식물이 스스로 공격하는 이유 밝혔다

KAIST, 단백질 복합체 ‘DM3’ 구조·기능 규명

제1저자인 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 김기정(왼쪽부터) 박사와 연구를 주도한 송지준 교수. KAIST 제공

[충청투데이 조정민 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 송지준 교수 연구팀이 국립싱가포르대학, 옥스퍼드대학 연구팀과 공동연구를 통해 초저온 전자현미경(Cryo-EM) 기술을 활용, 식물 자가면역 반응을 유발하는 단백질 복합체 'DM3'의 구조와 기능을 규명했다고 21일 밝혔다.

고유의 면역 시스템을 지닌 식물은 때때로 자신의 단백질 구조를 병원균으로 오인해 스스로를 공격하는 자가면역 반응을 일으키기도 한다.

특히 서로 다른 품종 간 교배 후 후손 식물이 건강하게 자라지 못하고 스스로 고사하는 '잡종 괴사'(hybrid necrosis) 현상은 오랫동안 해결이 어려운 난제로 여겨져 왔다.

이번 연구는 식물 잡종 간 교배 시 면역 수용체의 비정상적 반응으로 발생하는 잡종 괴사의 원인을 단백질 구조의 결함에서 찾았다는 점에서 주목을 받고 있다.

이 단백질(DM3)은 원래 식물의 면역 반응에 관여하는 효소인데, '위험 조합'(DM)이라 불리는 특정 단백질 조합에서 DM3 단백질의 구조가 망가지면서 문제를 일으킨다.

DM3 변이체 중 하나인 'DM3Col-0' 변이체는 6개의 단백질이 안정적으로 결합하며 정상으로 인식돼 면역 반응을 일으키지 않지만 또 다른 'DM3Hh-0' 변이체는 6개 단백질 간 결합이 제대로 안돼 식물은 이를 '비정상적인 상태'로 인식하고 면역 경보를 울리며 자가 면역을 유발한다.

연구팀은 해당 구조를 초저온 전자현미경을 통해 시각화했으며 면역 유도 능력은 DM3 단백질의 효소 기능 때문이 아닌 단백질 결합력의 차이 때문임을 밝혀냈다.

이는 식물이 외부 병원균 뿐만 아니라 내부 단백질 구조가 비정상적으로 변화하는 경우에도 이를 병균으로 인식해 면역 반응을 일으킬 수 있음을 보여준다.

해당 연구는 서로 다른 품종의 식물을 교배하면서 유전자가 섞이고 단백질 구조가 변할 경우 식물 면역계가 얼마나 민감하게 변화하며 자가면역반응을 일으키는지 보여주며, 자연 교배 및 품종 개량 과정에서 발생할 수 있는 유전적 충돌에 대한 이해를 크게 높였다는 평가다.

한편 이번 연구는 KAIST 그랜드챌린지 30 과제 지원을 받아 수행됐다.

조정민 기자 jeongmin@cctoday.co.kr