작물 생산성과 밀접한 텔로미어의 구조와 기능을 밝혀 작물 염색체 말단 구조와 안정성 확인

김우택 교수 연구팀이 텔로미어(Telomere)의 구조와 기능이 식물 발달과 유용작물의 수확량에 미치는 영향을 입증해 식물학 분야의 권위지 ‘더 플랜트 셀(The Plant Cell)’지에 발표했다.

텔로미어는 진핵체 세포의 염색체 말단 구조를 말하며, 세포분열 시 염색체 구조의 안정화에 필수적이다. 텔로미어에 특이적으로 결합하는 결합단백질은 세포의 노화와 분열 기작에 관여하는 단백질들이기 때문에 포유동물 등에서 많은 연구가 진행되어 왔다. 반면 고등식물 분야에서는 그 연구가 상대적으로 시작 단계에 있다. 이 연구는 유용작물에서는 최초로 텔로미어 합성 효소 ‘telomerase’와 단일가닥 텔로미어 결합단백질의 식물 내 상호 기능 작용을 규명하고, 텔로미어의 구조와 기능이 식물 발달과 유용작물의 수확량에 필수적임을 최초로 입증했다.

시스템생물학과 김우택 교수와 이용우 박사(올해 2월 박사과정 졸업)는 이 연구 결과를 식물학 분야의 세계적 권위지인 ‘더 플랜트 셀’(IF 8.987) 온라인 최신판(5월 14일자)에 게재했다.

김우택 교수팀은 담배 식물체의 텔로미어 합성 TERT 유전자와 단일가닥 결합단백질 GTBP1 유전자의 발현을 RNAi 기법을 이용하여 각각 저하시킨 녹다운(knock-down) 형질전환체를 제작한 후 그 표현형을 분석했다. 그 결과 형질전환체가 정상적인 야생형 담배에 비해 그 성장과 발달이 약간 저해됐다. 반면 TERT/GTBP1 유전자가 모두 녹다운된 이중 형질전환체는 그 성장과 발달이 완전히 멈추어져 식물이 곧바로 시들어 죽었다. 세포학적 분석을 통하여 화분의 감수분열 시 염색체 간의 비정상적인 후기 브리지(anaphase bridge)가 일어나는 것을 확인하였고, in-situ PCR 및 FISH를 통하여 텔로미어가 이러한 브리지를 형성하는 데 관여된다는 것을 알 수 있었다. 또한 이중 형질전환체의 텔로미어 구조가 비정상적인 상동재조합(homologous recombination)에 의해 매우 불안정해짐을 관찰했다. 이를 통하여 김우택 교수팀은 TERT와 GTBP1의 기능적 밸런스가 텔로미어의 길이 기능과 안정성에 중요한 기능을 수행한다는 것을 알았으며, 텔로미어의 길이와 안정성이 유용작물의 발달과 수명 및 수확량에 결정적 영향을 미친다는 것을 밝힐 수 있었다.

이 연구를 통하여 식물의 특이적인 세포 분화, 노화 및 사멸의 조절 기작을 연구할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 연구 결과를 응용해 식물의 노화와 환경적 스트레스에 대해 저항성을 가지는 유용작물 및 자생식물 품종을 개발할 수 있을 것이다. 또한 중요한 작물의 수명을 단축, 혹은 연장할 수 있게 되어 농작물의 수확 시기를 조절하게 되고, 그 결과 농작물의 수확량을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.