1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

 약 4억 5천만 년전, 식물 진화 역사에서 가장 중요한 사건인 식물의 육상진출이 이루어집니다. 원시 바다에서 살던 식물은 그동안 살아온 환경과는 다른 건조한 육상에서 생존하기 위해 다양한 방식으로 진화하였고 서식지 또한 해안에서 내륙 쪽으로 넓힐 수 있었습니다. 이후 시간이 흐르는 만큼 진화 또한 거듭되어 갔고 정글, 사막, 고산지대 등 가혹한 환경들에도 식물이 진출하며 거대한 종 다양성이 형성되었습니다.

 이 중 선태식물(Bryophyte) 중 하나인 Marchantia polymorpha는 초기 육상식물의 계통학적 위치를 대표하는 모델 생물입니다. 한글로 ‘우산이끼’라 불리는 이 식물은 다른 고등식물에 비해 상대적으로 단순한 유전체를 가지고 있어, 고등 식물과의 진화적 차이를 규명하거나 초기 육상 식물이 육상 환경에 어떻게 적응했는지를 연구하는 데 적합한 모델 생물로 알려져 있습니다. 저희는 식물이 육상으로 진출하는 과정에서 필연적으로 겪고 적응해야 하는 건조 스트레스에 대하여 연구하고자 하였으며, 특히, 식물에서 특이적으로 많은 수의 유전자가 존재하여 식물 특이적인 기능을 수행할 것으로 예측되는 U-box E3 ligase의 생리적, 생화학적 기능을 밝히고자 하였습니다.

 E3 ligase는 세포 내 단백질 수준을 조절하는 강력한 효소로, 식물 세포의 생명 활동에서도 핵심적인 역할을 합니다. 그중에서도 식물은 동물과 달리 환경 변화에 따라 이동할 수 없기 때문에 급변하는 환경에 적응하기 위한 단백질 조절 기능이 필요하며, 실제로 E3 ligase의 종류 중 Plant U-box(PUB) domain을 가지는 단백질들이 식물에서 유독 많이 발견됩니다. 뿐만 아니라 고등 식물로 진화됨에 따라 PUB E3 ligase의 수가 많아지고, subdomain의 종류 또한 다양해집니다. 그리고 다수의 PUB protein들이 식물의 호르몬과 환경 저항성에 관여한다는 연구 결과들은 이 단백질들이 식물 특이적인 생명 활동에 중요한 역할을 할 것임을 뒷받침합니다.

 본 연구는 초기 육상 식물 중 하나인 M. polymorpha가 dehydration stress에 대응하는 생물학적 기전을 규명하고자 하였으며, 특히 PUB E3 ligase의 기능을 밝히는데 집중하였습니다. 먼저, M. polymorpha 내의 PUB E3 ligase에 대해서 전반적인 이해를 위해, PUB domain을 가지는 단백질들을 in silico data processing을 통해 찾은 후, subdomain에 따라 class를 나누었습니다. 그중 drought를 포함한 다양한 abiotic stress 상황에서 RNA 수준이 상승하는 MpPUB9에 중점을 두었고, M. polymorpha를 모델로 사용하여 다양한 분자생물학적인 실험을 수행함으로 이 단백질의 생리적, 생화학적 기능을 규명할 수 있었습니다. 또한, 우산이끼 내 3개의 EXO70 paralog 단백질 중 하나인 MpEXO70.1이 MpPUB9의 기질 단백질임을 밝혀냈습니다. Yeast-two-Hybridization(Y2H)과 Co-immunoprecipitation 등의 실험으로 두 단백질이 물리적으로 상호작용함을 밝혔고, ubiquitination assay를 통해 MpPUB9이 MpEXO70.1을 ubiquitination함을 밝혀냈습니다. 이러한 결과는 고등식물에서 밝혀지고 있는 EXO70과 Ubiquitin Proteasome System(UPS)의 연관성이 진화 초기부터 구축되었을 가능성을 제시합니다. 이후 MpPUB9의 돌연변이체들에 대한 RNA sequencing을 수행했고 gene ontology(GO) 분석을 통해 MpPUB9의 영향을 받는 다른 유전자들의 발현 수준을 밝힐 수 있었습니다.

