겨울에도 쑥쑥 자라는 벼 나올까?
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‘가뭄에 견딜 수 있는 콩을 만들 수는 없을까.’ ‘한겨울에도 잘 자라는 벼가 있다면 식량난을 해소할 수 있지 않을까.?
식물학자와 농업학자들은 끊임없이 이같은 고민을 한다. 그러나 새로운 식물을 만들어내는 가장 큰 원칙은 ‘자연에 존재하는 무엇’을 이용해야 한다는 것. 인공적인 물질을 첨가하는 방식의 화학요법은 생태계와 식물을 섭취하는 인간에게 어떤 악영향을 줄지 알 수 없기 때문이다. 따라서 과학자들은 가뭄에서 다른 작물보다 잘 자라는 콩이 어떤 특성을 갖고 있는지, 추운 곳에서 잘 자라는 작물은 왜 그런지 등을 부단히 연구하고 분석한다.
최근 세포와 단백질 수준에서 이뤄지고 있는 연구들은 새로운 작물을 만들 수 있는 가능성에 대한 단서를 제공하고 있다.
●세포 생존 대비해 단백질 저장
우리 몸을 구성하는 세포는 무려 60조개가 넘는 것으로 추산된다. 각 세포의 핵 속에는 46개의 염색체가 서로 다른 23개씩 묶여 한 쌍을 이루고 있다.
흔히 염색체를 뜻하는 게놈(genome)은 유전자(gene)와 염색체(chromosome)의 합성어 (gene + chromosome)에서 유래된 말이다. 정확히 말하면 한 세트의 염색체에 들어있는 DNA상에 존재하는 모든 유전자들의 모음이라고 할 수 있다. 핵 속에 존재하는 모든 유전자는 정확하게 정해진 역할에 의해 발현되며, 이같은 활동에 의해 메신저RNA가 합성된다. 메신저RNA는 세포질로 이동해 생존에 필수적인 단백질 합성을 유도하는 역할을 한다.
일반적으로 세포가 내·외부 신호를 받아 유전자 발현, 세포질로의 이동, 단백질 합성이 이루어지기 까지는 상당한 시간이 걸린다. 이 때문에 저온, 가뭄 등 갑자기 닥친 외부 환경으로 인한 스트레스는 세포 생존을 위협하는 위험 요인이 된다. 스트레스 저항성을 유도하는 단백질의 합성은 되도록 신속하게 이뤄지고 공급돼야 한다.
그러나 세포들은 이 문제를 매우 슬기롭게 해결하고 있다. 즉 유사시 급하게 필요할 것으로 예상되는 단백질을 미리 합성한 후 세포 내부의 특정 부위에 비활성의 상태로 저장한다. 심각한 환경스트레스가 오면 단백질 분해라는 효과적인 방법으로 바로 활성화함으로써 필요한 기능을 하도록 한다. 비활성 상태로 저장돼 있는 단백질의 활성화 메커니즘은 환경변화에 좀 더 신속히 반응하기 위한 하나의 환경 적응전략으로 인식되고 있다.
이같은 비활성 단백질의 대표적인 예로 세포내 막들과 결합되어 있는 ‘전사인자(transcription factor)’ 단백질을 들 수 있다. 이 단백질은 비활성 상태로 막에 결합되어 있다가 신호를 받으면 막으로부터 떨어져나와 활성화된 뒤 핵으로 이동, 유전자의 발현을 조절한다. 이 막결합 전사인자들의 존재에 관한 연구는 세계적으로도 초기 단계에 머물러 있다.
서울대 분자신호전달연구실 박충모 교수팀은 최근 애기장대와 벼 게놈에 존재하는 1500여개의 전사인자들 중 10% 이상이 세포 내부의 막과 결합돼 있는 비활성 상태라는 사실을 발견해 학계의 관심을 끌고 있다.
●가뭄·냉해에 강한 품종 개발할 수도
박 교수팀은 막과 결합돼 있는 이들 전사인자들이 식물의 환경스트레스 저항성을 키우는 데 매우 중요한 역할을 한다는 사실도 확인했다. 특히 박 교수팀의 연구결과는 식물뿐 아니라 동물에도 바로 응용할 수 있다는 점에서 높은 평가를 받고 있다.
박 교수는 “막과 결합되는 단백질 부위를 제거한 활성상태의 전사인자 유전자를 합성한 후 해당 식물체에 유전자 조작을 가하면 가뭄이나 냉해 등에 강력한 저항성을 가진 새로운 품종을 개발할 수 있다.”면서 “현재 벼를 대상으로 한 연구가 진행 중”이라고 밝혔다. 이어 “유전자의 존재를 확인하는 것보다 유전자의 발현이 어떻게 조절되는지가 더 중요하다.”면서 “연구가 진행되면 인간을 비롯한 대부분의 고등생물들이 고작 3만개 정도의 유전자로 복잡한 생명 현상을 어떻게 유지하고 있는지를 알게 될 것”이라고 설명했다.
박건형기자 kitsch@seoul.co.kr 기사일자 : 2008-05-05
http://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20080505019007