바이오인

핵심내용

- 세포사멸 등 방어 기능에 관여, 작물 유전자원으로 뛰어나 -

 □ 고추 종에서 발견한 식물호르몬 반응유전자 ABR1 (Abscisic acid responsive 1)이 식물의 병원균감염 방어 반응에 핵심적 역할을 한다는 사실이 밝혀졌다.

 ○ 고려대학교 황병국(64) 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부가 추진한 21세기프론티어연구개발사업의 작물유전체기능연구 사업단의 지원을 받아 수행되었고,  연구결과는 식물연구 분야에서는 가장 권위 있는 미국 식물학회 공식 저널 Plant Cell의 온라인판(2011년 2월 18일자)에 게재되었다.

□ 황병국 교수 연구팀은 지난 10년간 식물에 침입한 병원균의 생장과 증식을 억제하는 과민성 세포 사멸 방어반응을 일으키는데 관여하는 유전자를 찾아내고자 집중적으로 연구하였다.

 ○ 과민성 세포 사멸이란 병원균이 침입한 부위의 세포 주변이 스스로 괴사하는 현상으로 병원균의 증식 및 생장을 억제해 그 확산을 원천 봉쇄하려는 식물의 방어기능이다. 

□ 황병국 교수팀은 ABR1 유전자 발현을 억제한 고추는 과민성 세포 사멸이 감소하며, 과발현한 고추는 동 세포사멸이 증가한다는 사실을 밝혀내었다.

 ○ 연구팀은 분자세포생물학적으로 연구한 결과 ABR1 유전자 내 염기서열 가운데 GRAM 영역이 유전자의 세포핵 발현을 유도하여 병원균 침입 시 급격히 세포를 사멸시킨다는 것을 입증하였다.

□ 또한, 황 교수팀은 동 유전자를 도입하여 형질전환을 시킨 애기장대에서도 동일한 저항성반응이 발생하는 것을 확인하였다. 

 ○ 이는 ABR1 유전자가 식물의 병저항성에 있어서 매우 중요한 역할을 한다는 것을 보여주는 것으로, ABR1 유전자를 강하게 발현시키면 병저항성이 증가한다는 것을 의미한다.

□ 황교수는 “고추식물의 면역반응을 활성화 시키는 ABR1의 역할이 세포생물학 수준에서 규명되어 병저항성 높은 형질전환(GM) 작물 개발에 필요한 핵심 유전자원을 확보하게 되었다”고 연구의 의의를 밝혔다.

붙임 1. 용어설명
       2. 사진설명
       3. 연구자 이력사항 및 사진

상세내용

용   어   설   명

1. 과민성 세포 사멸 (Hypersensitive Cell Death)

  ○ 병원체의 침입을 기주식물체가 인식하여 감염된 부위에서 국부적으로 기주세포가 급격하게 붕괴, 괴사하여 최고 수준의 식물방어반응을 나타내는 현상

2. GRAM 영역
  ○ GRAM 영역은 Glucosyltransferase, Rab-like GTPase activator,  Myotubularin 유전자들에 공통적으로 보존된 염기 서열로 이들의 앞 글자를 따서 명명된 영역

3. 애기장대
  ○ 재배가 간단하여, 파종 후 6주일이면 차세대의 식물을 얻을 수 있기 때문에 식물의 초파리라는 별명이 있는 실험식물
   - 분자유전학, 분자생물학연구재료로서 많이 사용하고 있음

4. PLANT CELL(미국 식물학회보)
  ○ 1989년부터 발간된 PLANT CELL은 미국 식물학회의 공식저널로서 식물 분야에서 최고 권위를 인정받고 있는 과학저널
   - PLANT CELL은 식물학 분야에서 현재 가장 많이 인용되는 학술지로서 2009년 JCR Impact Factor가 9.29 (5년 Impact Factor, 10.679)이며, 식물분야에서 주로 세포생물학, 분자생물학, 유전학, 발생학, 진화학을 다룸

사   진   설   명

<프로테오믹스기법을 이용하여 ABR1을 탐색한 사진>

좌측 사진은 건전한 고추 식물잎의 프로테옴, 우측은 세균성 점무늬 병원균에 감염된 고추 식물잎의 프로테옴으로 건전한 식물에서는 발현되지 않지만 병 감염시 세포 사멸이 일어날 때 ABR1(오른쪽 붉은 원) 단백질이 발현됨

<프로테오믹스기법을 이용하여 ABR1을 탐색한 사진>

푸르게 나타난 부분이 죽은 세포들로 ABR1 유전자를 발현시킨 고추 식물(왼쪽)에서 ABR1의 발현이 억제된 고추 식물(오른쪽) 보다  세포 사멸이 늘어난 것을 알 수 있음

<병원균(Xcv)이 침입하였을 때 ABR1 유전자의 역할을 세포내에서 도식화한 그림>

ABR1유전자는 세포핵에서 발현하여 병관련 식물호르몬인 앱시스산(ABA) 생성을 억제하고 살리실산(SA)의 생성을 촉진하며, 병저항성 신호전달 경로를 통해 과산화효소 유전자(PO2)를 활성화시켜서 활성산소(ROS)를 생성하고 방어관련 유전자(PR1, SAR8.2)를 발현시켜서 궁극적으로 세포사멸(HR)과 방어반응을 활성화시켜서 병원균 침입에 저항함