세종대학교(총장 배덕효) 김현욱(사진) 교수팀은 산업원료로 유용한 수산화지방산을 오일작물의 모델식물인 애기장대(Arabidopsis) 종자에서 31%까지 생산 증진 시킨 연구 결과를 국제학술지 Biotechnology for Biofules and Bioproducts에 발표했다.

수산화지방산은 주로 피마자(일명: 아주까리) 식물의 종자에서만 생산되며, 이는 고급윤활유 등 약 54종류의 산업원료로 사용되고 있다. 그러나 피마자 종자에는 리신(ricin)이라는 치사 독소가 있다는 점과 재배 가능한 작물로 개발하기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 

이런 문제점을 해결하기 위해 김 교수 연구팀을 비롯해 전 세계 학자들이 오일작물의 모델식물인 애기장대에서 피마자로부터 분리한 수산화지방산 합성 유전자를 도입하여 생산을 증진시키는 유전공학 연구를 경쟁적으로 진행해 오고 있다.

연구팀은 피마자로부터 수산화지방산을 합성하는 효소유전자(FAH12)와 종자 오일에 수산화지방산 축적을 증가시키는 4개의 유전자들(DGAT2, PDCT1-2, PDCT, LPCAT)을 분리하여 이들 5개의 유전자를 애기장대에 동시에 발현시켰다. 더불어 애기장대의 내재유전자인 지방산사슬연장 효소 유전자(FAE1)를 크리스퍼 (CRISPR)유전자 편집으로 기능을 상실시켜 수산화지방산을 생산하지 못하는 애기장대 종자에서 31%까지 수산화지방산을 생산하는데 성공했다. 

현재까지 수산화지방산을 애기장대에서 약 25%까지 생산하는 것이 세계 최대 수준이었다. 연구팀은 이 기록을 넘어 31% 이상까지 생산하여 최고수준에 도달했다. 또한 이번 연구에 처음 사용한 다중발현 벡터는 오일작물에 바로 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 

연구팀은 계속해서 이 기술을 오일작물인 카멜리나에 적용하여 수산화지방산을 안정적으로 대량생산하는 오일작물 개발을 진행하고 있다. 산업원료를 생산하는 오일작물 개발은 농업으로부터 고부가 친환경 산업소재 생산 산업까지 큰 부가가치를 창출하는데 기여할 것이다.

김 교수는 "7년간 고생한 연구를 마침내 저명 국제학술지에 게재하여 학계로부터 성과를 인정받게 되어 기쁘다. 이번 연구 발표로 식물에서 수산화지방산 생산연구에 있어 선두주자로 자리매김하고 해당 분야 연구를 선두에서 더욱 발전시킬 수 있는 발판을 마련하였다는데 의의가 있다”라고 말했다. 

이번 연구는 농촌진흥청 바이오그린연계농생명혁신기술개발사업으로부터 지원받아 수행했다.

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