봄이 되면 산수유부터 시작해서 목련, 개나리, 벚꽃들이 차례로 화사한 꽃망울을 드러낸다. 왜 식물들의 개화시기는 이렇게 다를까? 이는 식물에 계절변화를 알아채고, 가장 적당한 환경에서 꽃을 피우려는 개화조절 체제가 있기 때문이다.
꽃이 피는 것에 관련한 유전자는 현재 약 90여 종이 알려져 있다. 이 중에서 FT(Flowering Locus T) 유전자가 활성화 되면 꽃이 빨리 피고, 그렇지 않으면 늦게 핀다. 이 FT 유전자의 조절에, 빛을 인지하는 광수용체들 중의 하나인 FKF1 단백질이 핵심적인 역할을 수행한다는 것이 밝혀져 사이언스(Science誌) 5월 25일자 온라인판에 게재됐다.
이와 같은 성과는 농촌진흥청(청장 박현출)에서 지원하는 차세대 바이오그린21사업을 통해 거둬진 결과이다. 차세대 바이오그린21사업은 세계 4위권 그린바이오 기술 국가 진입을 위해 국가원천기반기술 발전과 농산업 경쟁력 강화를 목표로 산학관연이 함께 추진하는 대표적인 농업생명공학 국가 R&D 사업이다.
차세대 바이오그린21사업의 7개 사업단 중 하나인 경상대학교 시스템합성농생명공학사업단(이상열 교수)에서 연구비를 지원받는 송영훈 박사(미국 와싱턴대학 박사후 연수과정)의 ‘식물의 계절변화 인지와 개화시기 조절 체제를 규명해 작물의 수확량을 증대’할 수 있는 획기적인 연구내용이 사이언스에 게재된 것이다.
논문 제목은 ‘FKF1 단백질이 광주기적 개화시기 조절 메커니즘에서 CONSTANTS 단백질의 안정에 관한 중요한 시간 정보를 전달한다(FKF1 conveys crucial timing information for CONSTANTS stabilization in the photoperiodic flowering)’이다.
지구온난화에 따른 급격한 환경변화로 인한 이상기후로 인해 작물의 생산량이 급격히 감소하고 있고, 화석연료 고갈로 인한 대체에너지 생산 등으로 국제 곡물가의 불안정성은 날로 증폭되고 있다. 따라서 개화시기를 조절해 한정된 공간과 환경에서 작물의 생산량을 극대화 하는 기술은 인류의 당면한 문제에 대한 훌륭한 해결책이라 할 수 있다.
많은 식물들은 씨앗 또는 열매 생산을 최대화하기 위해 적합한 계절을 선택해서 개화하는데, 이는 식물이 밤낮의 길이변화를 인지해 FT 유전자의 발현을 조절함으로써 일어난다.
모델식물인 애기장대의 잎에서 FT 유전자의 발현은 낮의 길이가 밤보다 더 긴 봄이나 여름같은 장일조건에서 CONSTANTS(CO)라는 전사조절 단백질에 의해 유도된다. 이 때 빛의 파장 중 파란빛(blue light) 수용체인 FKF1이 CO와 결합해 단백질체를 안정화시키고 FT 유전자 발현 저해 단백질들을 분해시킴으로써 FT 유전자의 안정적 발현을 돕는다는 것을 규명했다.
농촌진흥청은 이번에 밝힌 개화조절 유전자의 조절 체제가 우리나라 주곡인 벼, 밀 그리고 보리뿐만 아니라 감자, 배추와 토마토를 포함하는 다양한 식물들에 존재하고 있으므로 이들의 조절 체제 연구가 작물의 생산량 증대연구에 매우 유용하게 사용될 것으로 기대한다고 밝혔다.