서울대학교 화학부(식물생화학-서필준 교수), 한국기초과학지원연구원(대사체학/분석화학-황금숙 박사), 한국생명공학연구원(식물 조직배양-김석원 박사) 공동 연구팀은 학제간 융합 연구를 통해 캘러스 전분화능 유지에 핵심적인 대사경로와 대사물을 발굴했고, 이를 다양한 식물종의 조직배양 과정에 적용하여 우수성을 검증했다.

작물 생명공학에 대한 수요 증가로 인해, 식물 세포를 탈분화시키고 다시 특정 세포 유형 혹은 조직으로 재분화시킬 수 있는 분화조절 기술의 필요성이 부각되고 있다.

오랜 역사를 바탕으로 식물 탈분화 및 재분화 과정을 제어할 수 있는 조직배양 기술이 발전되어 왔지만, 여전히 조직배양 기술은 일부 식물종에서만 제한적으로 적용가능하고 그마저도 낮은 효율로 인해 기술적인 제약이 큰 상황이다.

조직배양은 일반적으로 2단계 과정으로 구성된다. 분화가 완료된 체세포를 탈분화(dedifferentiation)시켜 줄기세포처럼 전분화능(pluripotency)을 가지는 캘러스(callus) 세포 덩어리를 유도하는 과정과 탈분화된 캘러스를 다시 원하는 기관으로 재분화 (regeneration) 시키는 과정이다. 

이때 캘러스에서 전분화능을 획득하고 유지하는 것은 조직배양 과정의 핵심 난제로 알려져 있다. 이를 해결하기 위해, 식물종 전반에 걸쳐 광범위하게 전분화능을 부여할 수 있는 핵심 유효 화합물을 동정하고, 이를 조직배양 과정에 활용하는 직관적인 방식이 제안돼왔다.

이 연구에서는 글로벌 메타볼로믹스 프로파일링(Global metabolomics profiling) 접근을 통해 전분화능 획득 캘러스와 전분화능 결손 캘러스간 차별화된 대사체를 비교 분석했고, 전분화능 확립 및 유지에 핵심적인 대사물인 아데노신 모노 포스페이트(adenosine monophosphate, AMP)를 새롭게 발견했다.

AMP 생합성 경로의 속도결정단계 효소(rate-limiting enzyme)인 ATase (ASE1, ASE2)의 활성은 식물 캘러스 전분화능 확립에 중요한 역할을 수행한다. 추가적으로 유전자 공동발현 네트워크(gene coexpression network) 분석을 통해 AMP 대사과정은 줄기세포 활성화 기작과 연관돼 있음을 규명했다.

또한 AMP는 모델식물 뿐만 아니라 양배추(B. oleracea var.), 토마토(S. lycopersicum), 방풍(P. japonicum) 등 다양한 식물종의 조직배양 과정에서 재분화 효율을 현격히 증가시킨다는 사실을 증명했다.

이 발견을 통해 다양한 식물종에서의 게놈엔지니어링 및 조직배양을 한층 더 활성화시킬 수 있는 새로운 가능성을 열게 됐다. 이 연구는 해당 분야 저명 국제 학술지 Molecular Plant에 게재됐다.


*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=43857
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