(청주=국제뉴스) 이재기 기자 = 충북대학교(총장 고창섭) 식물자원학과 우선희 교수가 메밀 속 식물의 플라보노이드 대사 및 고위도 적응성에 기여하는 새로운 생합성 유전자 클러스터의 진화 및 적응화에 대한 세계 최초의 연구로서 식물 생합성 유전자 군집(Biosynthetic gene clusters=BGC)의 진화 역학에 대한 새로운 연구 패러다임을 제공하고 2차대사산물 합성을 통해 환경스트레스에 의한 식물 생태학적 적응성 메커니즘을 탐구하기 위한 새로운 관점을 시사했다.

이 연구는 중국농업과학원 작물연구소 유전자은행, 벨기에 루뱅카돌릭대학교, 불가리아 과학아카데미 미생물연구소, 그리고 독일 막스플랑크 분자식물생리학연구소와 국제공동연구로 진행됐으며, ‘메밀 속 식물의 플라보노이드 대사 및 고위도 적응성에 기여하는 새로운 생합성 유전자 클러스터의 진화 및 적응화’에 대해 세계 처음으로 밝혀냈다.

‘Evolution and Domestication of a Novel Biosynthetic Gene Cluster Contributing to the Flavonoid Metabolism and High-Altitude Adaptability of Plants in the Fagopyrum Genus’라는 제목으로 국제학술지 Advanced Science(Impact factor: 15.1, 2022~2023) 저널에 온라인으로 발행됐다.

이 연구에 따르면 플라보노이드는 폴리페놀 화합물에 속하며 식물-환경 상호작용에 관여하는 중요한 식물 2차대사산물로 플라보노이드의 생합성 메커니즘을 이해하는 것은 식물이 환경스트레스에 적응하는 진화 및 적응화 메커니즘을 탐구하는 데 매우 중요하며, 지금까지 식물에서 9000개 이상의 플라보노이드가 확인됐다. 플라보노이드 생합성은 다양할 뿐만 아니라 여러 중간체와 파생물이 상호 변환돼 매우 복잡하다.

식물생합성 유전자 군집(BGC)은 2차대사산물의 생합성에 매우 중요하나 BGC의 적응화와 진화, 그리고 식물의 이차대사산물 생합성과 환경적응에 어떤 영향을 미치는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았다.

연구진은 메밀로 연구해 이 속에서 비 정석적 BGC인 UFGT3 클러스터가 식별됐으며, 이는 인산화효소 키나제 (PAK), 두 개의 전사인자 (MADS1/2), 글리코실트랜스퍼라제(UFGT3)로 구성되어 플라보노이드 생합성에 관여하는 완전한 분자조절 모듈을 형성함을 발견했고 이 군집은 쓴 메밀 적응화 과정에서 선택됐으며 메밀 속에 널리 존재한다는 것을 밝혔다.

재배된 메밀의 관련 야생에서 펠라르고니딘을 펠라르고니딘-3-O-글루코사이드로 글리코실화 하는 안토시아닌 글리코실트랜스퍼라제(AGT)를 인코딩하는 유전자가 이 클러스터에 삽입되어 있는 것으로 밝혀졌으며, 펠라르고니딘-3-O-글루코사이드는 식물이 자외선 스트레스에 저항하는데 도움이 돼 관련 야생에서 더 강한 고위도지대에 더 잘 적응하게 한다.

이를 통해 연구진은 메밀 속의 식물생합성 유전자군집 (BGC)의 진화적 역학에 대한 새로운 연구 패러다임을 제공했으며, 2차대사산물의 합성을 통해 환경스트레스에 의해 주도되는 게놈 진화가 식물 생태학적 적응력의 메커니즘을 탐구하기 위한 새로운 관점을 시사했다.