menu
본문바로가기
‘Orange 신규 단백질’을 이용한 황금고구마 개발
연구책임자 : 김호수/곽상수
작성일 : 2021-02-04
조회수 : 699

‘Orange 신규 단백질’을 이용한 황금고구마 개발
 
- 카로티노이드 고축적과 환경스트레스 내성에 관여하는 단백질 기능 규명
- 향후 기후변화∙고령화에 대응하는 고부가가치 산업식물 개발활용에 기대


□ 국내 연구진이 선행 연구를 통해 개발한 카로티노이드 축적을 유도하는 고구마 Orange(Or) 단백질보다, 그 기능이 월등히 향상된 신규 단백질(IbOr-R96H)을 개발하고 원리를 규명하였다. 향후 기후변화와 고령화에 대응하는 카로티노이드 고축적 산업식물에 활용이 기대된다.
  
□ 한국생명공학연구원(이하 생명硏, 원장 김장성) 식물시스템공학연구센터 김호수·곽상수 박사 연구팀(교신저자: 김호수/곽상수 박사, 제1저자: 김소은 UST 박사과정)과 경상대 약학대학 안미정 교수팀(공동저자)이 공동으로 수행한 이번 연구결과는 저명 학술지 Antioxidants (IF 5.014) 1월 5일자 온라인 판에 게재되었다. 

  - 논문명: Overexpression of the Golden SNP-Carrying Orange Gene Enhances Carotenoid Accumulation and Heat Stress Tolerance in Sweetpotato Plants (첨부파일 참조)

□ 이번 연구 성과는 생명硏 김호수·곽상수 박사팀이 카로티노이드 축적과 고온 등 환경스트레스 내성에 관여하는 Orange 신규 단백질(IbOr-R96H)이 기존의 단백질(IbOr)과 비교하여 카로티노이드 축적과 고온에 대한 내성 기능이 월등히 향상되는 것을 고구마 식물체에서 처음으로 밝힌 것이다. 

□ 연구팀은 선행연구에서 고구마 Orange 단백질(IbOr)이 스트레스 조건에서 단백질의 변성을 막아주는 활성이 강하며 스트레스 조건에서 카로티노이드 축적과 고온 등 환경스트레스에 내성을 갖는 것을 확인하여 논문을 발표 한 바 있다 (Scientific Reports 2016, Frontiers in Plant Science 2017).
연구팀은 고구마 IbOr 유전자를 고구마, 감자, 알팔파(콩과 사료작물)에 도입하여 카로티노이드를 많이 생산하고 건조, 고염분 등 스트레스에도 강함을 확인하였다.   

□ 또한 연구팀은 실험을 통해 IbOr-R96H 신규 단백질을 과발현한 고구마 배양세포에서, 카로티노이드 고축적이 유도되고 스트레스에 내성을 갖는 것이 확인되었다 (Plant Cell Reports 2019).

□ 이번 연구에서 고구마 괴근에서 Orange 단백질(IbOr)은 전체 카로티노이드 함량을 3배 증가를 유도한 반면 신규 개발 단백질(IbOr-R96H)은 19배 이상의 카로티노이드 고축적을 유도함을 알 수 있었다. 특히 베타카로틴 함량은 IbOr-R96H 신규 단백질이 186배 이상이 고축적 됨을 확인하였다. 이러한 카로티노이드 고축적은 하얀색 고구마 괴근 색깔을 주황색 고구마 괴근으로 변화시키는 결과를 얻을 수 있었다.


   ※ 본 연구는 중국 내몽고 사막화지역에 잘 자라는 흰색계 품종(Xushu 29)에 IbOr-R96H 신규 단백질을 도입한 것으로 향후 고위도 척박한 토양에 고구마 재배에 도움이 될 것으로 기대됨

□ 생명연 김호수 박사는 “이번에 특성이 규명된 IbOr-R96H 단백질은 모든 식물에 적용 가능하며 카로티노이드계 항산화물질(베타카로틴 등)을 고생산하고 고온, 건조 등 각종 스트레스에 강한 산업식물을 개발하는데 활용할 수 있다” 며, “이번 성과를 통해 식량문제, 보건문제 해결뿐만 아니라 향후 국내외 조건 불리지역(사막화지역, 오염지역 등)에 대량으로 식재하면 바이오매스 증대를 통한 탄소배출권 확보도 기대된다. 또한 고부가가치 고구마 신품종 개발로 활용될 수 있어 국가 식량과 영양안보 뿐만 아니라 농가소득 증진에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 

 
< 그림 설명 >

- 그림 1. 형질전환 고구마 식물체 제작 모식도


- 그림 2. 형질전환 고구마 식물체와 저장뿌리의 표현형

흰색 고구마(Xushu 29 품종)에 IbOr 신규 단백질(IbOr-R96H)을 과발현 시킨 주황색의 형질전환 고구마 식물체와 저장뿌리 (오른쪽 3개체)

- 그림 3. 형질전환 고구마 저장뿌리의 카로티노이드 함량분석 결과

비형질전환 고구마 저장뿌리에 비해 IbOr-R96H 과발현 형질전환 고구마 저장뿌리에서 카로티노이드 함량이 다음과 같이 증가함
* 총 카로티노이드 함량: 5.4-19.6배 증가
* β-carotene 함량: 21.7-186.2배 증가

- 그림 4. IbOr-R96H 과발현 형질전환 고구마 식물체의 잎에서 고온(47°C) 스트레스 저항성 증가 



※ 보도자료 바로보기 (☞이동)