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칼슘이 많이 함유된 특화 작물을 생산할 수 있는 길이 열렸습니다.

칼슘의 결핍은 동식물의 성장을 저해하고 질병을 유발하며, 작물의 생산량과 품질을 저해하는 것으로 잘 알려지고 있습니다.

칼슘이 결핍된 토양에서 재배된 토마토, 파프리카, 사과의 썩음병

식물은 칼슘을 흡수하는 부위와 사용하는 부위가 다르기 때문에 칼슘을 적재적소로 이동시켜주는 칼슘 수송단백질이 꼭 필요합니다.

지금까지 뿌리의 내피층이 잎과 줄기로 보내는 이온들의 선택적 투과를 결정한다고 알려져 왔습니다.

BjPCR1 유전자의 발현이 억제된 돌연변이 갓(anti-BjPCR1)은 야생종 (WT)에 비해 칼슘을 줄기로 잘 이동시키지 못해서 (위 회색 사진), 생육이 저해되었다. (아래 야생종과 돌연변이 갓 각각 6 포기의 식물 사진)

포스텍 이영숙 교수팀은 식물의 뿌리털에서 흡수한 칼슘을 잎과 줄기 등 지상부로 효율적으로 이동하는 칼슘 수송단백질 BjPCR1을 발견했습니다.

연구팀은 우리나라 사람들이 김치 등으로 즐겨 먹는 '갓'의 뿌리털에서 흡수한 칼슘을 잎과 줄기 등 지상으로 이동시키는 과정에서 BjPCR1이 칼슘 수송단백질의 역할을 한다는 사실을 확인했습니다.

수송단백질(Transporter)은 생명체의 막에 존재하는 단백질로, 생명체의 대사활동에 필요한 물질을 적재적소에 수송하는 역할을 합니다.

이번 연구에서 밝힌 칼슘 수송단백질(BjPCR1)을 이용하면 칼슘이 부족한 토양에서도 건강하게 자랄 수 있는 작물과 보통의 토양에서도 칼슘을 다량 축적한 작물을 생산 재배할 수 있을 전망입니다.

칼슘 수송단백질 BjPCR1은 뿌리털에서 흡수한 칼슘을 뿌리의 중심부로 수송시켜서, 칼슘이 잎과 줄기 등의 지상부로 이동할 수 있도록 한다.

BjPCR1을 뿌리 표피에 특이적으로 과발현한 형질전환 식물체 (AtEXP7p::BjPCR1-1, -2)는 칼슘 함량이 높은 배지에서 재배하였을 때, 야생종(WT)에 비해 훨씬 더 잘 자랐다.

또한 이 교수팀은 BjPCR1을 뿌리의 표피에 특이적으로 과발현시킨 형질전환 식물체를 개발하여, 이 식물이 칼슘을 줄기로 더 잘 이동시켜 야생종에 비해 훨씬 더 잘 자란다는 사실을 입증했습니다.

토양에 존재하는 칼슘 이온은 식물의 생장과 발달에 꼭 필요한 무기영양원(mineral mutrition)입니다.

연구팀은 뿌리 표피층 안에 BjPCR1 유전자가 발현되는 양에 따라 지상의 칼슘 이온 농도도 달라진다는 사실을 통해, 뿌리의 표피층도 식물 내의 무기이온 이동의 조절에 중요한 역할을 한다는 새로운 이론을 정립했습니다.

이번 연구는 포스텍 이영숙 교수와 송원용 박사, 마티노이아 교수(스위스 취리히대)가 공동으로 진행했습니다.

이번 연구결과는 세계적으로 권위 있는 과학전문지인 '미국립과학원회보(PNAS)'에 온라인 속보(11월 17일)에 게재됏습니다.
(논문명 : Brassica juncea plant cadmium resistance 1 protein (BjPCR1) facilitates the radial transport of calcium in the root)

 용  어  설  명

미국립과학원회보(PNAS) : 
세계에서 가장 저명한 과학 저널중의 하나로 1914년에 창간되었다. 이 저널에서는 생물학, 물리학 사회과학 등 다양한 연구를 소개하고 있다.

수송단백질(Transporter) :
생명체의 막에 존재하는 단백질의 일종으로서, 생명체의 대사활동에 필요로 하는 물질을 적재적소에 수송하는 역할을 한다. 수송단백질은 수송물질에 대한 특이성을 지니고 있어서, 세포에는 다양한 수송단백질들이 존재한다.

무기영양원(mineral nutrition) :
토양에 존재하는 광물 영양원으로 생명체를 이루는 구성 성분이며, 세포에 존재하는 여러 효소들의 조효소로서의 작용을 한다. 필수 무기영양원은 생물체의 구조와 대사에 요구되는 필수영양원으로, 결핍될 경우  생명체에  심각한 생장장애, 발달장애, 번식장애를 나타낸다.

식물 뿌리(Plant root) :
식물의 생장과 발달에 필요한  물과 무기영양원을 흡수하는 역할을 하며, 뿌리털을 포함하고 있는 표피, 피층, 내피, 내초, 물관부, 체관부의 여러 세포층으로 이루어져 있어서,  식물체내의 무기이온 흡수와 분배를 조절하는 역할을 한다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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