ShunShine GWANGYANG농업기술센터

농촌진흥청(청장 김경규)은 벼에서 염분저항성을 높이는 OsEXPA7 유전자의 기능을 과학적인 연구를 통해 밝혀냈다.

 ○ 벼는 58개의 세포벽 완화 유전자(expansin superfamily)를 가지고 있다. 이 유전자는 세포벽에서 발현돼 세포 신장에 의한 성장, 환경 스트레스와 관련이 있다고 알려져 있다.

 ○ 이 유전자 중 expansin7 (OsEXPA7) 유전자가 염분저항성이 있다는 것을 이번 연구를 통해 처음으로 밝혀냈다.

□ OsEXPA7 유전자가 과발현된 벼를 이용해 염분저항성을 확인한 결과, 이 유전자는 정단분열조직1) 과 잎에서 강하게 나타났다. 고농도의 염분(150mM NaCl)을 처리한 경우에는 뿌리에서도 강하게 발현됐다.

 ○ 또한 OsEXPA7 유전자가 과발현된 벼 어린 모종을 고농도의 염분(150mM NaCl)을 처리한 화분에서 2주 동안 재배한 결과, 잎과 뿌리 세포에서 염이온(Na+)은 줄고 칼륨(K+)은 증가해 일반 모종보다 강한 염분저항성을 가지는 것으로 확인됐다.

 ○ OsEXPA7 유전자가 과발현된 벼는 일반 벼보다 세포가 크고 뿌리의 길이와 숫자가 늘어났으며, 엽맥의 크기가 컸다. 활성산소의 축적을 줄여 항산화효과도 높아졌다.

 ○ 또한 염분 수송체(sodium transporter)가 많이 나타나 염분을 세포 밖으로 배출시키는 기능이 높아졌다.

 ○ 연구 결과, OsEXPA7 유전자는 세포 내 염분 수송과 활성산소 분해, 세포벽 신장 완화에 관여해 염분저항성에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

□ 농촌진흥청은 이번 연구 결과를 국제학술지 분자과학(Intl J Mol Sci, Impact factor: 4.18)에 게재해 학술적으로 인정받았으며, 특허등록2) 을 완료했다.

□ 농촌진흥청 생물소재공학과 정미정 과장은 “새만금과 같은 간척지자 염류집적 토양에서 염분 피해 없이 잘 자라는 작물 품종 육성에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했다.

<참고자료>

식물신장 유전자의 염분저항성 구명

□ 벼 세포신장 유전자의 탐색과 발현 분석

 ○ 벼 expansin superfamily 유전자의 발현 분석

    - Expansin 유전자는 세포벽에서 발현되어 세포신장에 의한 성장과 환경 스트레스에 관련이 있다.

    - 벼는 58개의 expansin superfamily 유전자를 가지고 있다.

 ○ 벼 OsEXPA7 유전자의 발현 분석

    - OsEXPA7 유전자는 벼의 정단분열조직과 잎신초(leaf sheath)에서 강하게 발현됐다.

    - 염분(150mM NaCl)의 시간별 처리 시 30분부터 발현되기 시작했으며 특히 2시간 처리 시 대조구보다 약 4.5배 정도 강하게 나타났다.

□ 세포신장 유전자 과발현 벼 이용 생물 검정

 ○ OsEXPA7 유전자 과발현된 벼와 대조구 이용 염분저항성 검정

    - 염분(150mM NaCl)이 포함된 화분에서 2주간 처리 시 과발현체가 대조구보다 현저한 염분 저항성을 보였다.

     * 과발현체의 잎신초와 뿌리 세포 내에서 염이온(Na+)은 감소하였고, 칼륨이온(K+)은 증가하였음.

 ○ 과발현체의 형태적 및 분자생물학적 분석 

    - 과발현체는 세포 크기, 뿌리의 길이 및 숫자와 엽맥의 크기가 대조구보다 성장하여 바이오매스가 늘어났음을 확인할 수 있었으며, 그리고 활성산소 (ROS)의 축적을 하락시킴으로써 항산화 효과도 증진시켰다.

    - 전사체(RNA-seq.)를 비교한 결과, 양이온 교환(cation exchange), 옥신 신호전달(auxin signaling), 세포벽 변형(cell-wall modification)과 관련이 있으며, 특히 염분 수송체(sodium transporter)가 과발현체에서 강하게 발현됨으로써 염분의 세포 외 배출을 증진시키는 것을 확인할 수 있었다.

□ OsEXPA7 유전자의 프로모터 분석

    - OsEXPA7 프로모터 분석에 의해 정단분열조직, 잎신초와 뿌리에서 조직특이 발현을 확인하였다.

□ 이번 결과로 OsEXPA7 유전자의 발현 증가는 벼 세포 내 염 수송(sodium transport)과 활성산소 분해(ROS scavenging), 세포벽 신장 완화(cell-wall loosening)에 관여함으로써 염 스트레스 저항성에 대한 중요한 역할을 수행하는 것을 알 수 있었다.

1)  정단분열조직: 줄기와 뿌리의 끝에서 세포 분열이 일어나는 생장점

2)  염 스트레스 내성을 가지는 벼 유래 유전자 및 이의 용도(10-1642795)

출처 : 농촌진흥청