전종성 교수, 벼 관련 연구로 식물 분야 최상위 저널에 논문 게재
물 부족, 기온 상승 등 지구 환경변화에 대응한 연구 결과 발표

기후변화, 물 부족과 오염, 토양 유실, 신종 병충해 등 생태 환경 문제가 전 지구적으로 확산되고 있다. 이 같은 복합위기는 심각한 식량난을 초래할 수 있다. 최근 생명공학원 전종성 교수가 미래 식량난 해결에 기여할 수 있는 연구 결과를 발표해 주목된다.

전종성 교수는 작물바이오센터 안진흥 교수와 함께 벼의 ‘OsDoF11’ 유전자를 이용해 당 이동 조절 인자를 세계 최초로 밝혀냈다. 이 같은 연구 결과가 지난 4월 12일 식물 분야 최상위 저널 <Molecular Plant> 온라인판에 실렸다. 고온 속에서도 계속해서 효율적인 광합성과 탄소대사(유기물질 내 탄소가 호흡 등에 의해 소모되고 에너지로 전환되는 과정)를 해서 생산성 증대가 가능한 식물을 연구한 것이다.

“세계 최고 수준의 벼 연구 진행”
전종성 교수는 2002년 경희대에 부임한 이후로 현재까지 141편의 논문을 SCI급 저널에 발표했다. 지난해 8월에는 벼의 ‘피브릴린5’ 유전자가 고온, 물 부족 등 악조건에서 광합성에 도움을 준다는 것을 최초로 밝혀 식물 분야의 권위 있는 저널 <Frontiers in Plant Science>에 논문을 게재한 바 있다.

전 교수는 “엽록체의 기능이 좋아지면 당연히 벼가 더 잘 자라고 쌀이 잘 생성된다. 엽록체에 있는 단백질이 어떤 기능을 하는지 알려진 내용이 여전히 많지 않다. 그래서 연구를 시작했다”라고 말했다.

전 교수가 지도하는 식물기능유전체 연구실에서는 벼를 주 대상으로 식물 유전체의 구조, 조절 및 기능분석에 관한 다양한 연구를 수행하고 있다. 전 교수는 “돌연변이 벼를 10만 개 정도 만들어 놨다. 우리 연구실은 세계 최대 규모의 시설로 벼와 관련해 양질의 연구 성과를 내고 있다. 세계 벼 관련 연구자는 경희대를 다 알고 있으며, 세계 곳곳에서 돌연변이 벼를 요청한다”라고 말했다.

전 교수는 2013년부터 피브릴린 유전자에 관심을 가졌다. 피브릴린5 유전자는 엽록체의 기능에 영향을 주는데 이 유전자가 기능하지 못하면 벼가 고온 상태에서 생존하기 어렵다. 발아 5일 기준으로 일반 벼보다 키와 무게가 50%밖에 되지 않는다. 전 교수는 현재 피브릴린5 유전자를 과다 생성하게 해 벼의 성장을 강화하고 생산성을 높이는 데 집중하고 있다.

식물기능유전체 연구실에서는 벼 유전자의 다양하고 즉각적인 실험을 위해, 돌연변이 벼 10만여 종을 만들어 관리하고 있다.

“광합성과 탄소대사 연구로 벼 생산성 높이겠다”
전종성 교수는 광합성과 탄소대사에 관한 연구를 통해 변화하는 지구환경에 적응하는 벼를 개발하고자 한다. 쌀은 아시아를 포함한 세계 여러 나라에서 주식으로 삼는 곡물이어서 쌀 연구는 결국 인류의 미래를 위한 연구라고 할 수 있다.

식물은 광합성을 통해 당을 만들고 이를 통해 성장하고 번식한다. 많은 양의 음식물을 섭취하면 포만감을 느끼고 쉬고 싶듯이 식물도 짧은 기간에 광합성을 많이 하게 되면 당이 잎에 머물게 되고 탄소대사가 원활하게 이뤄지지 않는다.

전 교수는 “일조량이 많은 날에는 오후 2시경 벼가 광합성을 잘 안 한다. 지난 4월에 발표한 연구는 ‘OsDoF11’ 유전자를 활용, 당 이동을 빠르게 해 끊임없이 광합성을 하게 만드는 내용이다”라고 설명했다. 전 교수는 이 연구를 발전시켜 탄소대사 이론을 재정립하고, 벼의 생산성과 기능성을 증가시킬 수 있는 체계를 확립하고자 한다.

전 교수는 현재까지 발표한 연구를 바탕으로 가까운 시기에 산업화를 추진할 것이다. 그는 “유전자 기능만 제대로 알아내면 여러 방법을 통해 산업화할 수 있다. 도전하고 싶은 분야가 계속해서 나오고 있다”라며 “세계 인구 증가, 생태 환경 변화 등에 따른 식량난을 해결하기 위해 광합성과 탄소대사에 관한 연구를 계속 진행할 계획이다”라고 말했다.

김상수(커뮤니케이션센터, ss@khu.ac.kr)