주저자 꽝민 응우옌 대학원생(좌)과 경상국립대 응용생명과학부 김상희 교수.(사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교는 응용생명과학부 김상희 교수 연구팀이 박테리아 이펙터 단백질에 의한 식물 면역 억제 기작을 규명하고 새로운 병 저항성 작물 제작의 원천기술을 제안하는 논문을 발표했다고 18일 밝혔다. 논문의 주저자는 쾅민 응우옌(Quang-Minh Nguyen) 응용생명과학부 석박사 통합과정 대학원생, 교신저자는 김상희 교수다.

식물은 끊임없이 생물적·비생물적 스트레스 인자에 공격받지만 고착화돼 있기 때문에 외부 스트레스를 피할 수 없다. 다만 식물은 그것을 극복하는 다양하고도 특이한 방어 메커니즘을 보유하고 있다. 또한 식물은 인간처럼 적응 면역 시스템을 가지고 있지는 않지만 면역 수용체를 유전체 내에 안정적으로 암호화한 선천적 면역 시스템이 고도로 발달해 있다.

세균(Pseudomonas syringae) 이펙터(effector)인 ‘AvrRps4’는 식물 세포 내로 들어와 133개의 아미노산으로 구성돼 있는 아미노기 말단부위 도메인과 88개의 아미노산으로 구성돼 있는 카르복실 말단부위 도메인으로 분리된다. 하지만 어떻게 AvrRps4 이펙터가 식물 면역을 억제하고 조절하는지에 관해서는 아직 자세히 알려져 있지 않다.

김상희 교수팀은 미국 미주리대 월터 가스만 교수 연구팀과의 국제 공동 연구에서 AvrRps4 이펙터에 의한 식물 면역 억제 기작을 규명했다.

김상희 교수에 따르면 식물 세포에는 면역반응을 조절하는 전사조절인자인 WRKY 단백질들이 존재한다. 이들 WRKY 전사조절인자들은 식물의 핵 안에서 방어 관련 유전자들의 전사를 양성적으로 조절하여 식물의 면역을 활성화하는 역할을 한다. AvrRps4 이펙터가 일부 WRKY 전사조절인자들(WRKY 46, 53, 54, 70)과 물리적으로 결합한다는 사실을 발견한 것이다.

흥미롭게도 AvrRps4는 WRKY의 방어 관련 유전자 프로모터에 결합하는 능력과 전사 활성화 능력을 억제한다. 그뿐만 아니라 AvrRps4 이펙터가 WRKY 전사조절인자들을 핵으로부터 세포질로 이동시켜 전사조절인자로서 역할을 하지 못하게 한다는 것을 규명했다.

이는 병원균 이펙터가 어떻게 식물의 면역을 억제하는지에 관한 새로운 메커니즘을 제시한 연구다.

이 연구에서 수행된 접근법 및 결과는 병 저항성 작물 개발과 식물 생명공학에 원천기술로 사용될 수 있으며 동정된 유전자원은 저항성 작물 제작에 바이오 부품으로 사용될 수 있다. 또한 식물 면역의 조절 기작을 밝히는 연구는 광범위하고 효과적인 병 저항성 작물을 개발하는 연구에 원천기술로 사용될 수 있다. 이는 화학적 방제를 대체할 수 있는 친환경적인 병 방제 전략으로써 농민의 경제적 부담을 줄일 수 있고 소비자들에게는 안전한 먹거리를 제공할 수 있을 것으로 전망된다.

이번 연구는 한국연구재단 이학연구센터(SRC), 램프(LAMP)사업단, 바이오·의료기술개발사업 및 차세대 농작물 신육종 기술개발사업단의 지원을 받아 미국 미주리대(University of Missouri)와 고려대, 서강대 등 국내외 유수의 연구자들과 국제 공동 연구로 진행됐다.

연구 결과는 식물학 분야의 세계 최고 수준의 저널(인용지수 11.2)인 ‘저널 오브 인테그레이티브 플랜트 바이올로지(Journal of Integrative Plant Biology)’ 2024년 6월호에 게재됐다.