동아대학교
분자유전공학과 정호원
동아대학교 응용생명과학과 유전공학 연구실은 식물의 내재적 면역반응과 이를 조절하는 유전학적 및 후성유전학적 기작을 심층적으로 연구하는 국내 선도 연구실입니다. 본 연구실은 세균, 진균, 바이러스, 선충, 곤충 등 다양한 병원체의 침입에 대응하는 식물의 방어 시스템을 분자생물학, 유전학, 생화학적 접근법을 통해 규명하고 있습니다. 특히, 식물 면역반응에서 핵심적인 역할을 하는 면역수용체, 신호전달 경로, 그리고 유전자 발현 조절 메커니즘을 집중적으로 분석하고 있습니다.
최근에는 히스톤 변형, DNA 메틸화, RNA 간섭 등 후성유전학적 조절이 식물의 병저항성 유전자 발현에 미치는 영향에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, nonsense-mediated mRNA decay(NMD)와 같은 전사후 조절 기작이 식물 면역반응의 정밀한 조절에 어떻게 기여하는지에 대한 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 기초 연구는 환경친화적이고 지속 가능한 농업을 위한 병저항성 품종 개발에 중요한 기반을 제공합니다.
본 연구실은 식물-미생물 상호작용 연구에도 중점을 두고 있습니다. 식물 뿌리 및 종자 내 공생 미생물과 토양 미생물총이 식물의 면역 및 생장에 미치는 영향, 그리고 미생물 유래 신호물질이 식물 방어 신호전달 경로를 어떻게 조절하는지에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 미생물 기반 식물 생장촉진제 및 병저항성 증진제 개발에도 기여하고 있습니다.
유전자교정 기술(CRISPR/Cas9 등)을 활용한 병저항성 및 내재해성 작물 개발도 본 연구실의 주요 연구 분야입니다. 콩, 벼 등 주요 곡물에서 감수성 유전자(RIN4, SACPD-B 등)를 타겟팅하거나 면역반응을 강화하는 유전자를 도입하여 내병성 품종을 개발하고, 실제 농업 현장에 적용 가능한 솔루션을 제시하고 있습니다. 또한, 식물병원세균 유래 단백질, E3-ubiquitin ligase, UPF 단백질 등 다양한 유전자 및 단백질의 기능을 규명하여 작물 개량에 적용하고 있습니다.
이러한 연구를 통해 동아대학교 유전공학 연구실은 농업 생산성 향상, 식량안보 강화, 그리고 지속 가능한 농업 실현에 기여하고 있습니다. 앞으로도 식물 면역 및 유전자교정 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구성과를 창출하며, 미래 농업의 혁신을 이끌어갈 것입니다.
식물 면역반응의 유전학적 및 후성유전학적 조절
본 연구실은 식물의 내재적 면역반응(plant innate immunity)을 조절하는 유전학적 및 후성유전학적 기작을 심도 있게 연구하고 있습니다. 식물은 다양한 병원체(세균, 진균, 바이러스, 선충, 곤충 등)의 침입에 대응하기 위해 진화적으로 복잡한 방어 시스템을 구축해왔으며, 본 연구실은 이러한 방어 시스템의 핵심 분자인 면역수용체, 신호전달 경로, 그리고 유전자 발현 조절 메커니즘을 분자 수준에서 규명하고자 노력하고 있습니다.
특히, 후성유전학적 조절(예: 히스톤 변형, DNA 메틸화, RNA 기반 조절 등)이 식물의 면역반응에서 어떠한 역할을 하는지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 최근에는 히스톤 아세틸전이효소, 히스톤 메틸화효소, 그리고 RNA 간섭(RNAi) 시스템이 병저항성 유전자 발현에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 식물의 병저항성 강화 전략을 개발하고 있습니다. 또한, NMD(nonsense-mediated mRNA decay)와 같은 전사후 조절 기작이 식물 면역반응에 미치는 영향도 규명하고 있습니다.
이러한 연구를 통해 식물의 환경친화적이고 지속 가능한 병저항성 품종 개발에 기여하고자 하며, 궁극적으로는 농업 생산성 향상과 식량안보에 이바지할 수 있는 기초 및 응용 연구를 수행하고 있습니다.
식물-미생물 상호작용 및 유전자교정 기반 병저항성 작물 개발
본 연구실은 식물과 미생물 간의 상호작용을 분자적, 유전학적, 생화학적 관점에서 분석하여, 병원체에 대한 식물의 방어기작을 규명하고 있습니다. 특히, 식물 뿌리 및 종자 내 공생 미생물(endophyte)과 토양 미생물총이 식물의 면역반응과 생장에 미치는 영향, 그리고 미생물 유래 신호물질이 식물의 방어 신호전달 경로를 어떻게 조절하는지에 대한 연구가 진행되고 있습니다.
최근에는 CRISPR/Cas9 등 유전자교정 기술을 활용하여 병저항성 작물(특히 콩, 벼 등 주요 곡물)의 개발에 주력하고 있습니다. 유전자교정 기반으로 병원체 침입에 취약한 감수성 유전자를 타겟팅하거나, 면역반응을 강화하는 유전자를 도입하여 내병성 품종을 육성하고 있습니다. 또한, 식물병원세균 유래 E3-ubiquitin ligase, UPF 단백질, RIN4, SACPD-B 등 다양한 유전자 및 단백질의 기능을 규명하고, 이를 실제 작물 개량에 적용하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이와 함께, 식물의 병저항성뿐만 아니라 내염성, 내고온성 등 다양한 환경 스트레스에 강한 작물 개발을 위한 미생물 및 유전자 기반 솔루션을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 농업 현장에서의 실질적 문제 해결과 지속 가능한 농업 실현에 중요한 역할을 하고 있습니다.
1
Priming in systemic plant immunity.
Jung, H. W., Tschaplinski, T. J., Wang, L., Glazebrook, J., Greenberg, J. T.
Science, 2009
2
Signaling pathways that regulate the enhanced disease resistance of Arabidopsis “defense, no death” mutants.
Genger, R. K., Jurkowski, G. I., McDowell, J. M., Lu, H., Jung,H.W., Greenberg,J.T., Bent,A.F.
Molecular Plant-Microbe Interactions, 2008
3
Distinct roles of the pepper hypersensitive induced reaction protein gene CaHIR1 in disease and osmotic stress, as determined by comparative transcriptome and proteome analyses.
Jung, H. W., Lim, C. W., Lee, S. C., Choi, H. W., Hwang, C. H., Hwang, B. K.
Planta, 2008
1
차세대 농식품 바이오헬스소재 산업 인재양성사업단
2
[2차년도]토양미생물총에 의한 토마토의 후성유전학적 변화 및 NMD에 의한 병저항성 유전자의 전사후조절 기작 규명
3
[2차년도]유용소재 및 농업형질 개선 유전자교정 콩 개발 및 시장경쟁력 확보
