농촌진흥청, 앱시스산 없이 작물 스트레스 신호 켜는 수용체 기술 확보

농촌진흥청 ( 청장 이승돈 ) 은 합성생물학 기반 앱시스산 (ABA) 수용체 설계 원천기술을 확보했다고 밝혔다. 합성생물학은 생명체를 구성 요소 단위로 이해하고 설계해 새로운 기능을 갖는 생물 시스템을 만드는 학문이며, 앱시스산 (ABA) 은 식물이 가뭄, 염 스트레스 등에 대응하기 위해 생성하는 대표적인 스트레스 호르몬이다.

최근 기후변화로 가뭄과 고온 등 환경 스트레스가 심해지면서 작물 생산성이 위협받고 있다. 식물은 가뭄 등 환경 스트레스를 받으면 앱시스산을 만들고, 앱시스산이 수용체 (PYL) 와 결합해 단백질 탈인산화 효소 (PP2C) 활성을 억제한다. 이 과정에서 스트레스 대응 신호가 켜지고 식물이 환경 변화에 적응하게 된다.

연구진은 벼 앱시스산 수용체 (OsPYL5) 에 돌연변이를 유도한 뒤 효모 이중하이브리드 (Yeast two-hybrid) 분석법으로 이를 살폈다. 이후 분석 결과를 토대로 앱시스산 없이도 단백질 탈인산화 효소와 결합해 스트레스 대응 신호를 활성화하는 새로운 수용체를 선발했다.

새로운 수용체 단백질 안에서는 특정 아미노산 잔기 2 개가 앱시스산 없이 신호 활성에 핵심적인 역할을 하는 것으로 확인됐다. 두 잔기를 동시에 변이시켰을 때 신호 활성도가 증가해, 앱시스산이 없어도 스트레스 대응 신호를 켤 수 있는 앱시스산 수용체 설계 가능성이 제시됐다.

이 수용체를 과발현한 벼를 분석한 결과, 기존 벼 품종보다 가뭄이나 염 스트레스 상황에서 생존율과 생체량이 유의적으로 증가했다. 특히 가뭄 처리 뒤 회복 단계에서 높은 생존율을 보여 가뭄 저항성 개선 효과가 확인됐다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 Plant Cell & Environment (IF 6.2) 온라인판에 실렸다. 생물학연구정보센터 (BRIC) 의 ' 한국을 빛낸 사람들 ( 한빛사 )' 논문으로도 선정됐고, 특허출원 'ABA 수용체 돌연변이 및 이의 용도 (10-2448536)' 도 완료됐다.

농촌진흥청 식물소재바이오공학과 이시철 과장은 「이번 연구는 자연계의 신호전달 체계를 밝히는 수준을 넘어 핵심 단백질을 설계해 새로운 기능을 부여한 합성생물학적 성과」라며, 「식물호르몬 의존적 신호체계를 재설계함으로써 작물의 환경 적응성을 크게 높일 수 있는 새로운 접근법을 제시한 점에서 의의가 크다」라고 말했다.

이번 연구는 자연계의 신호전달 체계를 밝히는 수준을 넘어 핵심 단백질을 설계해 새로운 기능을 부여한 합성생물학적 성과

식물호르몬 의존적 신호체계를 재설계함으로써 작물의 환경 적응성을 크게 높일 수 있는 새로운 접근법을 제시한 점에서 의의가 크다