‘Nature Biotechnology’지 발표 농업 · 바이오에너지 연구 새로운 발전 가능성 열어 생명공학과 이인석 교수가 식물유전자 2만 개 간에 존재하는 백만 개 이상의 기능적 상관관계를 지도화한 세계 최대 식물유전자네트워크를 규명하였다. 이번 연구 결과는 세계 최고의 권위 있는 생명공학저널인 ‘네이처 생명공학(Nature Biotechnology)’지 1월 31일자(현지시간) 온라인판에 게재됐다. 이번에 밝혀진 것은 식물의 한 종류인 애기장대(Arabidopsis)의 유전자네트워크이다. 사람들이 서로 연결되어 “사회”라는 휴먼네트워크를 이루고, 컴퓨터들이 서로 연결되어 “인터넷”이라는 컴퓨터네트워크를 구성하듯이, 생물체 안에 존재하는 유전자들도 기능적으로 서로 연결되어 “유전자네트워크”를 형성한다. 유전자네트워크는 현대 생물학 연구에 매우 유용하게 사용된다. 예를 들면, 성격이 비슷한 사람들끼리 서로 가깝게 지내듯이, 기능이 유사한 유전자들도 보다 밀접하게 관련되어 있어, 이 관련성을 지도화한 유전자네트워크를 활용하면, 밀접하게 연관된 이미 밝혀진 이웃 유전자들의 기능을 통해 밝혀지지 않은 유전자의 기능을 예측할 수 있게 된다. 이인석 교수 연구팀의 이번 연구는 유전자네트워크를 이용한 연구방법이 기존의 미생물과 동물연구뿐만 아니라, 식물에서도 가능하다는 사실을 밝혀낸 것이다. 이 교수는 단세포 진핵미생물인 효모와 동물연구 모델생명체인 꼬마선충의 유전자네트워크를 개발하고, 이를 활용하여 종양과 같은 질병과 관련된 새로운 유전자들을 예측할 수 있다는 사실을 2004년과 2008년에 각각 ‘사이언스(Science)’지와 ‘네이처 유전학(Nature Genetics)’지에 발표한 바 있다. 식물은 자연계에서 동물보다 더 오래 진화해 왔기 때문에, 유전자의 수도 많고 복잡하여, 현재까지 식물의 기능에 대한 연구는 동물에 비해 상대적으로 뒤떨어져 있다. 그러나 21세기 식량문제와 환경문제가 글로벌 이슈로 대두됨에 따라, 식물연구의 필요성은 증대되었다. 특히 벼와 옥수수 같은 주요작물이 가뭄이나 병충해와 같은 유해환경에 적응하는 데 주요한 역할을 하는 ‘작물유전자’의 발굴은 식량문제와 환경문제를 해결하는 데 중요한 열쇠가 된다. 그러나 일반적으로 작물당 3~5만 개에 이르는 유전자들 중에서 중요한 형질과 관련된 소수 유전자들을 탐색하기에는 현재까지 많은 기술적 한계가 존재한다. 이번 연구에서 이인석 교수팀은 새로운 유전자 드라스원(Drs1)과 라스원 (Lrs1)을 발견하였다. 이 교수팀은 식물연구에 가장 널리 사용되는 애기장대의 유전자 네트워크를 이용하여, 예측된 소수 후보유전자들을 테스트하여, 가뭄에 대한 저항성을 조절하는 유전자 Drs1과 뿌리생장을 조절하는 유전자 Lrs1을 새롭게 발굴하였다. 또한 네트워크를 이용한 형질 조절 유전자 발굴법이 기존의 유전자 탐색법에 비해 10배 이상의 효율이 높다는 사실도 밝혀냈다. 이인석 교수는 “이번 연구는 벼, 옥수수와 같은 식량이나 바이오연료로 사용될 수 있는 작물의 유전자네트워크를 이용하여, 형질개량 유전자들을 효과적으로 발굴할 수 있다는 사실을 보여준 성공사례이다. 이러한 식물과 작물의 유전자네트워크는 향후 농업과 바이오 에너지 연구에 획기적인 발전을 가져올 것이다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 이인석 교수의 주도 하에 미국 카네기연구소 재미 과학자 이승연 박사, 텍사스주립대 마콧(Marcotte) 박사와의 국제 공동 연구를 통해 추진됐으며, 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 ‘우수연구센터(S/ERC) 육성사업’과 ‘일반연구자지원사업’의 지원을 받아 수행되었다.