동아대학교
분자유전공학과
허재복
동아대학교 분자생명공학 연구실은 식물의 분자생명공학 및 생화학 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 식물의 개화 조절 메커니즘, 후성유전학적 유전자 발현 조절, 그리고 환경 스트레스에 대한 내성 증진 등 다양한 주제를 중심으로 연구를 전개하고 있습니다.
특히, 들깨와 애기장대를 모델로 개화 관련 유전자(PfHd3a, FT, FLC 등)의 기능 분석과 유전자 편집 기술(CRISPR/Cas9 등)을 활용한 신품종 개발에 주력하고 있습니다. 이러한 연구는 농업적 생산성 향상과 기후 변화에 대응하는 맞춤형 작물 개발에 직접적으로 기여하고 있습니다.
또한, 긴 비암호화 RNA(lncRNA)와 같은 후성유전학적 인자의 역할을 규명하여, 식물의 생장 및 발달, 환경 적응력 향상에 중요한 분자적 기초를 제공하고 있습니다. 비암호화 RNA가 Polycomb Repressive Complex 2(PRC2)와 상호작용하여 유전자 발현을 조절하는 메커니즘, 그리고 춘화 신호에 의한 개화 유전자 침묵화 과정 등은 세계적으로도 주목받는 연구 분야입니다.
아울러, Rab GTPase, PRA1, OsRab11 등 세포 내 신호전달 및 소기관 간 물질 운반 단백질의 기능 연구를 통해, 식물의 환경 스트레스(고염, 병원체 등) 내성 증진과 관련된 새로운 분자적 기작을 밝히고 있습니다. 이러한 연구는 작물의 내재적 방어력 강화와 생산성 증대에 실질적인 기여를 하고 있습니다.
마지막으로, 연구실은 유전자 편집 및 분자생명공학 기술을 바탕으로 한 실용적 연구뿐만 아니라, 특허 출원, 산학협력, 기술이전 등 다양한 산학연 협력 활동을 통해 국가 농업 경쟁력 강화와 지속가능한 농업 발전에 앞장서고 있습니다.
식물의 개화 조절 및 후성유전학적 메커니즘 연구
본 연구실은 식물의 개화 시기를 조절하는 유전자 및 그 조절 네트워크에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다. 특히 들깨와 애기장대를 모델로 하여, PfHd3a, FT, FLC 등 개화 관련 유전자의 발현 조절 메커니즘을 규명하고, 이를 통해 작물의 생산성 향상 및 품종 개량에 기여하고자 합니다. 개화 조절 유전자의 기능 분석뿐만 아니라, 유전자 편집 기술(CRISPR/Cas9 등)을 활용하여 개화 시기와 잎 생산성을 조절하는 돌연변이체를 개발하고 있습니다.
이 과정에서 후성유전학적 조절 메커니즘, 즉 비암호화 RNA(특히 긴 비암호화 RNA, lncRNA)에 의한 유전자 발현 억제 및 활성화 기작을 집중적으로 연구합니다. 겨울철 저온에 의해 유도되는 춘화(vernalization) 신호가 어떻게 후성유전학적으로 개화 억제 유전자(FLC 등)를 침묵시키는지, 그리고 이 과정에서 COLDAIR와 같은 lncRNA가 Polycomb Repressive Complex 2(PRC2)와 상호작용하여 크로마틴 변형을 유도하는지에 대한 분자적 원리를 밝히고 있습니다.
이러한 연구는 식물의 환경 적응력 향상, 개화 시기 조절을 통한 농업적 가치 증대, 그리고 기후 변화에 대응하는 신품종 개발에 중요한 기초 자료를 제공합니다. 또한, 후성유전학적 조절 인자를 활용한 맞춤형 작물 개량 기술 개발에도 응용될 수 있습니다.
