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연세소식

[연구 프론티어] 김우택 교수팀, 남극 식물에서 벼 냉해 저항성 최대 7배 높이는 유전자 발견

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2021-10-14

김우택 교수팀, 남극 식물에서 벼 냉해 저항성 최대 7배 높이는 유전자 발견

남극좀새풀이 추위에 강한 ‘세포집’을 짓는 비결, DaADF 유전자


[사진 1. 남극세종과학기지 인근 남극좀새풀]


시스템생물학과 김우택 교수와 극지연구소 이형석 박사 연구팀은 벼의 냉해 저항을 최대 7배 이상 높일 수 있는 유전자를 남극 식물에서 발견했다. 이번 연구결과는 식물학 분야 국제 학술지 ‘프론티어스 인 플랜트 사이언스(Frontiers in Plant Science)’에 9월 28일 게재됐다.


연구팀은 남극좀새풀(Deschampsia antarctica)에서 DaADF 유전자를 분리해 냉해 저항력을 확인했다. DaADF는 남극좀새풀이 저온의 남극 환경에서 적응할 수 있도록 돕는 핵심 유전자이다.


DaADF 유전자가 주입된 벼는 영상 4도에서 평균 53%, 최고 62% 생존했다. 영상 4도는 벼가 냉해 피해를 심각하게 입을 수 있는 온도로, 일반 벼는 같은 조건에서 8%만 살아남았다. 일반 벼의 생육조건인 영상 28도에서 두 그룹 간 외형이나 생장 속도에는 큰 차이가 없었다.


[사진 2. 남극좀새풀 유전자 효능 실험결과]


식물에는 세포의 골격을 이루는 액틴이라는 물질이 있는데, DaADF 유전자는 액틴의 구조를 쉽게 바꿔주는 역할을 한다. 추운 지역에서 단열이 잘 되는 집을 짓는 것처럼, DaADF 유전자가 식물 세포를 보호하기 위해 추운 환경에 유리한 형태로 액틴을 변형시키는 것이다.


연구팀은 지난해에도 남극좀새풀을 추위와 건조 환경에 강하게 만들어주는 GolS2 유전자를 찾았다. GolS2 유전자는 수분 증발을 막거나 내부에 에너지가 쌓이는 것을 도와 극한 환경에서 생존율을 높이는 것으로 드러났다. 극한 환경에서 살아남기 위한 식물의 전략들이 유전자에 남아있는 것이다.


남극은 극야와 백야 등 계절에 따라 해가 떠 있는 시간이 크게 다르고 여름철에도 얼음이 녹지 않을 정도로 추워서 식물이 살기 어렵다. 이 같은 악조건 때문에 남극에서 꽃이 피는 식물은 남극좀새풀과 남극개미자리 2종뿐이며, 이들의 개체 수는 지구 온난화로 꾸준히 증가하고 있다.


남극좀새풀은 최적 생육온도가 13℃이지만 0℃에서도 30%의 광합성 능력을 유지할 수 있을 정도로 저온 환경에서 잘 적응한다. 또한 벼와 유전적으로 유사해 벼의 냉해 피해를 줄이고 생산성을 높이는 연구에 활용될 것으로 기대된다.


논문정보

● 논문제목: Abiotic Stress-Induced Actin-Depolymerizing Factor 3 From Deschampsia antarctica Enhanced Cold Tolerance When Constitutively Expressed in Rice

● 논문주소: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2021.734500/full

 

vol. 630
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