그동안 세계적으로 인정받지 못하던 국내 식물학계가 국제적으로 저명한 학술지인 CELL 6월1일호에 게재돼 주목받고 있다. 금호석유화학(대표 박찬구)의 바이오연구소인 금호생명환경과학연구소(소장 송순) 박충모 박사팀은 식물의 생장이 빛과 식물 생장호르몬의 일종인 브라시노스테로이드 호르몬과의 상호작용에 의해 조절된다는 사실을 세계 최초로 실험적으로 증명해 세계 최고의 과학 학술지인 cell 105호에 실렸다. 박충모 박사 연구팀의 논문은 완두식물로부터 분리된 Pra2라는 소분자 G-단백질이 식물 광신호전달경로에 있어서 일종의 분자적 on/off 스위치로 작용해 식물체 내에서의 빛과 식물생장호르몬 신호간의 상호작용을 매개한다는 내용을 담고 있다. 연구논문에 따르면, Pra2 소분자 G-단백질은 암배양 하에서만 선택적으로 발현되며, 최근 식물 황화현상과 세포 생장에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀진 브라시노스테로이드 식물생장호르몬 합성을 조절하는 사이토크롬 P450 효소(DDWF1으로 명명)의 활성을 촉진하고, 이 식물생장호르몬이 암상태에서 식물의 하배축 생장을 유도한다. 식물이 빛을 받게 되면 Pra2의 발현량이 급격하게 줄어들기 때문에 브라시노스테로이드 호르몬의 합성량이 줄어들어 하배축의 생장이 멈추게 된다. 이것은 식물의 씨앗이 암상태인 땅속에서 발아돼 흙을 뚫고 광합성에 필요한 빛에 도달하는 동안 일어나는 황화현상에 대해 규명된 최초의 분자생물학적 메카니즘이다. 따라서 박충모 연구팀의 연구결과를 이용하면 유전공학적으로 빛이 있거나 없는 상태에서의 식물의 생장을 조절할 수 있음을 제시하고 있다. 브라시노스테로이드 생장호르몬이 줄기의 생장을 조절하기 때문에 Pra2나 DDWF1 단백질 유전자를 이용하면 농작물의 키를 줄이거나 신장시키는 유전자조작이 가능해지는 것이다. 이와 같은 유전자 응용 가능성 때문에 금호생명환경과학연구소는 Pra2 생장호르몬 생합성 효소에 대한 미국특허와 국내특허를 출원했다. Cell에 실리는 총 논문편수는 연간 100여편에 지나지 않고 그나마 식물연구논문은 10여편 정도만 실리고 있는데 국내 식물분야 연구논문이 국내 최초로 게재된 것은 특이할만한 일이며, 국내 식물학분야 연구수준을 세계적 수준으로 한단계 올려놓는 계기를 마련한 것으로 평가되고 있다. 다른 생명과학 연구분야에 비해 연구기반 및 연구지원이 취약한 국내 식물과학 실정에 비추어 볼 때 박충모 박사팀의 연구결과가 Cell에 게재된 것은 집중적인 연구 투자만 뒷받침된다면 국내 식물학 연구수준도 곧 세계적 수준에 도달할 수 있음을 보여주는 것이다. 7명의 연구원으로 구성된 박충모 연구팀은 1998년부터 약 3년에 걸쳐 연구했으며 연간 3억원씩 총 9억원을 연구비로 투입했다. 과학기술부의 국가지정연구실사업(NRL)과 학술진흥재단의 기초과학 연구비를 수혜했다. 박충모 박사는 연구 결과를 기반으로 빛에 의해 조절되는 식물 생장 전반에 대한 연구를 진행하고 있다. 특히, 밀집재배를 하는 농작물에서 관찰되는 바와 같이 빛이 충분하지 않은 조건 하에서는 식물 생장이 비정상적으로 진행돼 환경요인과 병충해에 약해지는 문제를 해결하기 위해 음지에서의 생장을 조절함으로써 좀 더 건강한 식물체를 개발하기 위한 연구를 진행중이다. 브라시노스테로이드 호르몬 합성효소 유전자를 잔디 등의 농작물에 도입해 생장이 촉진 또는 억제된 유전자조작 식물체 연구가 수행되고 있다. 과학잡지 Cell은 Impact Factor(인용빈도)가 Nature지의 28보다 2배에 가까운 41인 세계 최고의 생명과학 저널이다. 지금까지 한국에서는 2001년4월 생명공학원 류성언 박사의 논문이 유일하게 실린 바 있다. 소분자 G-단백질은 동식물의 체내 신호전달에 관여하는 매우 중요한 단백질로서 외부환경 자극을 받아 생물체 내의 다양한 생리적 작용을 일으키는 일종의 on/off 분자스위치 단백질이다. 브라시노스테로이드 생장호르몬은 식물생장호르몬 중 가장 최근 연구하기 시작한 생장조절호르몬으로서 주로 식물세포의 길이생장과 황화현상을 조절하는 기능이 있다. 화학적 구조는 동물의 스테로이드 호르몬과 유사하다. 사이토크롬 P450 효소는 브라시노스테로이드 호르몬의 합성에 관여하는 효소들 중 가장 중요한 효소로서 이 효소에 돌연변이가 일어나면 정상적인 생장이 일어나지 않는다. 황화현상은 빛이 없거나 적은 상태에서 식물을 기르면 줄기가 비정상적으로 자라는 현상이다. 식물이 광합성에 필요한 빛에 빨리 도달하기 위해 다른 부분의 생장은 억제하고 줄기의 생장만을 촉진시켜 일어나는 현상이다. <Chemical Daily News 2001/06/07> |
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