봄철 한파나 이상고온 등 갑작스런 기온변화에 따른 작물이나 화훼 등의 생산성 저하를 막는 연구결과가 나왔다.
국내 연구진이 최초로 대기온도 변화를 감지해 식물의 개화시기를 조절하는 기온변화대응 유전자를 찾아냈다.
고려대학교 생명과학과 안지훈 교수 주도하에 이정환 연구교수 등이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행됐다.
이번 연구결과는 국제학술지 사이언스(Science) 9월 13일자 온라인판(Science Express)에 게재됐다. (논문명 : Regulation of ambient temperature-responsive flowering by MADS-box transcription factor repressor complexes)
그동안 온난화에 따른 기후변화는 식물의 개화시기에도 영향을 미쳐 식물 군집변화로 인한 생태계 변화는 물론 유용작물이나 화훼, 수목 등의 생장에도 영향을 미쳐 생산성을 떨어뜨렸다.
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.
이에 국내 연구진은 대기온도 변화에 의해 식물 개화시기를 조절하는 새로운 조절 단백질을 찾아 그 기능을 밝히고자 했다.
안 교수 연구팀은 57종의 애기장대 야생형을 16도와 23도의 온도(장일조건하)에서 생장시켜 개화시기를 조사하여 FLM 유전자가 대기온도 변화를 인지하는 조절인자임을 밝혔다.
기온이 20℃ 이하로 낮아지면 FLM이 SVP(대기온도변화 감지 단백질)와 복합체를 이뤄 개화를 앞당기는 유전자의 발현을 억제해 개화를 늦춘다는 것이다.
이에 따라 두 단백질간의 상호작용을 조절할 경우, 봄철 갑작스런 온도변화에 따른 작물 생산성 저하를 막을 수 있는 육종소재 개발 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구결과, 온도가 낮아지면 개화시기가 늦춰지는 정상 애기장대와 달리, 두 감지 단백질(FLM, SVP)이 제대로 작동하지 않는 돌연변이 애기장대는 온도변화에도 불구하고 개화시기에 변화가 없었다.
또 개화 관련 유전자의 발현에 두 감지 단백질간의 복합체가 관여하는데, 이들 복합체 형성여부가 기온에 따라 좌우되기 때문에 결과적으로 기온변화에 의한 개화시기 조절이 이뤄진다.
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.
■ 용어설명
‧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.
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