September 23,2019

가뭄을 이겨내는 ‘보리’ 개발

유전자 편집 통해 잎과 뿌리 기능 강화

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기후변화로 세계 곳곳에서 가뭄이 극심해지고 있는 중이다.

이런 상황에서 스코틀랜드 에든버러 헤리엇와트 대학 과학자들은 가뭄에 견딜 수 있는 보리를 개발해왔다.

그리고 지난 5년간의 노력을 통해 보리의 전사 인자인 ‘HvMYB1’를 격리하는데 성공했다. 또 이 전사 인자를 다른 보리에 주입해 가뭄에 견딜 수 있는 강력한 내한발성을 지닌 보리를 개발할 수 있었다.

전사 인자(transcription factor)란 진핵세포 유전자 근처의 반응요소(response element)라는 DNA 특정부위에 결합해 유전자의 발현을 촉진하거나 억제하는 단백질을 말한다.

과학자들이 유전자편집 기술을 통해 가뭄에 견딜 수 있는 강력한 내한발성을 지닌 보리를 개발했다. 곡물 산업은 물론 곡물을 원료로 사용하는 주류산업 등 관련 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. ⓒWikipedia

과학자들이 유전자 편집 기술을 통해 가뭄에 견딜 수 있는 강력한 내한발성을 지닌 보리를 개발했다. 곡물 산업은 물론 곡물을 원료로 사용하는 주류산업 등 관련 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. ⓒWikipedia

전사 인자 ‘HvMYB1’ 주입, 생존력 강화    

3일 ‘가디언’, ‘BBC’, ‘인디펜던트’ 등 주요 언론들은 헤리엇와트 대학의 연구 결과가 보리뿐만 아니라 다른 곡물에도 적용이 가능하며, 실용화할 경우 곡물 산업 전반에 큰 영향을 미칠 것으로 전망했다.

이번 연구는 전사 인자인 ‘HvMYB1’를 주입해 가뭄을 이겨낼 수 있는 보리를 생산할 수 있으며,  곡물 생산량을 높일 수 있다는 것을 말해주고 있다.

연구를 이끈 헤리엇와트 대학의 피터 모리스(Peter Morris) 교수는 “그동안 ‘HvMYB1’를 주입한 보리를 다양하게 시험 경작해왔으며, 장기간의 가뭄 속에서 이들 작물들이 생존할 수 있음을 확인했다.”고 밝혔다.

논문은 농업 분야 국제학술지인 ‘식물 생리학‧생화학(Plant Physiology and Biochemistry)’ 9월 호에 게재됐다. 논문 제목은 ‘The barley transcription factor HvMYB1 is a positive regulator of drought tolerance’이다.

연구진은 그동안 많은 과학자들은 ‘MYB’와 같은 전사 인자(Transcription factors)를 활용, 가뭄에 견딜 수 있는 작물을 개발해왔다고 말했다.

그러나 별다른 성과를 거두지 못하고 있는 가운데 헤리엇와트 대학 연구진은 여섯줄보리(Hordeum vulgare L.)를 통해 전사 인자인 ‘HvMYB1’가 건조한 상황에서 중요한 역할을 하고 있다는 사실을 발견했다.

‘HvMYB1’가 특정 유전자와 결합, 가뭄‧내건성(osmotic stress)에 대한 내구력을 강화하고 있었다는 것.

새로운 사실을 알게 된 연구진은 전사 인자인 ‘HvMYB1’를 또 다른 여섯줄보리에 이식해 다양하게 조성된 가뭄 환경 속에서 어떤 식으로 생장을 시도하고 있는지 관찰과 분석을 진행했다고 밝혔다.

기후변화에 대처할 식량증산 기술    

그리고 기공유통성(stomatal conductance)을 조절하며 수분 손실률을 줄이고 수분 보유량을 향상시키고 있다는 사실을 발견했다.

전사 인자인 ‘HvMYB1’의 농도에 따라 기공에서 이루어지는 삼투압의 정도가 달라졌다는 것.

삼투압이란 농도가 다른 두 액체를 반투막으로 막아 놓았을 때, 용질의 농도가 낮은 쪽에서 농도가 높은 쪽으로 용매가 옮겨가는 현상을 말한다. 기공에서는 외부에서 수분 유입을 막기 위해 삼투압을 높이고, 반대로 수분 유입을 늘리기 위해 삼투압을 낮춘다.

논문은 ‘HvMYB1’의 농도가 높아질 경우 삼투압을 낮춰 외부로부터 수분 유입을 늘리면서 내부에 있는 수분 유출을 철저히 차단하고 있었다고 밝혔다.

한편 뿌리에서는 활성산소(reactive oxygen species)인 ‘H2O2’의 농도가 강화되고 있었다고 말했다.

‘물 분자(H2O)’에 추가로 ‘산소원자(O)’ 하나를 달고 있는 과산화수소는 혹과 같은 산소원자를 상대방에게 건네고 자신은 안정된 물 분자 형태를 취하려는 욕망을 지니고 있다. ‘H2O2’의 증가는 수분을 늘리기 위한 직접적인 행위로 분석된다.

논문은 이 밖에 삼투압 현상과 관련된 아미노산인 프롤린(proline)의 농도 등에도 변화가 있음을 확인했다고 밝혔다.

보리는 식량뿐만 아니라 맥주와 위스키 원료로 사용되고 있어 주류 산업 전반에 큰 영향을 미치고 있다. 그러나 지난 이상고온 현상으로 지구가 뜨거워지면서 세계적으로 심각한 생산 감소 현상을 보였다.

79억 톤에서 66억 톤으로 13억 톤이 줄어들었는데 보리 생산농가는 물론 곡물 시장, 주류 산업에 막대한 피해를 입힌 것으로 집계되고 있다.

이런 상황에서 스카치위스키를 생산하는 스코틀랜드에 비상이 걸렸고 헤리엇와트 대학 등을 통해 가뭄을 극복할 수 있는 보리를 개발하기 위해 많은 노력을 기울여왔다. 그리고 지금 결실이 이루어지고 있는 중이다.

그동안 과학계는 과학자들이 전사 인자인 ‘HvMYB1’의 존재를 알고 있었지만 헤리엇와트 대학 연구진이 한 것처럼 정밀하게 분석한 후 보리에 이식해 새로운 종을 경작하는 데 실패해왔다.

그러나 이번 연구로 분석과 경작에 성공함으로써 가뭄이 닥칠 경우 보리뿐만 아니라 다른 곡물들에게 있어서도 ‘HvMYB1’를 새로운 예방제(protectants)로 활용할 가능성이 열렸다. 연구 결과에 곡물 등 관련 산업계가 크게 주목하고 있다.

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