영남대 김동영 교수팀, 식물 생장 조절 핵심 ‘DELLA 단백질’ 분해 원리 세계 첫 규명

초저온전자현미경 활용해 지베렐린 작용 메커니즘 입증…‘몰레큘러 플랜트’ 게재
고효율 작물 개발·지속가능 농업 기초 마련…식량 문제 해결에 새 전기 마련

영남대 대학원 약학과 이슬람소야브(Soyaab Islam, 왼쪽) 석·박사통합과정 학생과 박건웅 박사과정 학생.

영남대학교 약학대학 김동영 교수 연구팀이 식물 생장 조절의 핵심 메커니즘인 DELLA 단백질의 분해 작용을 분자 수준에서 성공적으로 규명하며 과학계의 이목을 집중시키고 있다. 이번 연구 결과는 식물과학 분야의 세계적인 권위지 '몰레큘러 플랜트(Molecular Plant)'(인용지수 24.1, 분야 상위 0.5%)에 게재돼 그 학술적 가치를 인정받았다.

식물의 성장 과정에서 지베렐린(GA, gibberellic acid)과 DELLA 단백질은 길항 작용을 통해 정교하게 생장을 조절한다. DELLA 단백질은 식물 유전자의 발현을 억제해 성장을 저해하는 반면, 지베렐린은 이러한 DELLA 단백질의 활성을 무력화시켜 식물의 성장을 촉진하는 역할을 한다. 이 두 물질의 균형은 식물의 왜소화 또는 정상적인 성장에 결정적인 영향을 미친다.

특히, DELLA 단백질의 지베렐린에 대한 민감도를 조절함으로써 식물의 생장 속도를 조절하고 곡물 수확량을 극대화하는 '녹색혁명' 실현의 가능성이 제시돼 왔지만, 그 정확한 작용 원리는 베일에 싸여 있었다.

초저온전자현미경으로 분석한 DELLA 단백질 복합체의 밀도 분포도(왼쪽)와 모델 구조(가운데). 지베렐린에 의한 단계적 단백질 안정화와 DELLA 단백질 분해 모델(오른쪽). 영남대.

김동영 교수 연구팀은 최첨단 초저온전자현미경(Cryo-EM) 기법을 활용해 이 오랜 숙제를 해결했다. 연구팀은 모델 식물인 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 DELLA 단백질인 RGA와 지베렐린 신호전달 단백질 간의 복합체 구조를 성공적으로 분석했으며, 이를 통해 지베렐린이 DELLA 단백질을 어떻게 불활성화시키는지를 분자 수준에서 명확히 밝혀냈다.

이는 지베렐린이 유도하는 단백질 안정화가 DELLA 단백질의 분해 신호로 작용한다는 사실을 규명한 것으로, 기존에 알려진 DELLA 단백질 기능에 대한 구조적 이해를 획기적으로 심화시켰다는 평가를 받고 있다.

이번 연구는 영남대 대학원 약학과 이슬람소야브(Soyaab Islam) 석·박사통합과정 학생과 박건웅 박사과정 학생이 공동 제1저자로 참여해 연구를 주도했으며, 경상국립대 권은주 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 시너지를 극대화했다. 연구의 핵심 기술인 초저온전자현미경 시설은 민간 연구기업인 바오밥에이바이오(Baobab AiBIO)의 기술 지원을 받아 활용됐다.

김동영 교수는 "이번 연구는 지베렐린이 DELLA 단백질의 분해를 유도하는 단계적인 과정을 구조적으로 밝혀낸 것에 큰 의미가 있다"며, "이는 식물 생장 조절의 근본 원리를 이해하는 데 결정적인 단서를 제공할 뿐만 아니라, 향후 고효율 작물 개발과 지속가능한 농업 기술 발전에 중요한 기초 자료로 활용될 것"이라고 강조했다.

이번 획기적인 연구 성과는 지난 6월 19일 '몰레큘러 플랜트' 온라인판에 게재됐으며, 미래 식량 문제 해결과 농업 생산성 향상에 기여할 새로운 가능성을 열었다는 점에서 학계와 산업계의 기대를 한 몸에 받고 있다.