[환경일보] 이정은 기자 = 국내 연구진이 고구마에서 항산화활성 물질인 카로티노이드 축적 및 환경스트레스(고온 등)에 내성을 갖게 하는 ‘고구마 Orange 단백질(IbOr)’의 기능을 규명했다. 앞으로 항산화물질 고축적 산업식물과 기후변화 대응 산업식물 개발 측면에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

카로티노이드(carotenoid)는 탄소수 40개로 구성된 지용성의 테르펜계 화합물로 옅은 노란색, 오렌지색, 붉은색 식물색소를 가지며 모든 식물에 존재한다. 특히 토마토, 당근, 고구마, 오렌지 등에 많이 포함됐다.

또한 식물에서 광합성 보조색소로서 강한 빛 등으로부터 식물을 보호하며 베타카로틴, 리코핀, 루테인 등은 강한 항산화작용으로 각종 질병과 노화방지 효과가 있다.

한국생명공학연구원(이하 생명硏, 원장 장규태) 식물시스템공학연구센터 곽상수 박사팀(교신저자 곽상수 박사, 공동제1저자 박세연·김호수 박사)과 경상대 이상열 교수팀(공동저자 이상열·정영준 박사)이 공동으로 수행한 이번 연구는 생명硏 주요사업과 농촌진흥청 차세대바이오그린21사업 시스템합성농생명공학사업단 지원으로 수행됐다.

또한 네이쳐(Nature)사가 발행하는 저명학술지 싸이언티픽 리포트(Scientific Reports IF 5.6) 9월16일자 온라인 판에 게재됐다.

고구마는 척박한 지역에서도 잘 자라, 식량문제 해결은 물론 바이오매스 활용도 가능하다.



‘환경스트레스 내성’ 처음 규명

 

곽상수 박사

이번 연구 성과는 생명硏 곽상수 박사팀이 베타카로틴을 고함유하는 고구마(품종 신황미)에서 분리한 ‘Orange 단백질’이 카로티노이드를 축적해 식물의 광합성을 정상적으로 할 수 있도록 하는 기능을 밝혔다.

즉 식물체(고구마, 애기장대)에서 스트레스 조건 하 Orange 단백질이 PSY 단백질의 활성을 안정화시켜 카로티노이드 축적과 고온 등 환경스트레스에 내성을 갖게 되는 것을 처음으로 밝힌 것이다.

Phytoene synthase(PSY)는 카르티노이드 생합성의 첫 단계에서 탄소수 40개인 파이토엔 (phytoene)으로 중합하는데 관여하는 촉매(효소)다. 만약 이 단계가 정상적으로 진행되지 않으면 식물생존에 중요한 각종 카르티노이드계 화합물을 만들지 못한다.

곽상수 박사팀은 선행연구에서 고구마 Orange 단백질을 고생산하는 형질전환 식물(고구마, 알팔파, 감자)에서 카로티노이드를 축적해 환경스트레스에 내성을 갖는 것을 확인해 논문을 발표한 바 있다.

이번에 특성이 규명된 Orange 단백질은 모든 식물에 적용할 수 있으며, 카로티노이드계 항산화물질(베타카로틴 등)을 고생산하고 고온스트레스 등 재해에 강한 산업식물을 개발하는데 활용할 수 있어 식량문제, 보건문제 해결뿐만 아니라 향후 국내·외 식물 재배가 어려운 지역(사막화지역, 오염지역 등)에 대량으로 식재하면 바이오매스 증대를 통한 탄소배출권 확보도 가능하다.

형질전환 고구마 배양세포 오른쪽 2개

<자료제공=한국생명공학연구원>



바이오에너지 산업식물로 재평가

 

고구마(Ipomoea batatas)는 세계 7대 식량작물로 최고의 건강식품과 척박한 토양의 최고의 탄수화물을 생산할 수 있는 바이오에너지 산업식물로 최근 재평가되고 있다.

고구마가 최고의 건강식품으로 척박한 토양에 잘 자라는 이유는 비타민C, 베타카로틴(카로티노이드의 대표적인 황색 항산화물질) 등의 항산화물질이 풍부하기 때문이다.

2007년 미국공익과학단체(CSPI)는 항산화활성, 식이섬유, 칼륨이 풍부한 고구마를 몸에 좋은 10대 건강식품의 하나로 선정한 바 있다. 고구마의 높은 항산화활성은 질병(암 포함)과 노화를 방지하고 높은 식이섬유는 변비예방과 당뇨 및 비만환자에게 좋은 탄수화물로 권장되고 있으며 고(高)칼륨은 체내염분을 배출시켜 혈압상승을 예방할 수 있다.

또한 2008년 미농무성(USDA)은 고구마가 전분작물 가운데 단위면적당 탄수화물을 가장 많이 생산하며(옥수수의 2.3배) 식량수급에 영향을 주지 않는 척박한 토양에 바이오에너지작물로 적합하다고 평가하고 논문을 발표(Biomass and Bioenergy 33: 1503-1508, 2009)한 바 있다.

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