세계적 연구과제로 떠오르고 있습니다. 기존 연구들은 저온에 강한 유전자 등 특정 기후환경에 대한 적응을 주로 다루고 있었습니다. 여러 환경 재해에 종합적으로 대응하는 방법에 대해서는 알려진 바가 없습니다.

연구팀은 세포 내 기능이 상실된 변성 단백질을 특이적으로 제거함으로써 다양한 환경 스트레스에 대응해 식물의 생존력을 높이는 핵심 유전자(MPSR1)를 규명했다.

연구 결과를 보면 MPSR1 유전자를 많이 발현하는 식물체가 환경 스트레스를 보다 효과적으로 인식했습니다. 나아가 변성 단백질을 빠른 시간 안에 제거했습니다. 특히 단백질 분해효소 복합체(프로테아좀)에 결합하고 변성 단백질 분해를 효과적으로 촉진해 식물의 생존율을 월등히 높였습니다.

MPSR1은 스트레스 여부에 따라 자가 조절할 수 있었습니다. 스트레스가 없는 평소에는 스스로의 기능을 억제했습니다. 스트레스가 발생하면 이를 감지해 기능을 회복하는 것이 확인됐습니다.

이번 연구는 김우택·양성욱 연세대 공동 연구팀이 수행했습니다. 식물세포에서 단백질 품질제어를 조절하는 핵심 유전자에 대한 연구가 거의 전무한 상태였습니다. 이 때문에 MPSR1 유전자를 발견하고 기능을 점검하고 확인하는데 3년이라는 비교적 긴 연구 시간이 필요했습니다.

김우택 교수는 "이번 연구는 그동안 연구되지 않았던 식물의 이상기후 대응 단백질 품질제어 과정에서의 핵심 조절 유전자를 규명한 것"이라며 "가뭄에 취약한 벼, 고온에 취약한 배추·상추 등에 응용하면 이상기후 스트레스에 대응하는 신기능 작물 개발의 가능성을 열고 세계적 농업경쟁력 확보가 기대된다"고 설명했습니다.

연구 성과는 국제학술지인 미국국립과학원 회보 PNAS(Proceedings of National Academy of Science, USA) 10월 30일자(논문명 : MPSR1 is a cytoplasmic PQC E3 ligase for eliminating emergent misfolded proteins in Arabidopsis thaliana)에 실렸습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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