국립 경상대(GNU, 총장 이상경) 자연과학대학 생명과학부 생화학과 이상열 교수와 한국생명공학연구원 식물시스템 공학연구센터 곽상수 박사팀은 고구마 속 ‘오렌지 단백질(IbOr)’이 항산화 물질을 축적함으로써 산화 스트레스를 일으키는 활성산소를 제거한다는 사실을 규명했다.
28일 이상열 경상대 교수에 따르면 이는 베타카로틴을 고함유하는 고구마(품종: 신황미)에서 분리한 오렌지 단백질이 카로티노이드를 축적해 식물의 광합성을 정상적으로 할 수 있도록 하는 기능을 밝힌 것이다.
카로티노이드는 탄소수 40개로 구성된 지용성의 테르펜계 화합물로 옅은 노란색, 오렌지색, 붉은색 식물색소를 가지며, 모든 식물에 존재한다.
연구진은 IbOr유전자를 자색고구마(자색의 항산화 물질인 안토시아닌 생산)에 도입, 안토시아닌과 카로티노이드를 많이 생산하는 형질전환 고구마를 개발했다.
또 IbOr유전자를 콩과 사료작물인 알팔파에 고발현시키고 건조시켜 고염분 등 환경 스트레스에 강한 형질전환 알팔파를 개발했다. 그리고 IbOr유전자를 고발현시킨 형질전환 감자가 건조 등 스트레스에 강함을 확인했다.
연구진이 이번에 규명한 오렌지 단백질은 모든 식물에 적용 가능하며, 카로티노이드계 항산화 물질(베타카로틴 등)을 고생산하고, 고온 스트레스 등 재해에 강한 산업식물을 개발하는 데 활용할 수 있다.
이를 통해 식량·보건 문제 해결뿐만 아니라 향후 국내외 사막화 지역, 오염지역 등에 대량으로 심을 경우 바이오매스 증대를 통한 탄소배출권 확보도 기대된다.
곽상수 한국생명공학연구원 박사는 “고구마는 세계 7대 식량 작물로 불순한 기후 조건에서도 최고의 탄수화물을 생산할 수 있는 바이오 에너지 산업식물”이라며 “국내 식량 자급률은 24퍼센트 정도로 식량 안보 문제를 해결하는 데도 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 네이처(Nature)가 발행하는 저명 학술지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ (IF 5.6) 9월 16일 자 온라인판에 게재됐다.
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