KAIST-NUS-옥스퍼드, 잡종 괴사 메커니즘 규명…Cryo-EM으로 시각화

KAIST 연구진이 식물 교배 시 발생하는 자가면역 반응인 ‘잡종 괴사’의 분자적 원인을 규명하고, 이를 예방할 수 있는 품종 개량 전략을 제시했다.

이는 전 세계 식물학자와 농업 생명공학자들이 오랜 기간 해결하지 못했던 과제를 해결할 실마리를 제공한 셈이다.

KAIST 생명과학과 송지준 교수 연구팀은 국립싱가포르대학(NUS), 옥스퍼드대학교와 공동연구를 통해 Cryo-EM(초저온 전자현미경) 기술을 이용, 자가면역을 유발하는 단백질 복합체 ‘DM3’의 구조와 기능을 원자 수준에서 규명했다고 21일 밝혔다.

식물의 자가면역 반응은 교배된 품종의 면역 수용체가 정상 단백질을 병원균으로 오인해 스스로를 공격하는 현상이다.

이로 인해 후손 식물은 정상적으로 자라지 못하고 조기 고사하게 되며, 이는 '잡종 괴사(hybrid necrosis)'라 불린다.

연구진은 DM3 단백질 복합체의 결합력이 잡종 괴사를 유발하는 핵심 변수임을 밝혀냈다.

‘DM3Col-0’ 변이체는 6개의 단백질이 안정적으로 결합해 면역 반응이 발생하지 않지만, ‘DM3Hh-0’ 변이체는 결합이 불안정해 자가면역을 일으킨다는 것이다.

이번 연구는 면역 반응이 단순히 외부 병원균에만 반응하는 것이 아니라, 단백질 구조 변화에도 과민하게 반응함을 보여준다.

특히, 교배 과정에서 유전자가 재조합되며 발생할 수 있는 단백질 구조 불일치를 예측하고 사전에 방지할 수 있는 길을 제시한 것이다.

송지준 교수는 “면역 시스템이 외부 병원균뿐 아니라 자기 단백질의 구조적 이상까지 감지할 수 있다는 사실은 식물 생명공학 및 작물 교배 전략에 새로운 기준을 제시할 것”이라며, “초저온 전자현미경 기반의 구조 분석이 유전자 간 상호작용의 본질을 이해하는 데 중요한 도구가 될 것”이라고 설명했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘Molecular Cell’ 7월 17일자에 게재됐다.

연구는 KAIST 김기정 박사와 송지준 교수 주도로 수행됐다.

다른기사보기

배동현 ([email protected]) 기사제보