[체관 수 조절로 생산성 대폭 늘려… 식량 부족 문제 해결 실마리 제시]

식물 체내의 에너지 이동 통로 숫자를 늘려서, 더 많은 열매를 맺도록 유도하는 방법이 보고되었다. 생명과학과 황일두 교수, 조현우 박사, 박사과정 조현섭 씨는 식물 속 광합성 산물이 지나가는 체관^*1 발달을 조절하는 과정을 규명했다.

지구온난화에 따른 식량부족 문제에 대응하여, 식물의 생산성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 연구는 주로 광합성 산물의 생산량이나 저장량을 늘리는 방식으로 진행되어 왔다. 반면 이번 연구에서는 광합성 산물이 분배되는 과정에 주목하여 생산성을 획기적으로 향상시키는 새로운 기술을 개발했다.

연구팀은 애기장대, 담배와 같은 관다발 식물의 체관 발달에 관여하는 특정 단백질을 발견하고, 우리말로 ‘줄기(JULGI)’라고 명명했다. 이 단백질을 제어하여 체관 수가 늘어난 식물은 생산성이 최대 40%까지 증가하였다.

‘줄기’ 단백질의 구체적인 제어 과정도 밝혀졌다. ‘줄기’ 단백질은 체관 발달을 유도하는 특정 RNA가 접혀 있는 구조(G-쿼드러플렉스^*2)에 결합함으로서, 체관 발달을 억제한다. ‘줄기’ 단백질과 목표 유전자들의 체관 발달 조절은, 지구 식생의 대부분을 차지하는 관다발 식물의 진화에 결정적인 기능을 했을 것으로 여겨진다.

황일두 교수는 “지금까지 이론상으로만 제안되어 온 식물 체내의 에너지 수송(분배) 능력과 생산성 사이의 연관성을 최초로 증명한 것”이라며, “기후 변화에 따른 식물 생산성 저하 문제를 해결하는 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구), 농촌진흥청 우장춘프로젝트 지원으로 수행되었다. 식물 분야 최고 권위지인 네이처 플랜트(Nature Plants) 5월 28일 자에 게재되었고, 6월호 표지논문으로 선정되었다.
 

1. 체관(sieve tube)
식물의 체내 연결 통로. 광합성을 통해 잎에서 만들어진 에너지. 즉, ‘당’이 체관을 통해서 줄기, 뿌리, 어린 잎 등 필요한 기관으로 분배됨.

2. G-쿼드러플렉스(G-quadruplex)
단일가닥 RNA가 접혀서 만들어진 특수 구조.