본 연구실은 식물의 광합성 기구, 특히 광계 I(PSI)와 광계 II(PSII)의 구조와 기능에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다. 광합성은 식물 생명 유지의 근간이 되는 과정으로, 태양 에너지를 화학 에너지로 전환하는 복잡한 생화학적 반응을 포함합니다. 연구실에서는 엽록소 형광 분석, 단백질 분리 및 구조 분석, 돌연변이체 분석 등 다양한 첨단 기법을 활용하여 광합성 복합체의 조성과 기능적 변화, 그리고 환경 스트레스에 따른 반응을 규명하고 있습니다. 특히, 틸라코이드 막단백질의 인산화 및 탈인산화, 광계 단백질의 손상과 수리 메커니즘, 광합성 안테나 크기의 최적화 등 광합성 효율과 내환경성 향상에 중요한 역할을 하는 분자적 조절 기작을 집중적으로 탐구합니다. 이를 위해 벼, 애기장대, 해조류 등 다양한 식물 모델을 이용하여 유전자 변형, 단백질 상호작용, 광합성 효율 측정 등 다각적인 실험을 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 광합성 기구의 근본적인 이해를 넘어, 식물의 광합성 효율 증진, 환경 스트레스 내성 강화, 바이오에너지 작물의 생산성 향상 등 실질적인 응용 가능성까지 모색하고 있습니다. 궁극적으로는 기후 변화와 식량 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 식물 생명공학 기술 개발을 목표로 하고 있습니다.

본 연구실은 저온, 고광, 건조, 염분, 산화적 스트레스 등 다양한 환경 스트레스 조건에서 식물이 어떻게 생존하고 적응하는지에 대한 분자생물학적 연구를 수행합니다. 특히, 광합성 기구가 환경 스트레스에 의해 어떻게 손상되고, 이에 대응하여 어떤 보호 및 수리 기작이 활성화되는지에 초점을 맞추고 있습니다. 이를 위해 스트레스 조건에서의 유전자 발현 변화, 단백질 변형, 활성산소(ROS) 생성 및 제거 메커니즘 등을 다각적으로 분석합니다. 대표적으로, PsbS 단백질, STN8 키나아제, 오메가-3 지방산 불포화효소(OsFAD8) 등 스트레스 내성과 관련된 핵심 유전자 및 단백질의 기능을 규명하고, 이들의 결손 또는 과발현 돌연변이체를 이용하여 식물의 내성 변화와 생리적 반응을 정량적으로 평가합니다. 또한, 광합성 효율 저하, 엽록소 분해, 광계 단백질의 손상 및 복구, 항산화 효소 시스템의 활성 등 다양한 생리적 지표를 종합적으로 측정하여 스트레스 적응 메커니즘을 해명합니다. 이러한 연구는 식물의 환경 적응성 향상, 스트레스 저항성 작물 개발, 기후 변화 대응 전략 수립 등 농업 및 생명공학 분야에 실질적인 기여를 할 수 있습니다. 나아가, 식물의 환경 반응 신호전달 네트워크와 유전자 네트워크 해석을 통해 새로운 스트레스 내성 유전자원 발굴 및 기능성 작물 육종에 필요한 기초 자료를 제공합니다.

본 연구실은 광합성 효율을 극대화하여 바이오에너지 및 식량 작물의 생산성을 향상시키는 응용 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 광합성 안테나 크기의 최적화, 광합성 전자전달 효율 조절, 광합성 복합체의 구조적 개량 등 다양한 전략을 통해 식물의 광에너지 활용도를 높이고, 생체량 및 수확량 증진을 목표로 하고 있습니다. 특히, 광합성 안테나 복합체의 크기를 유전자 조작을 통해 조절함으로써, 과도한 빛 에너지의 손실을 줄이고, 실제 생육 환경에서의 광합성 효율을 극대화하는 연구를 진행합니다. 이를 통해 온실 및 노지 환경에서 40% 이상의 바이오매스 증가 효과를 확인하였으며, 이는 차세대 바이오에너지 작물 개발에 중요한 기반이 됩니다. 이와 더불어, 광합성 효율 증진과 더불어 환경 스트레스에 강한 작물 개발, 광합성 관련 유전자원의 발굴 및 기능성 평가, 유전자 편집 기술의 적용 등 다양한 융합 연구를 통해 지속가능한 농업 및 에너지 생산 시스템 구축에 기여하고 있습니다.