[논문]옥신 호르몬 결합단백질 ABP57 유전자를 이용한 작물의 형질개선

김동헌; 이근표

doi:10.5010/jpb.2011.38.2.137

옥신 호르몬 결합단백질 ABP57 유전자를 이용한 작물의 형질개선
Improvement of crop traits using auxin binding protein gene abp57 원문보기

Journal of plant biotechnology = 식물생명공학회지, v.38 no.2, 2011년, pp.137 - 142

김동헌 (농촌진흥청 국립농업과학원 신작물개발과) , 이근표 (농촌진흥청 국제협력과)

Abstract ▼ AI-Helper

Auxin is a group of small natural and synthetic molecules having diverse regulatory functions in plant growth and development. In this review, two auxin binding proteins identified by biochemical experiments to measure their auxin binding activities and biochemical functions are described. ABP1, a 22 kDa auxin binding protein, shows strong auxin binding affinity and possibly plays an important role in plant development, although its biochemical function are still unclear. ABP57, a 57 kDa soluble protein from rice shoots, has both of IAA binding activity and the plasma membrane proton pump activation. Although it is yet to be accomplished, the improvement of agronomic traits using auxin binding proteins is worth to be considered, since auxin is known to be related to such a diverse crop traits.

AI 본문요약
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문제 정의

옥신 호르몬의 경우에도 호르몬의 다양한 조절 기능으로 인해 신호전달과정 전반의 이해와 이용기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 본 고찰에서는 옥신 호르몬의 조절 기작 중 세포막과 관련된 옥신 신호전달에 관여하는 옥신 수용체의 연구 현황을 소개하고 이를 이용한 작물 형질개선 가능성을 고찰하고자 한다.
옥신 호르몬이 보이는 다양한 생리적 조절 기능으로 인해 복수의 호르몬 수용체가 존재할 것이라는 점에 많은 연구자들이 공감하고 있으며 다양한 생화학, 유전학적 연구기법을 활용하여 이를 찾기 위한 노력을 경주하고 있다. 본 고찰에서는 이 중 생화학적 접근을 통해 연구된 종의 잠재적인 옥신 수용체에 대해 고찰하고자 한다.

제안 방법

ABP1의 발굴은 옥신 결합력이라는 생화학 특성을 기준으로한 단백질 탐색을 통해 이루어졌다. 따라서 옥신과의 결합력을 보이고, 유전적 혹은 생화학적 방법을 통해그 활성을 감소시키는 실험을 통해 식물의 성장과 발달에 중요한 역할을 담당한다는 것을 보여준 잠재적인 옥신 수용체가 발굴되었음에도 불구하고 ABP1의 작용기작에 대한 실마리를 확보하는데에는 어려움을 겪고 있다.

성능/효과

2001). ABP1 유전자의 첫 번째 exon에 T-DNA가 삽입된 애기장대 변이체를 가지고 수행한 연구 결과에 의하면 homo 계통의 확보가 불가능하였으며 종자 배 발달 과정 중 배자루와 배구 조직의 세포분열이 이루어지지 않았다. 담배의 배양세포에 ABP1 anti-sense 유전자를 도입하면 성장 속도가 줄어들고 옥신에 의한 세포의 길이 증가와 세포분열의 감소를 야기한다.
김 등 (2001)이 정제하여 특성을 분석한 벼 줄기 유래의 57 kD 수용성단백질 ABP57은 옥신에 의한 벼 세포막의 H⁺-ATPase 활성 조절에 관여하는 것으로 보고되었다. ABP57과 세포막 H⁺-ATPase의 단백질간 결합이 유력한 활성화 기작으로 여겨지고 있으며 H⁺-ATPase 활성화의 옥신 dose response curve는 종모양을 보이고 있어 이전에 보고된 세포막 수소이온 수송, 식물조직의 길이신장의 옥신 dose response curve와 일치하는 결과를 보였다. 결론적으로 식물 세포막 에너지대사의 핵심인자인 H⁺-ATPase는 단백질의 합성뿐만 아니라 다양한 활성화 기작을 통해 조절되며 이 과정에서 옥신 호르몬은 중요한 역할을 담당하고 있다고 할 수 있다.
ABP57과 세포막 H⁺-ATPase의 단백질간 결합이 유력한 활성화 기작으로 여겨지고 있으며 H⁺-ATPase 활성화의 옥신 dose response curve는 종모양을 보이고 있어 이전에 보고된 세포막 수소이온 수송, 식물조직의 길이신장의 옥신 dose response curve와 일치하는 결과를 보였다. 결론적으로 식물 세포막 에너지대사의 핵심인자인 H⁺-ATPase는 단백질의 합성뿐만 아니라 다양한 활성화 기작을 통해 조절되며 이 과정에서 옥신 호르몬은 중요한 역할을 담당하고 있다고 할 수 있다.
정제된 ABP57의 아미노산 서열 분석을 통해 얻은 정보를 바탕으로 벼 유전체 염기서열 정보를 탐색하여 ABP57을 코딩하는 유전자를 발굴할 수 있었다. 벼의 유전체에는 ABP57 및 염기서열이 비슷한 유사유전자 4종이 있으며 유전자의 코딩 부위에는 기능이 알려져 있지 않은 도메인이 있다 (Lee et al.

