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포스텍 황인환 교수 연구팀은 과학저널 ‘네이처 셀 바이올로지’에 발표한 논문을 통해 애기장대의 AKR2 유전자가 식물세포의 엽록체 생성에 필수적인 역할을 한다는 사실을 세계 최초로 규명했다고 13일 밝혔다.
식물의 광합성을 담당하는 기관인 엽록체는 식물 자신뿐 아니라 모든 생물이 살아갈 수 있는 에너지를 제공한다. 그러나 지금까지 과학자들은 엽록체가 광합성에 관여한다는 사실만 밝혀냈을 뿐, 엽록체의 생성과 기원 규명에는 어려움을 겪어왔다.
엽록체의 형성 및 광합성과 같은 식물의 생장활동을 위해서는 3000∼5000종의 엽록체 구성 단백질이 필요하며, 이 단백질들은 세포질에서 만들어진 후 엽록체로 이동한다.
황 교수팀은 유전자 지도가 완성된 애기장대를 이용해 엽록체를 구성하는 외막 단백질(OEP)이 식물의 세포질에서 생성된 후 AKR2 유전자와 결합해 이동한다는 사실을 확인했다.
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실험결과 AKR2 유전자는 세포내에서 단백질을 생성하는 리보좀 구성물질 중에서 유독 엽록체 외막 단백질에만 결합하는 특성을 가진 것으로 나타났다. 반대로 AKR2 유전자의 기능을 유전적으로 차단하자 엽록체가 생성되지 않아 광합성이 이뤄지지 않는 것을 확인할 수 있었다.
황 교수는 “외막 단백질에 관여하는 유전자를 찾아낸 만큼 내부 단백질에 반응하는 유전자도 곧 규명될 것”이라며 “엽록체 생성원리를 모두 밝혀내면 새로운 식물의 광합성 과정에 관여해 새로운 물질을 만들어내는 일도 가능하다.”고 덧붙였다.
황 교수팀은 우선적으로 성장호르몬 등 고부가가치를 가진 단백질을 식물 내에서 생산하는 연구를 시작할 계획이다. 또 장기적으로 유전자조작을 통해 광합성 효율을 대폭 높임으로써 이산화탄소 등 온실가스를 흡수하는 식물도 조합할 예정이다.
박건형기자 kitsch@seoul.co.kr