식물 체세포 역분화 촉진 방법 처음 알아내… “GM 식물 개발 효율 대폭 향상”

생명공학연구원 연구팀

국내 연구진이 식물 체세포 역분화 효율을 대폭 개선할 수 있는 조직배양 기술을 개발했다. 세포 분화를 조절해 복제식물이나 유전자변형(GM) 작물 개발 효율을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.

한국생명공학연구원 식물시스템공학연구센터 이효준 선임연구원 연구팀은 식물을 물에 침수 처리하면 세포 역분화를 촉진할 수 있는 원리를 처음으로 규명했다고 26일 밝혔다.

세포 분화는 분화되지 않은 세포가 특정 조직 및 기관을 구성하는 고유한 구조와 기능을 가진 세포로 변환되는 과정이다. 분화가 일어난 세포는 형질을 영구적으로 유지하지만, 호르몬 처리 등을 통해 역분화를 시도하면 분화하기 전 단계의 세포로 되돌릴 수 있다.

침수처리에 의하여 달라진 절편체의 옥신 반응성 양상. 왼쪽이 침수처리를 하지않은 식물의 절편체, 오른쪽이 침수처리를 한 식물의 절편체. /생명연 제공

이렇게 제작된 식물은 체세포와 유전적으로 같아 이론적으로는 잎 한 장에 있는 체세포에서 복제식물을 만들 수도 있다. 하지만 그동안 체세포 분화 조절이 어렵다 보니 제작 효율이 떨어졌다.

연구팀은 역분화 이전에 짧게 침수처리를 하면 분화장벽이 낮아져 모든 부위의 식물 체세포에서 역분화가 가능해진다는 사실을 발견했다. 식물체에 침수처리를 하게 되면 세포 내에 식물 호르몬의 일종인 에틸렌(ethylene) 신호가 활성화되고, 활성화된 에틸렌 신호가 옥신 수용체의 양을 증가시켜 역분화를 촉진한다는 것이다. 옥신은 식물의 생장과 발육의 기본과정인 세포분열, 세포분화, 기관형성 등을 촉진하거나 억제하는 물질이다.

연구팀은 모델 식물인 애기장대뿐만 아니라 배추에서도 같은 원리가 작동하는 사실을 확인했다.

이효준 선임연구원은 “국소 부위에만 체세포 탈분화가 유도되는 기존 조직배양의 한계를 극복할 수 있는 방안이 마련된 것에 의의가 있다”며 “이번 연구결과를 발전시킨다면 향후 어떤 종에서도 식물 체세포 분화를 자유롭게 조절할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 생물학 분야의 국제학술지인 ‘몰리큘러 플랜트(Molecular Plant)’에 이달 5일 소개됐다.

왼쪽부터 연구책임자 이효준 박사, 제1저자 신승용 학생. /생명연 제공

참고자료

Molecular Plant, DOI: 10.1016/j.molp.2022.11.001

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