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2017년 9월 28일 목요일

기름진 식물을 만드는 돌연변이


(This graph shows how combining genetic mutations can increase the accumulation of oil in the leaves of a common laboratory plant. A is the wild type Arabidopsis plant with no mutations; B is Arabidopsis with two mutations that disrupt both the transport of sugar out of leaves and the conversion of sugar to starch; C has the same mutations as B plus two additional mutations: one to block another sugar-conversion pathway, and one to block the transport of lipids. The results suggest this biochemical-genetic strategy could contribute to increasing oil production and accumulation in the vegetative tissues of plants grown for biofuels or other commodity products. Credit: Brookhaven National Laboratory)


 제 책인 과학으로 먹는 3대 영양소에서 강조한 것처럼 추가적인 당(sugar) 섭취는 결국 비만의 원인이 됩니다. 하지만 식물에서는 어떨까요? 식물은 광합성을 통해 포도당을 생성할 수 있는데, 역시 남는 포도당은 다른 형태로 저장하게 됩니다. 가장 간단한 방법은 포도당을 굴비처럼 엮어서 전분(starch, 녹말) 형태로 만드는 것입니다. 하지만 에너지 저장 밀도를 높이기 위해서 좀 더 투자를 해 지방으로 바꿀 수 있습니다. 


 미 에너지부의 산하의 브룩헤븐 국립 연구소 (Brookhaven National Laboratory)의 과학자들은 비교적 간단한 유전자 변형으로 식물이 잎에 많은 양의 지방을 저장하게 만들 수 있다는 내용의 연구 결과를 발표했습니다. 


 연구팀은 애기장대(Arabidopsis)의 잎에서 당성분이 전분으로 바뀌는 것과 잎 밖으로 빠져나가는 부위에 돌연변이를 일으켜 당성분의 전환과 수송을 방해했습니다. 이것만으로 잎에 지방 성분이 크게 증가했지만, 여전히 상업적으로 사용하기에는 낮은 수준이었습니다. 연구팀은 여기서 한 발 더 나아가 다른 당 변환 과정 및 지방 수송 과정을 막는 돌연변이를 일으켜 잎에 포함된 지방성분을 크게 늘렸습니다. (위의 그래프) 


 본래 애기장대는 유전학 실험용으로 선호되는 식물이지 식물성 기름을 생산하는 작물이 아닙니다. 하지만 연구팀은 식물성 기름을 생산하는 에너지 작물로의 전환을 보여줬습니다. 물론 다른 작물의 잎에서 기름을 추가적으로 생산할 수 있게 도울 수도 있습니다. 


 흥미로운 부분은 연구팀이 접근하는 방식입니다. 식물성 지방을 생성하는 유전자를 삽입하는 대신 포도당을 전분으로 전환하거나 혹은 포도당을 수송하는 과정을 차단해서 남는 당이 지방으로 전환되어 잎에 축적되게 만들었습니다. 당이 남아돌면 결국 지방으로 축적된다는 점을 응용한 것이죠. 이점은 물론 사람에서도 마찬가지입니다. 


참고 


More information: Zhiyang Zhai et al. Sugar Potentiation of Fatty Acid and Triacylglycerol Accumulation, Plant Physiology (2017). DOI: 10.1104/pp.17.00828


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