관심연구분야
■ 식물종자에서 산업원료 지방산 생산증진 연구
식물의 종자에는 다양한 종류의 불포화지방산을 생산하는데 지방산합성 대사를 조절하여 산업용으로 유용한 구조를 갖은 지방산을 생산하는 연구를 진행하고 있다. 현재 관심을 가지고 있는 지방산은 피마자(castor bean) 종자에서 합성되는 ricinoleic acid이다. 이 지방산은 18개의 탄소를 갖는 지방산으로 9번째 탄소에 이중결합과 12번째 탄소에 수산화(-OH)기를 가지고 있어 의약원료, 페인트, 윤활유, 폴리머 등 다양한 산업원료로 사용된다. 하지만 피마자는 종자에 ricin이라는 치사 독소가 있어 작물로 개발하기에 문제가 있다. 본 연구에서는 피마자로부터 ricinoleic acid 지방산을 생산하는 유전자들을 모델식물인 애기장대 (Arabidopsis)와 오일 작물인 카멜리나 (Camelina)에 도입하여 산업용 지방산인 ricinoleic acid를 생산하고 현재의 최대 생산 수준인 27% 넘는 증진 기술을 개발하여 바이오산업용 지방산을 생산하는 생명공학 작물을 개발하고자 한다.
[관련 대표 논문: Kim et al (2011) Plant Cell Physiol. 52:983-993; Lee et al. (2015) Plant Cell Rep. 34:603-615]
피마자의 지방 (TAG) 합성에 관여하는 7개의 LPAT 유전자중에 LPAT2, LPAT3B, LPATB가 ricinoleic acid 축적에 관여함을 규명함 [Kim et al. Industrial Crops & Product 2020]
[피마자로 부터 분리한 7종의 LPAT 효소 활성을 lpat 대장균 돌연변이에서 기능을 확인함]
■ 바이오매스에서 지방을 생산하는 연구
식물의 지방(Triacylglycerol)은 건강 기능성 식품원료 뿐만 아니라 바이오 원료 자원으로 유용하다. 하지만 식물의 지방은 종자(seed)에서만 만 생산되기 때문에 계속적으로 수요가 증가되고 있는 식물 지방의 공급을 위해서는 그 생산을 증진시키는 연구가 필요하다. 본 연구실에서는 종자에서만 식물의 지방를 생산할 수 있다는 개념을 넘어 종자보다 가치가 떨어지고 바이오매스가 큰 잎과 같은 조직에서 지방을 생산하는 연구를 수행하고 있다. 현재 종자 발달을 조절하는 LEC2 (Leafy cotyledon 2) 전사인자를 잎의 노화시기에만 특이적으로 발현시켜 애기장대 잎에서 건조 중량당 1.5%의 중성지방을 생산하는 기술까지 완료하였다.
[관련대표 논문: Kim et al.(2015) Plant Biotechnology Journal 13:1346-1359]
■ 지방 함량과 지방산 조성을 조절한는 전사인자 (Transcription factor) 발굴 연구
종자 발달과정중 지방산 합성과 지방 함량을 조절하는 전자기작을 규명하고 지방합성 대사 유전자들의 발현을 조절하는 전사인자들을 발굴하고 그 기능을 규명한다. 2018년 MYB96 전사인자가 종자 지방 (Triacylglycerol) 합성에 관여하는 마지막 rate limiting 유전자인 PDAT1과 DGAT1의 발현을 조절함을 규명하였다. [관련대표 논문: Lee et al (2018) Plant & Cell Physiology]
[MYB96 TF가 지방합성에 있어 PDAT1과 DGAT1를 전사수준에서 조절함]
■ 유지작물의 유전체분석 기반 종자지방 생산 기작 규명
최근의 NGS (Next Generation Sequencing)기술을 이용하여 유지작물의 유전체분석이 이루어지고 있다. 본 연구실에서는 국내의 대표 유지작물인 들깨와 참깨를 대상으로 전사체 분석과 유전체 데이터를 비교 분석하여 유지작물에서 건강기능성인 불포화지방산 합성과 종자의 중성지방 합성에 관여하는 유전자들을 분리하고 그 기능을 분석하여 건강 및 산업기능성 지방산 생산에 유용한 유전자들을 선발 하고 있다.
[관련대표 논문: Kim et al (2016) BMC Genomics 17:474; Lee et al (2016) Plant Cell Rep 35:2523-2537]
[들깨 오메가3 지방산 합성에 관여하는 유전자들을 분리하고 그 대사 회로를 예측함]
■ 엽록체 지질합성 대사조절에 의한 광합성 효율 증진연구
식물의 엽록체는 다양한 지질 (Lipid)합성 장소이다. 본 연구실에서는 엽록체에서 다양한 지질과 결합하는 지질결합단백질들의 기능을 그들 유전자의 T-DNA 돌연변이체와 단백질간의 인터렉롬 분석을 통해 유전자의 기능을 규명하고 있다. 엽록체 지질결합단백질중의 하나인 FBN5 (Fibrillin 5)는 광합성의 광반응에서 전자전달에 관여하는 Plastoquione의 꼬리 구조인 SPP를 합성하는데 효소인 SPS와 결합하여 효소의 활성을 조절하는 신규한 기능을 하는 단백질임을 밝혔다.
[관련대표논문: Kim et al (2015) Plant Cell 27:2956-2971;Kim et al (2017) Frontiers in Plant Science 8]
- 엽록체 지질결합단백질 FIBRILLIN 유전자군의 기능연구
