전남대 김정묵 교수팀, 식물의 뿌리체계 형성 ·저온 반응 신호전달경로 규명

전남대 김정묵 교수

[아시아경제 노해섭 기자]식물의 영양분과 물 흡수에 필수적인 뿌리체계 형성의 비밀을 풀어줄 실마리가 전남대학교 연구팀에 의해 풀렸다.

전남대학교 바이오에너지공학과 김정묵 교수 연구팀은 식물의 뿌리체계 형성에 중요한 기능을 하는 전사조절인자를 발굴하고, 저온 환경에서 작용하는 신호전달 체계를 규명한 논문을 식물학 분야 세계적 권위지인 플랜트 셀(The Plant Cell, 2015년 피인용지수: 8.538, 분야내 상위 1.9%) 온라인판에 18일 발표했다.

식물의 뿌리는 영양분과 물을 흡수하고 토양에 부착하는 데 필수적인 기관으로 식물의 생육과 열악한 환경스트레스 하에서의 생존에 매우 중요한 역할을 담당한다. 특히, 식물의 원 뿌리에서 갈라져 나온 측근은 뿌리 전체 구조를 결정하는 주요한 요인인데, 이 연구에서는 측근의 발달과정과 형성을 촉진하는 전사조절 인자인 사이토키닌 반응 인자 (Cytokinin Response Factor) 2 와 3을 발굴했다. 또한, 뿌리의 저온 재해 스트레스 요인에 의한 신호전달 경로를 규명함으로써 저온 스트레스 조건하에서의 식물의 뿌리 발달 적응과정의 분자기전을 해명했다.

세계 인구는 현재 68억 명에서 2050년 91억 명으로 증가할 것으로 예상되지만 농업생산성 증가율은 이를 따라가지 못하며, 더욱이 기후변화는 농업생산성에 더욱 큰 불확실성을 가져다준다. 아울러, 고갈되는 석유자원, 그리고 대기 중 이산화탄소 증가에 기인한 지구 온난화 등의 영향으로 탄소 중립적 바이오 연료 작물 개발에 대한 필요성이 높아지고 있다.

전남대 김정묵 교수팀이 규명한 CRF2 및 CRF3 전사인자의 저온신호전 달 체계에서의 측근형성 모식도

‘Nature’지 2010년 7월 29일자에 실린 ‘굶주린 세계를 어떻게 먹여 살릴 것인가 (How to feed a hungry world)’라는 분석보고서는 이와 같은 상황에서 식물의 뿌리가 미래의 식량산업 발전에 어떤 위치를 점하게 될지를 잘 보여준다. 즉, 높은 수율을 가지면서도 적은 양의 물과 비료를 사용하고, 환경스트레스 저항성을 가진 새로운 작물 개발을 통한 제2차 녹색혁명이 요구되는 시점에서 많은 과학자들이 식물의 뿌리를 연구의 핵심 대상으로 보고 있다는 것이다.

이번 연구 결과는 이러한 관점에서 식물의 뿌리 형성과 환경요인의 상호작용 분자원리 규명의 실마리를 제공한 것으로 평가받고 있다.

연구팀은 이 연구결과에 근거해 ‘뿌리발달 촉진 유전자의 기능’이라는 이름으로 국내특허 출원 및 등록을 완료했다.

이 연구는 농업진흥청 차세대바이오그린21사업 시스템합성생명공학사업단 및 한국연구재단의 연구비 지원으로 수행됐다.