[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 송지준 카이스트 교수 연구팀이 국립싱가포르대학(NUS) 및 옥스퍼드대학 연구팀과 공동연구를 통해 식물 자가면역 반응을 유발하는 단백질 복합체 ‘DM3’의 구조와 기능을 규명했다.

이번 연구를 통해 식물 잡종 간 교배 시 면역 수용체의 비정상적 반응으로 발생하는‘잡종 괴사(hybrid necrosis)’의 원인을 ‘단백질 구조의 결함’에서 찾아냈다. 

해당 단백질(DM3)은 식물의 면역 반응에 관여하는 효소다. ‘위험 조합(DANGEROUS MIX, DM)’이라 불리는 특정 단백질 조합에서 DM3 단백질의 구조가 망가지면서 문제를 일으킨다.

DM3의 변이체 중 하나인 ‘DM3Col-0’에는 6개의 단백질이 안정적으로 결합돼 있어 정상으로 인식된다. 이에 면역 반응을 일으키지 않는다. 반면 또 다른 ‘DM3Hh-0’ 변이체는 6개 단백질 간의 결합이 제대로 이뤄져 있지 않아 식물은 이를 ‘비정상적인 상태’로 인식하고 면역 경보를 울리며 자가 면역을 유발한다.

연구팀은 해당 구조를 원자 해상도의 초저온 전자현미경(Cryo-EM)을 통해 시각화했다. 이를 통해 면역 유도 능력은 DM3 단백질의 효소 기능 때문이 아닌, ‘단백질 결합력의 차이’때문임을 밝혀냈다.

이는 식물이 외부 병원균 뿐만 아니라 내부 단백질 구조가 비정상적으로 변화하는 경우에도 이를 병균으로 인식해 면역반응을 일으킬 수 있음을 보여준다.

해당 연구는 서로 다른 품종의 식물을 교배하면서 유전자가 섞이고 단백질 구조가 변할 경우, 식물 면역계가 얼마나 민감하게 변화하며 자가면역반응을 일으키는지 보여준다. 이를 통해 자연교배 및 품종개량 과정에서 발생할 수 있는 유전적 충돌(Genetic Incompatibility)에 대한 이해를 크게 높일 수 있다. 

제1 저자인 김기정 박사는 “국제적 연구 협력을 통해 구조생화학, 유전학, 세포생물학적 실험을 망라해 완성도 높은 연구로 자가면역현상을 이용해 식물 면역계를 이해하는 새로운 관점을 제시했다”라고 말했다.

송지준 교수는 “면역 시스템이 외부 병원균뿐 아니라 자기 단백질의 구조적 이상까지 감지할 수 있다는 사실은 식물 생명공학 및 작물 교배 전략에 새로운 기준을 제시할 것”이라며 “초저온 전자현미경 기반의 구조 분석이 유전자 간 상호작용의 본질을 이해하는 데 중요한 도구가 될 것”이라고 말했다.