토마토.[123RF]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 식물 체내의 에너지 분배를 촉진함으로써 작물의 생산성을 증가시킬 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 포항공과대학교(포스텍) 황일두 교수 연구팀 식물의 생산성 조절을 위한 새로운 전략으로 에너지 분배 통로인 ‘체관 수’를 제어해 토마토 생산성 향상에 기여할 수 있음을 규명했다고 밝혔다.

체관이란 식물의 체내 연결 통로. 광합성을 통해 잎에서 만들어진 에너지 즉 ‘당’이 체관을 통해서 줄기, 뿌리, 과실 등 필요한 기관으로 분배된다.

기존 생산성 증가 연구는 식물의 광합성 효율 향상을 유도하거나 스트레스 내성 증대 또는 과육과 같은 저장 기관의 발달 기작 제어 등의 시도로 이루어져 왔다.

하지만 식물이 이용 가능한 에너지는 한계가 있어, 충분한 생산성 향상을 위해서는 전체적인 에너지 분배의 개선이 필요했다.

이에 에너지 분배 통로인 체관의 활성 제어를 통한 식물 내 에너지 분배 능력 및 생산성 향상 전략이 제시되었지만, 체관 발달 연구 부족 등에 따라 아직 확립되지 못한 영역으로 남아있었다.

연구팀은 선행연구를 통해 애기장대에서 동정한 체관 발달 억제 유전자 JUL1이 토마토에서도 기능적으로 보존되어 있음을 규명, SlJUL(Solanum lycopersicum JUL1)로 이름 붙였다.

이를 기반으로 이번 연구에서는 SlJUL 단백질 기능이 저해 및 상실된 토마토를 제작했다.

체관부 발달, 광합성에너지 분배, 생산성 간의 상관관계 모식도.[포스텍 제공]

그 결과 SlJUL 단백질의 기능 저해 정도에 따라 체관 수가 늘어나며, 이에 비례하여 식물 체내 에너지 분배 능력이 향상됨을 확인했다. 즉 체관 수가 식물 체내 에너지 분배 능력을 결정함을 밝힌 것이다.

또 SlJUL 단백질 기능 저해 토마토의 향상된 에너지 분배 능력에 의해 과육의 수 37%, 중량 60%, 당도 25%로 증가함을 확인했다.

SlJUL 단백질 기능의 저해 정도 조절로, 특정 기관이 발달하여도 식물 생육에는 영향을 미치지 않으면서 작물의 유용 형질은 향상시킬 수 있음을 알아낸 것이다.

황일두 교수는 “SlJUL 유전자가 대부분의 관다발 식물에 높은 수준으로 보존되어 있어, 체관 수-에너지 분배 최적화 기술은 토마토 뿐 아니라 유용작물인 벼, 콩, 감자 등에도 광범위하게 활용할 수 있을 것이라는 측면에서 의미가 있다”면서 “지속적인 연구를 통해 유전자 교정기술을 활용하여 환경 변화에 대응하기 위한 신품종 육종기술 개발에 실마리를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다.

한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널’ 5월 18일(한국시간) 온라인 게재됐다.