한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
현대의 급변하는 기후환경과 세계인구의 증가에 대응할 수 있는 작물 개발은 다가올 미래의 식량문제를 해결하기 위해 필수적이라 할 수 있습니다. 하지만 전통적 방식의 작물육종은 기간(7년~8년)과 비용이 많이 소요되어 이를 효율적으로 개선할 방법이 필요한 상황입니다.
반수체란 생식세포 즉, 정세포나 난세포가 가지는 전체 염색체 수인 홑배수체를 의미합니다. 배가 반수체 기술 (Doubled haploid technology)은 반수체를 이용한 육종 방법으로, 콜히친과 같은 튜불린 저해제 처리를 통해 짧은 시간(1~2년)에 동형 접합체(배가 반수체)를 생산할 수 있다는 점에서 효율적인 육종기술입니다(그림 1).
(그림 1. 배가반수체 작물 육종의 효율성)
배가반수체 기술의 핵심은 반수체 유도하는 기술이지만, 하지만 현재까지도 효율적이고 다양한 작물에 적용가능한 반수체 유도기술이 없었기 때문에 대표적인 예시인 옥수수를 제외하면 실제 육종산업에 활용되지 못하고 있는 실정이었습니다.
2017년을 기점으로 단자엽 식물(옥수수, 벼, 밀, 조)에서 반수체를 유도하는 유전자가 patatin-related phospholipase A (pPLA)인 MTL/NLD/ZmPLA1 유전자임을 밝혀 배가반수체 육종이 조명을 받고 있으나, 반수체 유도 기작에 대한 연구는 아직 시작 단계이며 쌍자엽 식물에서는 반수체 유도하는 pPLA 유전자에 대한 보고된 사례가 없었습니다.
따라서 본 연구에서는 쌍자엽 모델식물인 애기장대에서 반수체 유도에 관여하는 pPLA 유전자를 찾아 쌍자엽 식물의 배가반수체 육종에 대한 접근성을 높이고자 시작되었습니다. 결과적으로 애기장대의 모계 생식기관 (ovule 및 funiculus)에서 발현되는 pPLAIIγ를 RNAi를 이용한 유전자 siliencing 또는 CRISPR-Cas9을 이용하여 유전자 교정이 되었을 때 약 1%의 비율로 모계 배우체의 유전체를 가진 반수체가 유도됨을 최초로 밝혔습니다(그림2). 돌연변이의 ovule 발달 과정에서 옥신 수송 단백질 (PIN1, PIN3)의 mis-localization으로 인해 옥신 수송에 결함이 생겼음을 확인하였고, 이는 반수체 유도의 매커니즘에 옥신이 관여되었을 것이란 실마리라고 생각됩니다(그림2).
앞으로 pPLAIIγ가 반수체를 유도하는 원인기작에 대한 심층적인 연구를 진행하려고 하며 이를 통해서 보다 효율적인 반수체 유도방법을 개발 그리고 더 나아가 벼, 콩, 토마토 등 다양한 작물에서도 적용이 되는지를 검증하고자 합니다.
(그림2. pPLAIIγ 유전자 발현패턴, 유전자 교정을 통한 반수체 유도 및 옥신 수송체 PIN1의 mislocalization)
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
이번 연구는 전남대학교 이옥란 교수님께서 이끌고 계시는 특용작물학 실험실 (Special Crop Science Lab, SCSL)에서 수행되었습니다. 주요 연구분야는 크게 식물의 인지질가수분해 효소 유전자들의 기능 분석과 인삼의 ginsenoside 생합성 경로의 조절 기작의 규명을 목표로 진행하고 있습니다. 이를 통해 최종적으로 육종효율 증진, 지방산, 리그닌, ginsenoside 함량 등이 조절된 유용 소재를 개발하고 있습니다. 모델식물인 애기장대를 활용한 기초연구뿐만 아니라 인삼, 벼, 콩, 토마토 등 다양한 작물에 적용하는 응용연구 또한 진행하고 있습니다. 교수님의 연구에 대한 아낌없는 지원과 실험실원들의 열정으로 성과를 내며 즐겁게 연구하고 있으니, 연구에 대한 흥미와 열정이 있으신 분들은 환영입니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
식물의 분자적 매커니즘, 생리학 등 기초분야의 연구를 진행하면서 논문 자체로서의 가치뿐 아니라 어떻게 하면 실질적으로 농업 분야에 기여를 할 수 있는 연구를 할 수 있을지를 가장 많이 고민했습니다. 아직 규명해야 할 연구들은 많지만 이번 연구를 통해서 반수체 유도의 매커니즘을 밝히는데 기여한 학술적인 의미뿐만 아니라 실질적으로 작물 육종에 활용될 수 있는 연구를 진행한 것으로 생각되어 보람을 느낍니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
제가 처음 전공에 대해 고민했을 때, 식물을 연구한다는 것은 상대적으로 다른 분야에 비해 연구자들의 비율도 작고 우수한 성과들이 가지고 있는 가치에 비해 주목을 덜 받는 것 같다는 생각을 했었습니다. 하지만, 대학원에 들어와 계속 연구를 진행하면서 제 생각이 틀렸다는 것을 알게 되었는데, 모든 연구자분들이 각자의 분야에서 목표를 향해 성실히 그리고 열정적으로 의미 있는 연구를 하고 있다는 것이었습니다. 저와 같은 고민을 하시고 있는 분들이 있다면, 식량자원이란 인류에게 떼어놓을 수 없는 아주 중요한 것이라는 것을 생각하여 충분히 자부심을 가지고 식물연구를 하셨으면 좋겠습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 프로젝트를 진행하면서 식물의 생식기관의 발달 그리고 수정과정에 대해 이해하는 연구에 대한 흥미가 생겨 앞으로도 이 분야에 보다 심층적인 연구를 진행하고자 합니다. 이를 기반으로 최종적으로는 고온, 건조 또는 긴 장마와 같은 환경에서도 생장 및 수확성이 좋은 작물과 같이 실질적으로 농산업에 도움이 될 수 있는 품종을 개발하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
먼저 석사부터 시작해 박사과정까지 7년의 학위기간 동안 지도해 주신 이옥란 교수님께 감사드립니다. 학부 때 식물분야를 전공하지 않아 부족한 점이 많은 학생이었지만, 교수님의 열정적인 연구 지도뿐 아니라 끝까지 포기하지 않는 열정을 가지게 해주셔서 지금의 제가 있는 것 같습니다. 힘들 때 서로 힘이 되어준 현재 특용작물학 실험실원들과 그동안 저와 연구실 생활을 함께 해온 모든 동료들 그리고 묵묵히 응원해 주셨던 부모님께도 정말 감사합니다. 인터뷰 기회를 주신 BRIC 관계자분들께도 감사합니다.
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