"식물 잎·관다발 발달 핵심 조절 기전 규명"…작물 생산성 증대 기대

miR165 생합성 조절을 통한 관다발 유래 RNA 결합 단백질의 잎-관다발 발달 통합 모델. (포항공대 박소영 대학원생 제공) /뉴스1

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 국내 연구진이 식물의 영양분 수송로인 '체관'에서 나온 특정 신호가 잎의 전체 모양을 빚어내는 핵심 원리를 찾았다.

한국연구재단은 포항공과대학교 황일두 교수 연구팀이 체관 유래 단백질 'JUL1'이 마이크로RNA 생성을 제어해 잎의 균형 잡힌 발달을 유도한다는 사실을 규명했다고 2일 밝혔다.

식물의 잎이 태양광을 잘 받기 위해 넓게 펴지고 그 안의 잎맥(관다발)이 고루 퍼지는 과정은 당연해 보이지만 사실 매우 정교한 조절 시스템의 결과물이다.

식물은 잎에서 광합성을 통해 영양분을 만들고 이를 체관을 통해 온몸으로 보낸다. 그동안 과학계에서는 잎과 체관의 발달이 밀접하게 연관돼 있을 것으로 추측해 왔으나, 두 조직이 어떤 분자적 기작으로 통합 조절되는지는 베일에 싸여 있었다.

연구팀이 기존에 체관 발달을 억제하는 것으로 알려졌던 JUL1 단백질에 주목했다. 그 결과 이 단백질이 잎의 아랫면에서 잎의 형태를 결정하는 유전 물질인 'miR165/166'의 농도를 조절하는 '교통정리' 역할을 수행함을 확인했다.

실험결과 JUL1 단백질은 마이크로RNA 원료가 되는 전사체에 직접 결합해 이들이 성숙하는 과정을 억제했다. 이 단백질이 정상적으로 작동하지 않을 경우, 잎의 위아래 균형이 무너져 잎이 아래로 심하게 말리거나 체관이 비정상적으로 발달하는 현상이 나타났다.

연구팀은 이를 통해 줄기 속 체관 유래 단백질이 잎의 모양을 결정하는 '구조적 축' 역할을 한다는 사실을 최초로 입증했다.

특히 RNA의 구조 조절을 통해 마이크로RNA 생성을 저해한다는 새로운 조절 방식을 제시하며 식물 생물학의 오랜 난제 중 하나인 '조직 간 통합 발달'을 규명했다.

황 교수는 "광합성 산물이 이동하는 체관과 광합성이 일어나는 잎을 통합적으로 이해하는 것은 작물 생산성 증대에 필수적"이라며 "이번 연구 성과를 활용하면 작물의 외형과 수송 능력을 최적화해 변화하는 환경에 강한 맞춤형 작물을 개발할 수 있을 것"이라고 전망했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구 및 박사후국내·외 연수 등의 지원사업으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 온라인 게재됐다.