빛은 식물의 생장과 발달에 있어서 중요한 에너지원이다. 이러한 빛이 어떻게 식물체 안으로 전달돼 씨앗이 자라 성장하고 꽃을 피워 다음 생산까지 가능하게 할까? 그 비밀이 서서히 밝혀지고 있다.
농촌진흥청은 차세대바이오그린21사업 시스템합성농생명공학사업단(단장 이상열) 김정일 교수(전남대) 연구팀과 미국‧중국‧일본 연구팀이 공동으로 수행한 연구 결과가 세계적인 학술지 Science(IF 34.66)에 지난 22일자로 게재됐다고 밝혔다.
김정일 교수 연구팀은 빛을 감지해 식물에 전달하는 문 역할을 하는 수용체 중 크립토크롬의 신호전달에 중요한 역할을 하는 새로운 광 신호전달인자 BIC(Blue-light Inhibitors of Cryptochrome) 유전자를 발견하고 메커니즘(이하 기전)을 밝혔다.
BIC 유전자가 과량 발현된 돌연변이 식물(애기장대)의 경우, 식물의 발아시기에 청색광 반응에 의해 관찰되는 특징(짧은 배축, 열린 떡잎)이 관찰되지 않아 BIC 유전자가 식물체내에 청색광 신호 전달을 원천적으로 차단함을 확인했다.
즉 BIC 유전자는 청색 신호를 식물에 전달하는 청색광 수용체인 크립토크롬(cryptochrome)의 기능을 무력화하는 것이다.
정상 상태에서 크립토크롬이 신호를 전달하려면 이중체(dimer)를 형성해야 하는데, BIC 유전자가 발현되면 BIC 단백질이 크립토크롬에 결합해 이중체 형성을 억제하고 신호전달에 필요한 기전을 방해함으로서 신호전달이 억제된다.
크립토크롬 유전자는 식물에서는 유묘(어린 모종) 발달, 개화 조절 등에 관여하며 인간을 포함한 동물에서는 생체리듬을 조절하는 중요한 유전자로 알려져 있다.
또 연구팀은 BIC 유전자가 식물의 생장(바이오매스) 및 수량(종자수확량) 증대에 관련된 유전자임을 구명해 이 기술에 대한 특허를 완료하고 후속 연구를 진행 중이다.
연구팀은 BIC를 과량 발현한 식물은 정상적인 식물에 비해 식물의 길이 등 모든 기관이 커졌으며 종자수확량도 약 30% 이상 증대됨을 확인했다고 밝혔다.
조남준 농진청 연구운영과장은 “이번 연구결과를 기반으로 식물의 광 반응성을 최적화한다면 고생산성 및 고바이오매스를 생산하는 작물 개발이 가능할 것이며 식량과 에너지 등 다양한 분야에 기술 적용이 기대된다”고 말했다.
