`식물 기공조절` 새로운 단백질 발견

DGIST 곽준명 교수 연구팀

DGIST 뉴바이올로지전공 곽준명 교수 연구팀이 식물 기공조절 단백질을 발견하고, 이 단백질의 칼슘채널 활성화 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.

곽준명 교수 연구팀은 모델식물인 애기장대를 이용해 공변세포(한 쌍이 마주 붙어 기공을 이루는 세포)에서 그동안 알려지지 않았던 GLR 단백질 칼슘채널을 처음 발견하고, 특정 아미노산이 이 칼슘채널을 활성화해 세포 내로 칼슘이온을 유입시키는 역할을 수행한다는 사실을 전기·생리학적 방법으로 입증했다.

평방 센티미터(1㎠)당 수 만개씩 갖고 있는 식물은 기공을 통해 광합성에 필요한 이산화탄소를 식물 체내로 받아들이고 광합성 부산물인 산소와 물을 대기 중으로 내보내고 있다.

기공 조절세포 메커니즘은 식물의 생존과 생장에 필수적이며, 공변세포 내 칼슘이온(Ca2+) 농도는 특히 기공을 닫는데 관여해 식물의 수분 유출을 막는다.

그러나 공변세포 내 칼슘이온의 통로인 칼슘채널에 대해서는 아직까지 연구를 통해 규명된 사실이 많지 않다.

연구팀은 GLR 단백질로 이뤄져있을 것이라 추정됐던 새로운 칼슘채널의 존재를 확인하기 위해 20가지 종류의 아미노산을 애기장대 잎에 처리한 결과, L-메티오닌(L-Methionine) 아미노산이 GLR3.1과 GLR3.5 단백질로 이루어진 칼슘채널과 반응하는 것을 확인했다.

정상인 공변세포와 돌연변이체 공변세포를 만들어 각각 L-메티오닌을 처리하고 관찰한 결과, 정상 공변세포에서는 칼슘이 이동하면서 생기는 전류가 세포막에 흐르는 것을 확인한 반면, 돌연변이체 공변세포에서는 칼슘의 이동에 따른 전류가 검출되지 않음을 밝혀냈고 이를 통해 L-메티오닌이 GLR 단백질로 이루어진 칼슘채널을 열리게 해 세포 내로 칼슘이온을 유입하게 함을 증명한 것이다.

DGIST 뉴바이올로지전공 곽준명 교수는 “이번 연구는 GLR3.1/GLR3.5 단백질 칼슘채널이 식물세포 내 적절한 칼슘 농도 조절에 핵심적인 역할을 하며, 기공의 개폐를 조절하고 식물의 성장과 발달에도 상당한 영향을 미치는 것을 확인했다는데 의의가 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 세계적 학술지 셀(Cell)의 자매지인 `셀 리포츠(Cell Reports) 온라인판 6일자에 게재됐다.

/이곤영기자

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