식물세포의 엽록체 생성 관련 필수 유전자 규명
황인환 교수
식물체가 광합성을 담당하는 기관인 엽록체를 갖게 된 것은 에너지 측면에서 지구상에 생명체의 영속성을 가능하게 한 진화상의 가장 중요한 사건이나, 엽록체의 생성 기작 및 기원에 대해서는 아직까지 미스테리로 남아 있다.
엽록체의 형성 및 광합성과 같은 활성을 수행하기 위해서는 수많은 엽록체 단백질들(3000~5000종)이 필요하며, 이들 엽록체 관련 단백질은 세포질에서 만들어진 후 막으로 둘러싸인 소기관인 엽록체로 이동한다.
이번에 황 교수팀에서 밝힌 AKR2 유전자는 세포질에서 합성된 엽록체의 외막 단백질들을 엽록체에 공급하여 엽록체의 생성에 필수적인 역할을 담당하는데, 세포질에서 생성된 엽록체 단백질들이 엽록체로 이동하는데 관여하는 유전자를 밝힌 것은 동 연구성과가 처음이다.
AKR2 유전자의 기능이 상실된 식물체에서는 엽록체 외막단백질이 엽록체로 이동하지 않아 엽록체의 생성이 이루어지지 않았다. 또한 엽록체가 생성되지 않은 식물은 광합성을 수행할 수 없어 정상적으로 생장할 수 없음을 보여 주었다.
이를 통해 AKR2는 세포질에 있는 엽록체 외막단백질을 엽록체로 이동시켜 엽록체의 생성에 필수적인 역할을 하는 유전자라는 것이 규명되었다.
이러한 식물 엽록체 생성 및 기능에 대한 연구성과들은 엽록체 기능 강화를 통한 광합성 효율 증대 등의 응용연구에 활용될 것으로 기대된다. 광합성의 효율증대는 광합성의 원료가 되는 이산화탄소의 흡수증가로 연결되어 환경 정화 기능이 강화된 식물체의 개발 가능성을 제시하는 등 다양한 응용이 가능하다.
이번 연구결과는 1월 13일자(미국 동부시간 - 13:00)로 국제적으로 저명한 학술지 ‘Nature Cell Biology’의 인터넷판에 게재된다.
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