‘플랜트 셀(Plant Cell)’지 게재

시스템생물학과 배현숙 교수 연구팀이 식물의 광산화 스트레스 저항성을 증진시키는 기술을 10월 22일자 ‘플랜트 셀(Plant Cell)’(IF 9.251)에 발표했다.

연구팀은 CPP1을 이용하여 식물의 엽록체 단백질 중 광산화 스트레스에 가장 취약한 POR 효소를 보호함으로써 스트레스 저항성을 크게 증가시킬 수 있는 기술을 발명했다.

Protochlorophyllide Oxidoreductase(이하 POR) 효소는 식물의 엽록체 엽록소 생합성 과정 중 프로토클로로필리드에서 클로로필리드로 환원하는 스텝을 매개하는 효소이다. 프로토클로로필리드와 클로로필리드는 강력한 감광제로서 빛에 반응하여 활성산소종을 만든다. POR 효소는 빛에 의해 효소 활성이 촉진되는 특이한 성질이 있으며 막(膜) 관통 영역은 가지고 있지 않으나 엽록체 막에 부착되어 있다. 피자식물(angiosperm)이 엽록소를 생합성하는 데 꼭 빛이 필요한 이유는 바로 POR 효소를 활성화하는 데 빛이 필요하기 때문이다.

‘플랜트 셀’에 발표한 이 논문에서 저자들(제1저자 이재용·이호석, 교신저자 배현숙)은 작은 크기의 엽록체의 막 단백질인 CPP1이 엽록체 막에서 POR와 결합하며 POR에 특이적인 샤페론 활성을 이용하여 POR 효소를 빛과 활성산소종의 공격으로부터 보호하고 POR 단백질 구조를 안정화시키는 역할을 한다는 것을 규명했다.

식물이 강한 빛에 노출되었을 때 CPP1 단백질 양이 크게 증가하며 CPP1이 결핍되면 식물은 광산화 스트레스 때문에 상해를 입으며 성장이 크게 저해된다. POR 효소를 보호하는 CPP1의 기능은 산소 발생 광합성을 수행하는 모든 생물에 진화적으로 보존되어 있다. 

이번 연구 결과를 응용하여 광산화 스트레스에 대해 저항성을 가지는 유용작물 품종을 개발할 수 있고 그 결과 농작물의 수확량을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.