일본의 독립행정법인 이화학연구소 (리켄)는 식물 대사체의 전체적인 분석을 통해 세포 내의 개일시계 (circadian clock)와 생체활동에 필요한 에너지를 생산하는 세포 내 소기관인 미토콘드리아의 기능이 매우 밀접하며 깊은 관계에 있다는 사실을 새롭게 밝혔다고 2009년 4월 7일자 보도를 통하여 발표했다. 이는 리켄 식물과학 연구센터의 메타볼롬 기반 연구그룹과 생산기능 연구그룹을 비롯한 국립대학법인 나고야 대학 대학원 생명농학연구과의 공동연구에 의한 연구성과이다.

이제까지 동식물에서 개일시계 시스템의 해명에는 유전자와 단백질을 조사하는 방법이 주를 이루어 왔으나, 대사체 수준에서의 연구는 거의 이루어지지 않았기 때문에 개일시계 관련 유전자의 출력계를 결정함으로써 시계 메커니즘을 해명하는 방법이 현재로써 매우 중요하다는 인식이 지배적이었다 (GTB2002090282).

위 연구 그룹은 GC-TOF/MS를 이용한 메타볼롬 해석을 통해 모델 식물인 애기장대 (Arabidopsis thaliana)의 개일 리듬 (circadian rhythm)이 소실된 돌연변이체에 대하여 대규모 식물체 분석을 진행하였다. 그 결과, 생체시계 관련 유전자인 PRR9 (Pseudo Response Regulator), PRR7, PRR5의 세 가지 유전자를 결손시킨 변이식물체의 경우에 광 조건과 시간 조건에 관계하지 않고 미토콘드리아가 담당하는 대사경로인 구연산 경로에 속한 구성 물질군을 극적으로 증가시킨다는 사실을 확인하였다.

이것은 시계 관련 유전자가 산출하는 시계 단백질이 미토콘드리아의 대사체 수준의 항상성에 관여한다는 사실을 의미하는 것이다. 동물과 균류 등에서는 선행된 연구결과 등을 통해서 개일시계 시스템과 미토콘드리아의 기능 사이의 관련성이 시사되고 있었으나 식물에서의 발견은 처음이다. 또한, 이와 같은 연관성이 생물계에서 널리 존재한다는 가능성을 시사하며, 개일시계 시스템을 진화의 시점에서 이해한 것을 포함해 매우 중요한 과학적 발견으로 사료된다.

이번 연구성과를 통해 식물의 개일시계 시스템에 대한 이해가 한걸음 진전됨으로써 시스템의 제어를 통해 스트레스 내성 작물을 비롯한 유용물질 생산용 식물의 생산으로 연결될 길이 열렸으며, 이번 연구성과에 적용된 메타볼롬 해석법은 개일시계 시스템과 같은 동적이며 복잡한 생명현상의 포괄적인 이해를 위한 유용한 전략으로 사용될 것으로 기대된다.

위 연구성과는 미국의 과학아카데미 기요인 “Proceedings of the National Academy of Sciences”를 통해 2009년 4월 7일 (한국시간)에 온라인판으로 게재될 예정이다.

주석) PRR (Pseudo response regulator): 생물에서 보편적인 정보전달 기구로 알려진 His-Asp 인산 릴레이계 (2성분 제어계)에 관련하는 단백질인 RR (response regulator)의 아종으로 PRR과 RR이 가진 인산 수용능력이 없기 때문에 Pseudo-라는 이름이 붙여졌다. PRR 유전자군에는 PRR9->PRR7->PRR5->PRR3->PRR1 (TOC1)의 순으로 여명과 더불어 위상 단계적으로 밤으로 접어들 때까지 발현량이 상승 및 감소하는 양상을 보인다.

그림. 애기장대의 메타볼롬 해석을 통한 개일시계와 미토콘드리아의 관련성을 규명한 시험의 개괄.

http://www.riken.go.jp/

제공 : kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2009.05.13 07:23

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