계절에 따라 다양한 꽃들이 피는데 왜 식물들의 개화 시기는 각각 다를까? 작물의 개화 시기는 수확량과 품질에 결정적인 영향을 미치는데 밤낮의 길이 변화(계절 변화)에 의한 개화시기 조절 메커니즘 규명을 통해 작물의 수확량을 증가시킬 수 있지 않을까?
이같은 궁금증이 풀렸다. 식물은 어떻게 계절변화를 인지하고 개화시기를 조절하는지를 과학적으로 밝혀낸 것이다. 25일 경상대에 따르면, 이 대학 출신 송영훈 박사가 '식물의 계절변화 인지와 개화시기 조절 메커니즘'을 규명해냈다. 그는 현재 미국 워싱턴대학교에서 박사후과정 연구 중이다.
송 박사의 논문(FKF1 단백질이 광주기적 개화에서 CONSTANS 단백질의 안정화를 위한 시간 정보를 전달한다 : FKF1 conveys timing information for CONSTANS stabilization in photoperiodic flowering)이 5월 25일자(미국시간) 생명과학 분야 국제학술지인 <사이언스>(Science) 온라인판에 실렸다.
송영훈 박사는 농촌진흥청의 차세대바이오그린21사업의 하나인 경상대 '시스템합성농생명공학사업단'(단장 이상열 교수)으로부터 연구비를 지원받아 연구해 오고 있다. 시스템합성농생명공학사업단은 농촌진흥청에서 2011~2020년 사이 7000여억 원의 연구비를 투자하여 최첨단 농업으로 육성하고자 하는 차세대바이오그린21사업 중 하나이며, 이상열 교수가 사업단장에 선정되어 약 1000억 원의 사업비를 투자하여 연구를 진행하고 있다.
경상대 시스템합성농생명공학사업단은 "지구온난화에 따른 급속한 사막화 진행과 산업화에 따른 무분별한 개발로 인해 농작지가 감소하고 있다"며 "최근에는 급격한 환경변화와 이상기후로 인해 작물의 생산량이 급격히 감소하고 있고, 그 여파로 국제 곡물 가격이 폭등하고 있으며 국내외적으로 채소류 또한 가파른 가격 상승세를 보이고 있다"고 설명했다.
이어 "이러한 현상은 식량난의 심화뿐만 아니라 인간의 경제활동을 위축시키는 심각한 문제를 야기하고 있다"며 "따라서 한정된 공간에서 작물의 생산량을 극대화하기 위해 '개화시기 조절 메커니즘'을 밝히는 것이 절실하다"고 덧붙였다.
송영훈 박사는 식물에서 빛을 인지하는 광수용체들 중의 하나인 'FKF1'이라는 단백질이 개화시기 조절에 핵심적인 역할을 수행하는 'FT' 유전자를 직접적으로 조절하고 있음을 밝힌 것이다.
식물(plant), 특히 작물(crop plant)의 개화시기(flowering time)는 수확량과 품질을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 많은 식물들은 씨앗 또는 열매 생산을 최대화하기 위해 적합한 계절(season)을 선택해서 개화한다.
식물은 밤낮의 길이(photoperiod or day-length) 변화 측정을 통해 현재의 계절을 인지하고, 다가오는 계절을 예측하며, 이 계절 정보를 이용해 개화시기 조절에 핵심인 FT(FLOWERING LOCUS T) 유전자(gene)의 발현(expression)을 조절함으로써 좋아하는(favorite) 계절에 개화가 일어나게 된다.
송영훈 박사는 이번 논문에서 'FKF1' 단백질이 CO 유전자의 전사 조절뿐만 아니라 CO 단백질을 물리적인 결합을 통해 늦은 오후에 안정화시키고 동시에 FT 유전자의 발현을 저해하고 있는 CDF1 (CYCLING DOF FACTOR1) 단백질을 분해함으로써 FT 유전자의 전사를 직접적으로 조절하고 있음을 밝혔다.
송영훈 박사는 이 논문에서 실험으로 얻은 데이터를 이용해 수학적인 개화조절 메커니즘 모델을 만들었고 이를 통해 FKF1 단백질이 CO 단백질을 안정화시킴으로써 FT 유전자의 전사조절에 직접적으로 관여하고 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
경상대에 따르면, 송영훈 박사는 "이번 연구 성과의 중요성은 국제적인 곡물가격 상승과 식량난 해소를 위해 생물학적ㆍ수학적인 접근을 통해 작물의 수확량을 극대화할 수 있는 방법과 형질전환 식물체 개발에 대한 중요한 메커니즘을 규명한 것"이라고 밝혔다.
이상열 단장은 송영훈 박사에 대해 "엄청나게 성실하고 본인의 미래 꿈을 실현하고자 열정적으로 연구하는 정열적인 과학자"라고 말했다.