초록 ▼

본 연구과제의 목표는 브라시노스테로이드에 의한 식물 생장/발생 조절 현상을 BAK1과 BIN2 결합단백질의 활성연구를 통해서 이해하는 것이다. 따라서 본 과제 수행 중에는 BAK1 결합단백질인 BARK1(BAK1-Associating Receptor-like Kinase 1)과 BIN2 결합단백질인 YsBIP2 (BIN2-Interacting Protein), BZR1/BES1, 그리고 BES1 결합단백질인 BIM1의 활성에 관한 연구를 수행하였다.
BARK1은 BAK1과 몇 가지 BAK1 상동단백질에만 특이적으로 결합하는 세

본 연구과제의 목표는 브라시노스테로이드에 의한 식물 생장/발생 조절 현상을 BAK1과 BIN2 결합단백질의 활성연구를 통해서 이해하는 것이다. 따라서 본 과제 수행 중에는 BAK1 결합단백질인 BARK1(BAK1-Associating Receptor-like Kinase 1)과 BIN2 결합단백질인 YsBIP2 (BIN2-Interacting Protein), BZR1/BES1, 그리고 BES1 결합단백질인 BIM1의 활성에 관한 연구를 수행하였다.
BARK1은 BAK1과 몇 가지 BAK1 상동단백질에만 특이적으로 결합하는 세포막 단백질 키나제로서, BARK1 프로모터 형질전환체 (BARK1p::GFP) 식물을 이용한 발현을 조사해보면 줄기정단세포와 뿌리정단 세포 등 브라시노스테로이드에 의한 조절이 활발한 조직에서 특이적으로 발현된다. 또한 BARK1 과발현 형질전환체 BARK1ox (35S::BARK1-NYFP)의 브라시노스테로이드 관련 반응성을 조사해보면, 형질전환체는 뿌리의 발생에서 스테로이드 호르몬에 의한 조절을 매개함을 확인할 수 있었다. 특히나 브라시노스테로이드는 BARK1과 곁뿌리 형성을 촉진하는 MP/ARF5 발현 등을 증가시키고 길항적 루프로 작용하는 BDL/IAA12의 발현은 감소시킨다. 우리는 연구를 통해 곁뿌리 발달에서 BARK1과 ARF가 매개하는 옥신과 브라시노스테로이드의 협력 모델을 제시하였다.
YsBIP2는 브라시노스테로이드 신호전달의 음성적 조절자인 BIN2와 결합하는 전사인자인데, 과발현체 (35S::YsBIP2-NYFP)는 명상태에서는 극심한 왜성, 녹색 강화 잎, 불완전 수분 등 전형적인 브라시노 스테로이드 신호전달 억제 표현형을 보여 주지만, 암상태에서는 천연형의 표현형과 차이가 없다. 또한 YsBIP2 과발현체의 뿌리는 브라시노스테로이드에 의한 뿌리 발달 억제 현상에 둔감하고 곁뿌리의 발달이 천연형에 비해 상당 부분 감소되었다. 한편, BZR1/BES1은 YSBIP2 유전자 프로모터에 강하게 결합하여 발현억제를 유도함을 CHIP assay를 통해 확인할 수 있었다. 현재는 다양한 종류의 YsBIP2 결합단백질을 동정하여 기능을 연구 중에 있다.
우리는 또한 본 과제를 통해 뿌리정단분열세포의 활성은 브라시노스테로이드와 BIN2 결합단백질인 BZR1/BES1이 매개하는 하위 신호전달에 의해 조절됨을 밝혀내었다. 브라시노스테로이드의 양성적 신호 전달은 뿌리분열조직의 분열활동을 억제하거나 또는 이른 세포분열국면의 탈출 (premature mitotic exit)을 유도하여 앞당겨진 분화를 일으켰다. 또한 뿌리정지중심부(QC)의 분열과 분화를 촉진하였으며, 특히나 식물의 중력인지에 중요한 증축세포의 분화를 억제하고 미분화 시원세포로 남도록 조절한다. 브리시노스테로이드는 증축세포의 분화를 촉진하는 옥신과는 반대의 길항적 작용을 보여주었는데, 우리는 이러한 브라시노스테로이드의 작용이 뿌리 내 옥신의 이동과 auxin maximum 형성을 저해함으로서 유발된다는 것을 증명하였다.
브라시노스테로이드는 우리가 연구하는 bHLH 계통의 전사인자인 BIM1의 SUMOylation을 감소시키고, 탈수모화 된 단백질은 안정성이 증가되었다. 현재는 SUMO1 결합 아미노산이 변형된 5종의 점돌연변이 과발현체를 작성하여 분석 중인데, 이들은 종자의 발달과 빛이 유도하는 종자의 발아, 그리고 뿌리 발생에 지대한 영향을 미쳤다.
본 연구는 학술적으로는 브라시노스테로이드와 하위 BAK1, BIN2 결합단백질의 활성기작에 의해 조절되는 식물의 생장, 발생 특히 뿌리세포의 운명결정과 발생과정을 분자적인 측면에서 순차적으로 이해하는데 중요한 학문적 기반을 제공 할 것이다. 이와 더불어 연구를 통해 식물세포의 운명을 결정하는 인자들과 그들의 작용기작을 알아냄으로써 식물 조직 배양 기술에 새로운 장을 열 것이다. 또한 BRs의 작용기작에 대한 연구는 향후 생육 촉진 및 생산량이 증가된 유용 작물체의 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 우리 연구팀에서는 과제를 통해 2명의 석/박사 통합과정 연구자를 지도하고 있고, 2건의 SCI 국제논문을 발표하고 2건의 논문을 발표심사를 위해 준비 중에 있다.