식물 세포 신호전달 및 소기관 내 물질 운반 메커니즘 연구
연구실은 식물 세포 내에서 일어나는 다양한 신호전달 경로와 소기관 간 물질 운반(vesicular trafficking) 메커니즘을 분자 수준에서 규명하고 있습니다. 특히 Rab GTPase, PRA1, OsRab11, OsRab7 등 소기관 간 물질 운반에 핵심적인 역할을 하는 단백질의 기능을 집중적으로 연구하며, 이들의 변형이 식물의 환경 스트레스(고염, 병원체 등) 내성에 미치는 영향을 분석합니다.
Rab GTPase와 관련된 신호전달 경로는 식물의 생장, 발달, 스트레스 반응에 중요한 역할을 하며, OsRab11의 활성화가 고염 스트레스에 대한 내성을 증가시키는 기작, 그리고 OsPRA1이 vacuolar trafficking에 미치는 영향 등을 실험적으로 규명하였습니다. 또한, 세포 내 신호전달 단백질과 호르몬(예: ABA, GA, JA) 간의 상호작용, 그리고 이들이 세포 내 소기관의 동적 이동과 기능에 미치는 영향도 연구의 주요 주제입니다.
이러한 연구는 식물의 환경 적응력 및 내성 증진, 작물의 생산성 향상, 그리고 분자생명공학적 신품종 개발에 필수적인 기초 지식을 제공합니다. 더불어, 세포 내 신호전달 및 물질 운반 메커니즘의 이해는 식물뿐만 아니라 다양한 생명체의 기본 생명현상 규명에도 기여할 수 있습니다.
유전자 편집 및 분자생명공학을 통한 작물 형질 개선
연구실은 CRISPR/Cas9 등 첨단 유전자 편집 기술을 활용하여 들깨, 엽채류 등 주요 작물의 유용 형질을 개선하는 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 오메가-3, 오메가-6, 오메가-9 지방산 함량 조절, 개화 시기 조절, 잎 생산성 증대 등 농업적 가치가 높은 형질을 목표로 다양한 유전자 변형체를 개발하고 있습니다.
특히, 들깨의 FAD3 유전자 변형을 통한 오일 조성 변화, PfHd3a 유전자 편집을 통한 개화 시기 및 잎 생산성 조절, 그리고 조직배양 기술을 접목한 고기능성 품종 개발 등은 국내외 학계와 산업계에서 주목받고 있습니다. 이러한 연구는 특허 출원 및 기술이전, 산업화로도 이어지고 있으며, 실제 농업 현장에 적용 가능한 실용적 성과를 창출하고 있습니다.
이와 더불어, 유전자 편집 기술의 안전성 평가, 사회적 수용성, 그리고 생명윤리적 측면도 함께 고려하여 지속가능한 농업 발전에 기여하고자 합니다. 연구실은 농촌진흥청, 한국연구재단 등 다양한 기관과 협력하여 국가 농업 경쟁력 강화에 앞장서고 있습니다.
1
EncodingmemoryofwinterbynoncodingRNAs.
Jae Bok Heo, Sibum Sung
Epigenetics, 2011
2
Vernalization-mediated epigenetic silencing by a long intronic noncoding RNA
Jae Bok Heo, Sibum Sung
Science, 2011
3
Nuclear/nucleolar GTPase 2 proteins as a subfamily of YlqF/YawG GTPases function in pre-60S ribosomal subunit maturation of mono- and di-cotyledonous plants.
Chak Han Im, Sung Min Hwang, Young Sim Son, Jae Bok Heo, Woo Young Bang, I. Nengah Swasticka, Takashi Shiina, Jeong Dong Bahk
JBC, 2011
1
[4차년도]들깨의 개화조절 통합 네트워크 규명을 통한 실용화를 위한 만추대성 잎들깨 품종 개발
2
[2차년도]유전자교정 형질개선 엽채류 육종소재 개발 및 시장 경쟁력 확보
3
[3차년도]들깨의 개화조절 통합 네트워크 규명을 통한 실용화를 위한 만추대성 잎들깨 품종 개발
