영남대, 지베렐린 신호 복합체 구조 규명…학술지 'Molecular Plant'에 게재

영남대학교(총장 최외출)는 김동영 약학대학 교수 연구팀이 지베렐린이 유도하는 DELLA 단백질의 분해 작용을 분자 수준에서 구조적으로 규명했다고 28일 밝혔다. 이번 연구성과는 최근 식물과학 분야의 세계적 권위 학술지 '몰레큘러 플랜트(Molecular Plant)'에 게재됐다.

식물 생장을 조절하는 데는 DELLA 단백질과 지베릴린(GA)이 핵심적인 역할을 한다. DELLA 단백질은 식물 유전자 작동을 조절해 생장을 억제하는 기능을 하고, 지베릴린은 DELLA 단백질을 작용을 억제해 식물의 성장을 촉진한다.

영남대학교 대학원 약학과 석·박사 통합과정 이슬람소야브 씨(왼쪽)와 박사과정 박건웅 씨

이처럼 지베렐린과 DELLA 단백질은 상호 작용하며 생장을 조절한다. 지베렐린이 부족해지면 DELLA 단백질의 활성이 높아져 식물이 극단적으로 왜소해지고, DELLA 단백질의 활성을 낮추면 지베렐린이 없어도 정상적인 생장을 회복할 수 있다.

결과적으로, DELLA 단백질의 지베렐린에 대한 민감도를 조절하면 식물의 생장은 지연시키고 곡물 수확량은 극대화하는 '녹색혁명'을 실현할 수 있다. 하지만, DELLA 단백질과 지베렐린 신호전달 경로는 식물 생장 조절의 핵심 원리로 오랜 기간 많은 연구가 이어져 왔지만, 그 작용 원리가 명확히 밝혀지지 않았다.

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

연구팀은 초저온전자현미경 기법을 이용하여 DELLA 단백질 복합체 구조를 규명하고 지베렐린이 매개하는 식물 생장 촉진의 원리를 분자 수준에서 제시했다는 평가다. 모델 식물인 애기장대의 DELLA 단백질인 RGA와 지베렐린 신호전달 단백질 간의 복합체 구조를 초저온전자현미경 기법으로 규명하고, 지베렐린에 의해 DELLA 단백질이 어떻게 불활성화하는지를 분석했다.

김 교수는 “이번 연구에서는 지베렐린이 유도하는 단계적인 단백질 안정화가 DELLA 단백질의 분해 신호로 작용함을 보여주었으며, 기존에 알려진 DELLA 단백질의 기능에 대한 구조적 통찰을 제공한 것에 의의가 있다”고 설명했다.

영남대학교 대학원 약학과 석·박사 통합과정 이슬람소야브 씨, 박사과정 박건웅 씨가 공동 제1저자로 연구를 주도했으며, 권은주 경상국립대 교수와 공동연구로 진행됐다. 연구의 핵심기술인 초저온전자현미경 시설은 민간 연구기업인 바오밥에이바이오(Baobab AiBIO)의 기술 지원을 통해 활용되었다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com

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