독성 준금속인 비소의 독성을 없애는 식물 유전자가 국내 연구자의 주도로 발견되었다.

이영숙 교수․송원용 박사․박지영 박사과정생(포스텍 생명과학과)․마티노이아(Martinoia) 교수 연구팀(스위스 취리히대학)이 주도하고, 슈로더(Schroeder) 교수 연구팀(미국 샌디에이고 캘리포니아주립대)이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 직무 대행 김병국)의 글로벌연구실(Global Research Lab)사업의 지원을 받아 수행되었다.

연구결과는 세계적인 과학 전문지인 ‘미국립과학원회보(PNAS)’ 온라인 속보(11월 15일)에 게재되었고, 국내 특허 출원도 완료하였다.

이영숙 교수 연구팀은 비소를 식물세포의 저장고인 액포로 수송하여 세포질과 격리시킴으로써, 식물이 비소에 중독되지 않고 자랄 수 있도록 보호하는 유전자(AtABCC1과 AtABCC2)를 발견하는데 성공하였다.

이번 연구결과는 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 문제되는 독성 물질인 비소로 오염된 환경을 정화할 수 있는 환경정화용 식물을 개발하고, 비록 비소가 포함된 토양이라 하더라도 비소를 덜 흡수하는 안전한 작물을 개발하는데 이용될 수 있는 중요한 유전자를 찾았다는 점에서 의의가 크다.

식물에 내포된 중금속을 축적하고 저항하는 메커니즘에 파이토킬레틴(phytochelatin)이 중요한 작용을 한다는 사실은 이미 알려져 있었지만, 파이토킬레틴과 결합된 독성 금속들을 액포에 저장하여 격리하는 수송 유전자가 존재한다는 사실은 이영숙 교수팀에 의해 처음으로 밝혀졌다.

비소는 전 세계적으로 심각한 피해를 일으키는 독성 준금속으로, 중세에는 ‘비상’이라는 독약으로 사용될 만큼 독성이 높다. 특히 방글라데시, 캄보디아 등 동남아시아의 토양과 식수에 비소 농도가 높고, 선진국에서도 광산지역, 목재․제지공장, 산업단지 등이 비소로 오염되어 있다. 비소로 오염된 지역에서 자란 작물이나 어패류를 섭취하면 비소가 인체에 그대로 축적되어 소화 및 피부 질환과 암을 유발한다고 알려져 있다.

식물은 펩타이드 화합물인 파이토켈라틴으로 비소를 감싼 뒤 액포에 축적하는 방법으로 비소의 독성을 없앤다. 이 교수팀은 AtABCC1과 AtABCC2 유전자가 손실된 돌연변이 식물체는 비소에 매우 민감하고, 비소와 결합된 파이토켈라틴의 수송 능력이 현저하게 저하된다는 사실을 발견하여, 이 두 유전자가 비소 무독화 과정 중 액포 수송 단계에서 중요한(Key) 유전자라는 사실을 밝혀냈다.

또한 이 교수팀은 AtABCC1과 파이토켈라틴 합성 유전자를 함께 과발현하는 형질전환 식물체를 개발하여, 이 식물이 비소를 함유한 배지(培地)에서 야생종에 비해 훨씬 더 잘 자란다는 사실을 입증하였다. 이것은 이 유전자들을 활용하면 식물의 비소 저항성을 크게 향상시킬 수 있음을 보여주는 결과이다.

이영숙 교수는 “이번 연구 성과는 우리 연구실에서 지난 10여 년간 꾸준히 연구해 온 환경정화용 식물 개발 과제의 성과로서, 비소로 오염된 토양을 정화하는데 도움을 줄 수 있는 중요한 유전자원이 될 것으로 기대한다”며 연구의의를 밝혔다. 또한 “비소 오염으로 고통 받고 있는 동남아시아 지역민들에게 도움이 될 수 있을 것 같아 기쁘다”고 덧붙였다.