후속연구

2009). ABP57과 유사한 유전자가 옥수수에서도 확인되었으나 유전체 염기서열 분석이 완료된 애기장대에는 없어, ABP57 유전자가 식물내 보편적인 옥신 호르몬 수용체인지에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다고 하겠다.
옥신 호르몬은 다양한 조절 기능을 담당하고 있으며 생산성 등 주요 농업형질에 관여한다. 따라서 옥신과 관련된 신호인식, 신호전달 및 반응 메카니즘의 규명을 통한 작물의 농업형질 개선은 향후 농업생명과학 및 농업 생명공학 연구의 주요 테마가 될 것임에 틀림이 없을 것이다.
다만 Bauly 등 (2000)이 보고한 바와 같이 ABP1 유전자의 과발현을 통해 식물 기공 개폐에 미치는 옥신 호르몬의 영향을 증가 시킬 가능성이 있다. 식물의 기공은 광합성을 위한 이산화탄소 이동 통로이며 증발산 등 수분 관련 형질 등에 영향을 미쳐 작물의 생산성과 스트레스 반응을 조절하는 중요 기관임을 고려한다면 향후 연구의 진전에 따라 작물 기능의 개선에 이용될 수 있을 것이다. 식물 세포막 수소펌프의 활성화의 기능을 수행하는 옥신 결합단백질 ABP57의 경우에도 현재 까지 농업형질이 개선된 형질전환체의 개발은 이루어지지 않았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	옥신이란 무엇인가?	옥신 (Auxin)은 식물의 성장과 발달에 관여하는 식물호르몬이다. 식물의 성장과 발달은 세포의 분열 (division)과 크기증가 (enlargement)의 비가역적인 과정을 거쳐 일어나게 되는데, 세포의 크기 증가는 비교적 잘 알려진 옥신 호르몬의 생리기작 중 하나이다 (Teale et al.
	생물의 자극에 대한 반응은 크게 어떤 단계로 나뉘는가?	생물의 자극에 대한 반응은 크게 자극의 수용 (reception), 신호의 전달 (signal transduction) 및 반응 (response)의 단계로 나눌 수 있다. 빛, 온도, 수분 등 다양한 물리적 혹은 화학적 자극을 생물이 인식하기 위해서는 자극을 선택적으로 수용하여 생체 신호로 전환하는 첫 번째 단계를 거쳐, 신호의 증폭과 전달이 이루어지며 이러한 신호 전달에 따라 유전자 발현과 생리/생화학적 반응이 일어나게 된다.
	옥신의 기능을 보이는 물질은 어떤 구조적 공통점을 가지고 있는가?	이와 같이 옥신의 기능을 보이는 물질은 다양하지만 이들은 구조적 공통점을 가지고 있다. 우선 생리적인 pH 범위에서 옥신류 화합물은 한쪽에 강한 음전하 (carboxyl group)를, 반대쪽에는 약한 양전하를 띄는 환형구조를 취하고 있으며 이러한 양전하와 음전하를 띄는 작용기는 약 0.5 nm 정도 떨어져 있다 (Porter and Thimann 1965; Farrimond et al. 1978).

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