단백질에 의해 엽록체 발달과 스트레스 저항성이 동시에 조절되고 있음을 보여주는 모식도(왼쪽)와 장규필(사진 가운데) 교수 연구팀.<전남대학교 제공>

전남대 연구진이 기후변화로 인한 가뭄·고온 등 환경 스트레스 속에서도 수확량을 유지하면서 생산성을 높일 수 있는 작물 개발의 핵심 단서를 제시했다.

30일 전남대학교에 따르면 생명과학기술학과 장규필 교수 연구팀은 엽록체가 식물의 발달과 성장에 필요한 에너지를 생산하는 광합성 기관을 넘어 환경 스트레스 저항성을 결정하는 핵심 세포소기관임을 규명했다.

연구팀은 중요 식량작물인 벼를 활용한 ‘철 기반 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제 효소 유전자(OsFeSOD3)’ 단백질이 엽록체 유전자 발현을 담당하는 PEP(Plastid-Encoded RNA Polymerase) 콤플렉스의 구성 요소로 작용하며, 엽록체 발달을 조절하는 핵심 인자임을 확인했다.

또한 OsFeSOD3 단백질이 엽록체 내 활성산소(ROS)를 제거하는 항산화 효소로 작용해 식물의 환경 스트레스 저항성을 조절한다는 사실도 함께 밝혀냈다.

실제로 OsFeSOD3 발현이 증가된 벼는 비스트레스 조건에서도 생장과 생산성을 유지하면서 스트레스 조건에서는 높은 저항성과 향상된 생산성을 동시에 보였다.

연구팀은 이를 통해 OsFeSOD3가 엽록체 발달과 ROS 조절을 동시에 제어하는 ‘이중 조절자’로 작용함을 제시하며, 생장과 스트레스 저항성 간 상충 관계를 극복할 수 있는 가능성을 입증했다.

이번 연구로 생장과 스트레스 저항성을 동시에 확보하기 어려웠던 기존 작물 연구의 한계를 넘어 기후위기 시대 식량안보를 해결할 수 있는 새로운 돌파구가 될 것으로 기대된다.

장규필 교수는 “이번 연구는 작물 연구의 오랜 과제였던 생장·생산성과 스트레스 저항성의 동시 향상 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 기후변화에 대응하는 고생산성·내재해성 작물 개발의 중요한 학문적 기반이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 전남대학교 생명과학기술학부 장규필 교수가 교신저자, 서덕현 박사과정 학생이 제1저자로 참여했으며, 식물학 분야 국제 학술지인 Plant Biotechnology Journal에 게재됐다.

/박선옥 기자

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