무더위를 피해 사람은 시원한 곳으로 자리를 옮길 수 있지만 식물은 이동할 수 없다.
최근 기후변화로 여름철 기온이 급상승하면서 식물도 고온 스트레스로 인해 생장 저하와 발아율 감소 현상이 관찰되고 있다.
식물은 이 같은 환경에 적응하기 위해 ‘RNA 스플라이싱(splicing)’이라는 분자적 편집과정을 활용, 상황에 맞는 단백질을 빠르게 조립하는 생존 전략을 사용한다.
RNA 스플라이싱은 세포 DNA에 담긴 유전정보를 RNA로 복사할 때 처음 만들어진 pre-mRNA에 단백질 합성에 필요한 부분(엑손)과 불필요한 부분(인트론)이 섞인 것 중 불필요한 부분을 정밀하게 편집하는 작업이다.
그러나 지금까지는 이런 RNA 편집과정이 실제 세포 내에서 어떻게 조절되고, 어떤 단백질이 스위치 역할을 하는지 알려지지 않았다.
폭염에서 살아남는 식물 생존전략
한국생명공학연구원(이하 생명연) 식물시스템공학연구센터 조혜선 박사팀이 식물이 고온 스트레스에 맞서 살아남는 비밀을 분자 수준에서 세계 최초로 규명했다.
이번 연구는 기후 적응형 작물품종 개발과 정밀 유전자 조절기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
연구팀은 RNA 스플라이싱을 수행하는 분자 복합체 ‘스플라이소좀(Spliceosome)’에 주목했다. 스플라이이소좀은 RNA를 정확하게 다듬는 재단사 역할로 식물이 기능적인 단백질을 생산하도록 돕는다.
연구팀은 스플라이소좀을 구성하는 핵심조절 단백질 ‘PP2A B′η(비프라임에이타)’을 찾아냈다.
이 단백질은 식물이 고온 환경에 노출될 때 스플라이소좀의 작동 스위치를 켜는 역할을 해 RNA 편집과정이 진행, 식물이 고온 환경에 필요한 단백질을 적시에 만들었다.
아울러 연구팀은 이 핵심조절 단백질의 기능을 좀 더 정확히 알아보기 위해 이를 인위적으로 제거하거나 많이 만드는 실험을 진행했다.
그 결과 이 단백질이 없는 식물은 고온에서 씨앗을 틔우지 못하고 쉽게 죽은 반면 더 많이 가진 식물은 고온 환경에서 건강하게 자라고 생존율도 높았다.
또 이 단백질이 결핍되면 다수 유전자에서 RNA 편집이 제대로 이루어지지 않아 생존에 필수적인 단백질의 생산이 어려워져 식물이 고온 스트레스에 취약해진다는 분자적 기전도 함께 밝혀냈다.
조 박사는 “기후변화로 열에 강한 작물 개발의 중요성은 더욱 커질 것”이라며 “이번 연구는 RNA 편집 조절에 기반을 둔 기후 스마트 작물 개발의 분자열쇠를 제공, 정밀농업과 지속가능한 생명공학 연구에 새로운 가능성을 제시한다”고 설명했다.
한편, 이번 연구결과는 지난 5월 13일 국제학술지 ‘The Plant Cell(IF 11.6’ 온라인에 게재됐다.
(논문명 : PROTEIN PHOSPHATASE 2A B′η drives spliceosome subunit dephosphorylation to mediate alternative splicing following heat stress/ 교신저자 : 생명연 조혜선 박사 / 제1저자 : 생명연 조승희 박사)
