국제 공동연구팀이 식물성장 호르몬 사이토카이닌*을 뿌리에서 잎과 줄기로 옮겨 잎과 줄기의 성장을 촉진시키는 수송단백질을 규명해냈다. 식물의 잎과 줄기의 성장을 조절, 향후 바이오매스**를 증대하는 데 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.

* 사이토카이닌 : 세포분열 촉진이나 노화 지연 등에 관여해 식물의 성장과 구조를 결정하는 식물 호르몬
** 바이오매스 : 에너지원으로 사용하기 위한 식물이나 동물의 생물체의 통칭, 생물자원

포항공대 융합생명공학부 이영숙 교수의 주도 아래 석․박사통합과정 고동휘 연구원(제 1저자), 일본 이화학연구소 키바(Kiba)․사카키바라(Sakakibara) 박사팀, 스위스 취리히대 마티노이아(Martinoia) 교수 연구팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실지원사업(Global Research Lab)등의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 미국립과학원회보(PNAS) 온라인판 4월 28일자에 게재되었다.

(논문명: Arabidopsis ABCG14 is essential for the root-to-shoot translocation of cytokinin)

식물의 뿌리는 주변 영양분 환경에 관한 정보를 줄기와 잎에 보내 식물이 처한 환경에 맞게 잎과 줄기가 성장하도록 조절한다. 즉 뿌리 주변에 영양분이 충분해지면 사이토카이닌이 뿌리에서 만들어져 줄기와 잎으로 이동, 식물의 성장을 촉진한다.

하지만 뿌리 속 세포에서 합성된 사이토카이닌이 어떻게 줄기와 잎으로 옮겨가는지 그 상세한 메커니즘은 알려지지 않았다.

연구팀은 애기장대의 뿌리에서 합성된 식물성장 호르몬, 사이토카이닌을 잎과 줄기로 수송하는데 핵심적 역할을 하는 수송단백질(AtABCG14)을 알아냈다.

AtABCG14가 만들어지지 않는 돌연변이 애기장대는 정상 야생종에 비해 훨씬 작았다. 이 단백질의 발현 조절이 바이오매스로의 응용을 위한 식물품종 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

연구팀은 AtABCG14 단백질을 증가시키면 잎의 성장이 촉진되는 것을 밝혔다. 이와 같이 AtABCG14 단백질을 활용하여 사이토카이닌 수송을 증가시켜 바이오매스를 증대시킬 수 있을 것이다.

실제 방사성 동위원소로 표지된 사이토카이닌의 이동을 추적한 결과 AtABCG14가 만들어지지 않는 돌연변이에서는 잎으로 수송되는 사이토카이닌의 양이 야생종에 비하여 감소하였다. 

이 교수는 “이 연구 결과를 응용하려면, 이 유전자를 포플러, 갈대 및 잎과 줄기를 사용하는 작물에 넣어 생장을 살펴보고, 나아가 병 저항성이나 스트레스 내성이 감소하지 않는지 등도 연구할 필요가 있다”고 밝혔다.