Interaction of Plant-Environment Lab
연구 내용
1. 식물의 고온 스트레스 적응 분자기작 규명
2015년 파리협정은 산업화 이전 대비 지구 평균 기온 상승을 1.5°C 이내로 억제하는 것을 목표로 했지만, 최근 관측 자료들은 이미 이 한계선을 넘어섰음을 보여주고 있습니다. 이상 고온은 더 이상 예외적 현상이 아니라 매년 반복되는 일상이 되었으며, 이는 식물의 생장과 발달, 나아가 작물 생산성에 직접적인 위협이 되고 있습니다.
본 연구실은 애기장대(Arabidopsis thaliana)를 모델로, 식물이 고온을 인지하고 이에 적응해 나가는 과정을 분자 수준에서 규명하고 있습니다. 특히 다음 세 가지 과정에 주목하고 있습니다.
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고온형태형성(thermomorphogenesis): 고온에 반응해 나타나는 식물의 형태적 변화를 유도하는 신호전달 기작
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영양분 항상성: 고온 환경에서 철(Fe) 등 필수 미량원소의 흡수와 이용 효율이 어떻게 재조정되는지에 대한 조절 기작
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고온에 따른 식물 면역 약화: 고온이 병원균에 대한 식물의 방어 반응을 어떻게 약화시키는지, 그 분자적 원인 규명
1.5°C 한계선을 넘어선 지금, 고온이 식물의 생장과 미량원소 균형, 면역에 미치는 복합적 영향을 이해하는 것은 선택이 아닌 필수입니다. 이번 연구로 인하여 얻게 될 분자·유전학적 지식은 고온 스트레스에 강하면서도 영양 균형과 병 저항성을 함께 갖춘 차세대 작물 개발의 기반이 될 것입니다.
[참고]
2. LRR-LRK/LRR-RLP 면역수용체 신호전달 네트워크 규명
식물은 세포막에 존재하는 leucine-rich repeat receptor kinases(LRR-RLKs)와 LRR-receptor like proteins(LRR-RLPs)를 통해 병원균을 비롯한 다양한 외부 환경 신호를 인지합니다. 이렇게 인지된 신호는 복잡한 신호전달 과정을 거쳐 식물의 발달과 면역 반응을 정교하게 조절합니다.
본 연구실에서는 LRR-RLK/RLP의 활성을 인위적으로 조절할 수 있도록 자체 개발한 분자 도구(RiD)를 활용하여, 이들 수용체의 생물학적 기능과 리간드를 규명하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히 병원균을 인지해 면역 반응을 유도하는 LRR-RLK/RLP 신호전달의 분자 기작을 중점적으로 연구하고 있습니다.
병원균 역시 식물의 방어 체계에 맞서 정교한 회피 전략을 진화시켜 왔습니다. 그래서 LRR-RLK/RLP 매개 면역을 무력화하는 병원균 이펙터(effector)를 발굴하고, 이들의 작용 기작을 규명하는 연구도 함께 진행하고 있습니다.
더 나아가 이렇게 축적된 지식을 바탕으로 수용체를 합성생물학적으로 재설계하여, 병원균의 회피 전략에 대응할 수 있는 향상된 면역력을 지닌 식물을 개발하는 연구도 진행하고 있습니다.
[참고]
3. 초식곤충 공격에 대한 식물의 인지 및 방어기작 규명
2022년 기초연구실(BRL)에 선정되어, 식물이 초식곤충의 공격을 인지하고 다양한 방어 반응을 활성화하는 신호전달 기작을 연구하고 있습니다. 특히 초식곤충(파밤나방, 배추좀나방, 진딧물 등)의 공격을 인지하는 식물 수용체와, 이 수용체를 활성화하는 곤충 유래 면역 유도 물질(elicitor)을 발굴하는 연구를 진행하고 있습니다.
[참고]
4. 신호전달 재설계를 통한 작물 개량
식물-환경 상호작용 연구를 통해 얻은 분자 및 유전학적 지식을 바탕으로 작물의 신호전달 체계를 재설계하면, 환경 스트레스와 병원균에 대한 내성을 지니면서 형태와 발달 특성이 우수한 작물을 개발할 수 있습니다.
본 연구실은 앞선 연구를 통해 축적한 고온 스트레스 적응 기작(1), LRR-RLK/RLP 면역 신호전달 및 병원균의 면역 회피 전략(2), 초식곤충 인지 수용체(3)에 대한 지식을 종합하여, CRISPR/Cas9 유전자 편집 기술과 합성생물학적 접근을 통해 토마토를 포함한 작물의 유전자를 정밀하게 편집하는 연구를 진행하고 있습니다. 이를 통해 고온을 비롯한 외부 환경 변화에 덜 민감하고, 병원균과 초식곤충에 대한 저항성이 향상되는 등 농업적으로 우수한 형질을 갖는 작물을 개발하고자 합니다.