 본 연구는 PUB E3 ligase가 환경 저항성과 어떻게 연결되는지를 규명함으로써, 향후 고등식물의 환경 적응 기전을 이해하는 데 도움이 될 것이라 생각합니다. 특히, 급격해지는 기후 변화 속에서 환경 저항성 작물 개발의 중요성이 강조되는 가운데, 본 연구의 결과가 환경 저항성 작물 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

 저는 연세대학교 시스템생물학과의 식물분자시스템생물학 실험실에서 연구를 수행했습니다. 지도교수님이신 김우택 교수님께서는 1994년부터 연세대학교에서 연구 활동을 시작하여 30년 넘게 이어오셨으며, 2024년 퇴임하신 이후 현재는 연구특임교수로서 연구 활동을 계속하고 계십니다. 저희 실험실은 벼, 이끼, 애기장대, 담배, 고추, 토마토 등 다양한 식물에서 여러 유전자의 기능과 역할을 연구하며, 식물의 비생물(abiotic) 스트레스 저항성 연구를 진행해왔습니다. 주로 세포 내 단백질 수준을 조절하는 E3 ligase에 대한 연구를 수행하였고, 유전자의 생화학적 기능과 생리적 역할 등을 밝히며, 형질전환을 통한 유전자의 가치를 제시하였습니다. 그동안 많은 연구 성과를 이루었고 그에 따른 특허도 다수 보유하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

 입학과 함께 시작한 연구가 결국 논문으로 마무리되었음을 보며 큰 보람을 느꼈습니다. 이 과정에서 지도교수님과 연구교수님의 지도를 받으며 연구자로서 한 단계 성장할 수 있었고, 좋은 동료들과의 팀워크를 통해 값진 연구 성과를 도출하는 소중한 경험을 할 수 있었습니다. 연구를 수행하는 동안 어려운 순간도 많았지만, 주어진 자리에서 최선을 다하며 문제를 해결해 나갔고, 결국 논문까지 완성할 수 있었습니다. 정말 감사하게도 좋은 논문의 제1저자로 연구의 결실을 맺게되어 무척 기쁩니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

 많은 분이 대학교를 졸업하고 대학원을 선택하며 어떤 세부 전공을 선택할지 고민하고 계실것이라 생각합니다. 진로를 선택한다는 것은 쉬운일이 아닙니다. 그러던 와중에 경험하지 않으면 그 일을 정확히 알 수 없다는 말을 들으면 자신의 선택이 정말 현명했는지 헷갈리게 됩니다. 저 또한 비슷한 고민을 하며 대학원을 진학하였지만, 시간이 지날수록 크게 고민할 이유가 없다는 것을 알게 되었습니다. 중간중간의 선택들이 불명확한 미래로 향하는 길이더라도 결국 자신의 선호도가 반영된 결정이며 그런 선택들이 모여 멀리서 봤을 때는 결국 자신이 원하는 방향으로 가고 있기 때문입니다.

 저 또한 단순히 식물 연구가 좋았고, 막연하지만 연구해 보고 싶은 분야가 있어 대학원을 선택하였습니다. 학위과정을 통해 식물분자생물학에 대한 지식 뿐만 아니라 생물학에 대한 다양한 경험과 정보를 얻을 수 있었습니다. 이 과정에서 얻은 모든 지식과 경험은 제가 잘하고 좋아하는 세부 분야를 찾도록 도와주었고, 또 이 과정에서의 노력은 논문이라는 큰 성과로 남아 자부심 또한 가질 수 있었습니다.

 단순하고 막연한 이유로 선택한 대학원이었기에 조금 불안했지만, 시간이 지남에 따라 그 안에서도 제가 잘하고 좋아하는 분야를 찾아낼 수 있었습니다. 또한 지금 제가 좋아하는 일을 하고 있다고 느낄지라도, 미래에는 생각이 바뀌어 다른 분야로 나갈지도 모릅니다. 하지만 그 모든 과정 또한 제가 좋아하는 일을 찾는 과정이라 생각하면 두렵지 않을 것입니다.

 서두에서 말한 경험하지 않으면 그 일에 대해 정확하게 알 수 없다는 말은 경험해 보면 생각보다 더 많이 알 수 있다는 말입니다. 자신이 알아본 범위내에서 최선을 선택하고 노력한다면 결국 본인에게 가장 잘 맞는 분야를 찾아낼 수 있을 것이라 생각합니다. 꿈을 현실적으로 꾸는 것은 원래 어렵습니다. 그러니 좀 더 멀리서 보고 그 과정들을 잘 설계하시길 바랍니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

 연구라는 것은 결국 모두 인간을 위한 것으로 그 발전의 방향성이 항상 인간에게 이롭게 실현되어야 한다고 생각합니다. 그래서 저는 여태까지 했던 기초 연구에서 더 확장되어 조금 더 사람에게 직접적으로 작용할 수 있는 연구를 하고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

 이 자리를 빌려 저의 지도교수님이신 김우택 교수님께 깊은 감사의 말씀을 전합니다. 연구의 방향성을 지도해 주시고, 항상 도움을 주셨던 덕분에 여기까지 올 수 있었습니다. 또한, 실험실의 사수이셨던 서동혜 연구교수님, 함께 연구를 수행한 공동 1저자인 서현지 연구원, 그리고 많은 도움을 주신 실험실의 모든 구성원분께도 진심으로 감사드립니다.