▶ DNA 메틸화를 통한 식물 병저항성 기억 메커니즘 규명

식물이 병원균의 공격을 기억하고 강력하게 방어할 수 있는 능력의 유전적 비밀을 밝혀냈습니다.

​ 한국연구재단은 황일두(포항공과대학교), 황대희(서울대학교), 노태영(이화여자대학교) 교수 공동연구팀이 식물이 병원균의 침입을 기억하여 빠르고 강한 병저항성 반응을 갖는 기작을 규명해 병충해에 강한 작물을 개발할 수 있는 기초를 마련했다고 밝혔습니다. ​ 식물은 고정된 장소에서 생애를 마치기 때문에 다양한 스트레스에 저항성을 갖는 것이 생존에 매우 중요합니다. 이를 위해 식물은 이전의 병원균 공격을 기억하고 이후 더 빠르고 강력한 방어 반응을 일으키도록 진화하였습니다. ​ 병원균 공격을 기억하기 위해 식물은 후성유전학*적 방법을 사용한다고 알려져 있지만 이러한 방어 반응에서 유전자 부위의 DNA 메틸화의 역할은 명확하게 규명된 바가 없었습니다. ​ 연구팀은 병원균 공격의 기억과 방어 반응에서 식물이 DNA 메틸화를 통해 유전자 발현을 조절할 것으로 보고 연구를 진행하였습니다. ​ DNA 메틸화**와 식물 병저항성 사이의 연관관계를 확인하기 위해 관련 식물 돌연변이체에서 병저항성을 측정하였습니다.  

유전자 부위의 DNA 메틸화 (gene body DNA methylation)를 통한 식물 병저항성 기억 모델

그 결과, 유전자 부위의 DNA 메틸화가 감소해 있는 식물의 경우, 병원균에 대해 높은 저항성을 갖고 있었고 DNA메틸화가 변화된 유전자군은 스트레스에 반응하는 유전자들을 포함하고 있음을 확인했습니다. ​ 또한, 위 유전자들은 다른 유전자들과는 차별화된 염색질*** 특성이 있었는데, 유전자 부위의 DNA 메틸화가 감소된 유전자의 경우 병원균 침입 시 유전자 발현이 크게 증가함을 밝혀냈습니다. ​ 연구팀은 이 같은 DNA 메틸화가 여러 식물 개체군에서 DNA 메틸화 수준이 다양하게 존재한다는 사실도 알아냈습니다. ​ 황일두 교수는 이번 연구에 대해 "기존에는 그 기능이 불분명하고 가설로 존재하던 유전자 부위의 DNA 메틸화가 유전자의 발현조절과 연관되어 있음을 밝힌 것"이라고 설명하고, "후성유전학적 조절을 이용한 병저항성 향상을 통해 친환경·무농약 및 수확량이 증대된 작물개발에 집중할 것"이라고 밝혔습니다. ​ 이번 연구의 성과는 유전학 분야 국제학술지 '지놈 바이올로지(Genome Biology)'에 5월 5일 게재되었습니다. ​

<과학기술정보통신부와 교육부 그리고 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 창의·도전연구 기반지원으로 수행되었습니다.>

 

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* 후성유전학(epigenetics) : DNA 염기서열의 변화 없이, 유전자 발현의 조절 및 유전자 발현 변화상태가 유전되는 현상을 연구하는 학문. 쉽게 말해 후천적 환경이 유전자에 영향을 미칠 수 있다는 의미.

** DNA 메틸화 : 후성유전자의 대표 기전. DNA의 염기에 유전자 발현을 억제하는 대사물질인 '메틸기'가 달라붙는 현상으로, 유전자 발현을 조절하는 화학적 변형의 하나이다.

*** 염색질(chromatin) : DNA, 단백질, RNA로 구성된 유전물질로 염색질이 모여 염색체를 이룬다.