이상 고온 대응 식물의 생존원리
이상 고온 대응 식물의 생존원리
  • 함예솔
  • 승인 2020.11.25 13:00
  • 조회수 1815
  • 댓글 1
이 기사를 공유합니다

19세기 초반 전후로 시작된 산업혁명 이후 세계적으로 공업화가 급속히 진행됨에 따라 석탄, 석유 등의 화석연료가 과다 사용되고, 그 결과 지구온도가 점진적으로 상승하는 지구온난화가 진행되고 있으며, 최근 온도 상승 속도가 더욱 빨라짐에 따라 환경 및 식량원예농업 분야의 범지구적 이슈가 되고 있습니다.

따뜻한 곳에서 동식물은 번성합니다. 출처: pixabay
지구온난화는 동식물 식생에 영향을 미친다.  출처: pixabay

지구온난화는 동식물 식생은 물론 인류의 생활 패턴에도 광범위한 영향을 끼치고 있고 특히, 지구온난화로 인해 수시로 발생하는 이상 고온 현상은 대부분의 식량원예작물들의 생육과 생산성을 크게 위협함으로써 환경 보호와 미래 식량자원 확보대책이 시급한 상황입니다.


본 연구진은 최근 이상 기온에 대응하여 식물은 자체적으로 적극적인 방어 전략을 구축하고 능동적으로 적응함으로써 고온에서도 최적의 생장을 유지하고, 나아가 고온에 의한 세포 피해나 식물 자체가 고사하는 상황을 효율적으로 극복하는 분자적 원리를 세계 최초로 증명했습니다. 해당 연구는 <nature plants>에 게재됐습니다. 

 

고온에 노출된 식물, 어떻게 방어하나 봤더니 

이상 고온에 의한 게놈 DNA 손상과 RECQ2에 의한 수리. 출처: 서울대학교
이상 고온에 의한 게놈 DNA 손상과 RECQ2에 의한 수리. 출처: 서울대학교

고온 스트레스에 의해 발생하는 대표적인 피해중의 하나는 식물 게놈 DNA가 손상되는 것으로서 이 DNA 손상이 신속하게 수리되지 않으면 세포가 사멸되고 결국에는 식물이 생장을 멈추고 서서히 죽게 됩니다. 그러나 식물은 고온에 노출되면 DNA 보호 기능을 가지는 RECQ2라는  DNA helicase 효소 활성을 촉진하고, 이 RECQ2 효소가 손상된 DNA 부위에 결합하여 파괴된 부위를 수리함으로써 식물 생존을 확보하고 생산성을 유지한다는 사실을 증명했습니다. 

  • HOS1 단백질

    게놈 DNA에 결합하는 단백질로서 그 결합 부위에 위치하는 유전자 발현을 촉진합니다.

  • RECQ2 helicase

 손상된 게놈 DNA 부위에 결합하여 신속하게 수리를 촉진하는 효소이며, 이 효소는 특히 고온에서 발현량이 크게 증가하는 특징이 있고, 본 연구의 핵심 주제입니다.

본 연구를 통해 고온 반응 RECQ2 helicase라는 새로운 DNA 보호 효소를 발견하고, 이 효소가 고효율의 DNA 수리 능력을 가지고 있음을 증명했습니다. 또한 이 효소가 과량 발현되는 식물의 경우 고온에 노출되더라도 게놈 DNA의 손상이 진행되지 않고 생장이 최적으로 유지됨으로써 고온 적응력이 크게 강화되어 있다는 사실을 확인합니다.
 

이상 고온에 의해 발생하는 식물의 구조적 생리적 피해 현상들은 어느 정도 보고가 되어 있으나 게놈 DNA가 파괴되고 이 DNA 파괴가 식물을 고사시킨다는 사실과 이에 대응하여 식물이 효율적인 방어 기작을 보유함으로써 생존을 유지한다는 본 연구 결과는 식물학계 최초의 연구 보고입니다.

 

고온 내성 농작물 개발되나

 

본 연구를 통해 RECQ2 유전자의 고온 대응 식물 보호 기능이 증명되고 이 유전자의 상위 조절자인 HOS1 단백질 유전자 또한 농작물의 고온 내성 증진 기술 연구에 바로 활용이 가능할 것으로 예상됩니다.

 

지구온난화로 인한 지구온도 상승 결과 채소작물의 조기개화 및 노화 촉진, 잎과 줄기의 불균형 성장, 식량작물의 결실 감소 등이 광범위하게 보고되고 있고, 특히, 최근들어 이상 고온이 자주 발생함으로써 농작물이 말라 죽거나 생산량이 크게 감소하는 피해가 자주 발생하기도 합니다. 

 

따라서 RECQ2 유전자나 그 상위 조절자인 HOS1 유전자를 농작물에 형질전환 함으로써 고온 내성을 증진하기 위한 유전자조작 연구가 선별된 주곡작물을 대상으로 진행되고 있습니다. 


##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 1
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
pioneercoffee 2020-11-29 22:20:52
잘 봤습니다 !

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2024 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트