DGIST 뉴바이올로지학과 임평옥·이종찬·김민식 교수 공동연구팀 사진. (사진=DGIST 제공)

(CNB뉴스=신규성 기자) DGIST 뉴바이올로지학과 임평옥·이종찬·김민식 교수 공동연구팀이 식물 잎이 언제 늙기 시작하는지를 결정하는 새로운 분자 스위치 역할의 RNA를 발견했다. 연구팀은 핵에서 만들어진 RNA가 엽록체로 이동해 잎 노화를 조절하는 기전을 세계 최초로 규명했다.

식물 잎의 엽록체는 광합성을 통해 생장 에너지를 생산하지만, 노화가 시작되면 분해돼 씨앗·줄기·뿌리의 영양 자원이 된다. 이처럼 엽록체의 ‘기능 전환 시점’을 누가 제어하는지에 대해선 명확히 밝혀진 바가 없었고, 이번 연구가 그 해답을 제시했다.

연구팀은 모델식물 애기장대에서 엽록체 유전자 발현과 유사한 패턴을 보이는 긴 비번역 RNA(lincRNA) 를 분석해 새로운 조절 인자 ‘CHLORELLA RNA’를 발견했다. 다학제 기술을 적용한 결과 이 RNA는 핵에서 전사돼 세포질을 거쳐 엽록체로 이동하고, 엽록체 내 PEP 전사 복합체 단백질들과 결합해 광합성 관련 유전자의 발현을 조절한다는 사실이 확인됐다.

연구팀은 이어 GLK 전사인자가 CHLORELLA RNA 발현을 조절한다는 점도 규명했다. 성장기에는 GLK가 활발히 작동해 CHLORELLA RNA를 높여 광합성을 유지하지만, 노화가 시작되면 GLK 활성이 약해지면서 RNA가 감소하고 엽록체 분해가 촉진되는 것으로 드러났다.

임평옥 교수는 “이번 연구는 긴 비번역 RNA가 식물 노화를 시공간적으로 조절한다는 원리를 제시한 의미 있는 성과”라며 “이 기전을 활용하면 광합성 효율과 작물 생산성을 높이는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 DGIST 강명훈 박사, 이주현 박사, 김진광 학생 등이 제1저자로 참여했으며, 한국연구재단 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 식물 분야 세계 최고 권위 학술지인 Nature Plants(IF 13.6) 에 게재됐다.