세종대학교(총장 배덕효) 바이오산업자원공학과 김현욱(사진) 교수 연구팀은 식품과 산업원료인 식물 지방의 생산을 증진시키는 새로운 전사인자들을 발굴한 연구결과를 식물 분야 저명 국제학술지인 Plant Journal에 발표했다. 학술지의 영향력을 평가하는 'JCR Impact Factor'는 7.2로, 식물분야 상위 4.1%에 속한다.
식물의 지방은 오메가3 등 건강식품과 다양한 용도의 산업원료로 사용되고 있다. 식물 지방은 석유와 구조가 유사해, 인구의 증가 및 과도한 석유 자원 사용에 의한 지구온난화를 줄일 수 있는 친환경적이고 지속 생산이 가능한 산업원료이다.
식물 지방에 대한 미래 수요를 충족시키기 위해서는 오일 식물의 경지면적 한계를 극복해 식물 지방의 생산성을 증가시키는 연구가 필요하다. 이런 과제를 해결하기 위해 김 교수 연구팀은 오일작물의 모델식물인 애기장대에서 지방합성을 조절하는 전사 조절 유전자를 규명하는 연구를 진행해 오고 있다.
연구팀은 식물 종자 발달에서 수많은 유전자의 발현 변화가 복잡해 지방을 특이적으로 조절하는 전사인자의 발굴이 어렵다는 점을 고려해 종자 발달의 마스터 조절자인 LEC2 유전자의 조절을 받는 총 25개의 종자 특이 전사인자를 담뱃잎에 일시적으로 과발현시켜 지방생산을 측정하는 새로운 방법을 고안했다.
이 방법을 통해 5개의 신규한 지방생산 증진 조절 유전자를 발견했다. 이 중 AIL6 유전자를 애기장대에 과발현시켰더니 종자 지방 생산이 성공적으로 증진했다(그림1).
그림1 : 담뱃잎에서 일시적 과발현 방법을 이용하여 마스터 조절자인 LEC2에 의해 조절되면서 지방 합성을 조절하는 5가지 전사인자(ARR21, AIL6, ERF55, WRKY8, ANAC038)를 발견함.
김 교수는 “이번 연구는 2만여 개의 유전자의 발현이 매우 복잡하게 관여하는 종자 발달 과정에서 지방 생산을 타겟해 조절하는 전사인자들을 효율적으로 발굴했다는 기술적 성과와 이번 개발 유전자들을 식물 지방 생산 증진에 활용할 수 있다는 산업적 가치에 그 의의가 있다” 고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업(NRF-2020R1A2C2008175)과 농촌진흥청 신육종기술개발사업(RS-2022-RD009977, RS-2024-00322277)의 지원받아 수행됐다.
<참고자료>
식물의 지방 생산을 증진시키는 조절유전자 발굴
□ 연구배경
◯ 식물성 지방은 바이오 디젤 및 세제, 윤활유 및 페인트의 산업용 공급 원료와 식품으로 사용되는 중요한 재생 가능 자원임
◯ 식물성 지방에 대한 수요가 증가함에 따라 다양한 응용 분야에서 생산을 향상시킬 필요가 있음.
◯ 식물 지방 생합성에 관여하는 효소는 다중 전사인자에 의해 동시에 조절됨.
◯ 식물 지방 생합성에 관여하는 주요 전사인자를 식별하고 그 메커니즘을 연구하는 것은 식물지방 합성의 복잡한 조절 네트워크를 이해하고 생산 증진에 적용하는 데 중요함.
□ 주요 연구 결과
◯ LEC2를 과발현하는 애기장대 잎에서 상향 조절된 25개의 종자 발현 전사인자를 확인함.
◯ 이 연구에서는 지방 생합성을 조절하는 알려지지 않은 전사인자를 식별하기 위해 담배 잎에서 25개의 전사인자 각각을 일시적으로 발현시킨 후 잎의 지방 함량을 박층 크로마토그래피 및 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석함.
◯ 애기장대 반응성 조절제 21(ARR21), 아인테구멘타 유사 6(AIL6), APETALA2/에틸렌 반응 인자 55(ERF55), WRKY DNA 결합 단백질 8(WRKY8), 단백질 38을 함유한 애기장대(NAC) 도메인(ANAC038)의 5개의 전사인자가 잎에서 TAG 합성을 증가시키는 것을 발견함.
◯ 이 중에서도 AIL6, ERF55, WRKY8 및 ANAC038의 프로모터는 LEC2에 의해 활성화되는 LEC2 결합 부위인 RY 모티프를 포함하고 있음.
◯ 애기장대에서 AIL6 과발현은 종자의 총 지방 함량을 증가시키고 지방산 조성을 변화시켰음. AIL6 과발현은 여러 지방산과 지방 생합성 유전자를 활성화시킴. 따라서 본 연구는 TAG 생합성에서 LEC2에 의해 조절되는 몇 가지 새로운 전사를 성공적으로 확인하고 AIL6가 종자의 지방함량을 증가시킨다는 것을 보여줌.
세종대 홍보실(hongbo@sejong.ac.kr)