<사진. (A) 계산 방법을 통해 예측한 마이크로 볼 조류 게놈의 전사 컨트롤 네트워크, 황색점이 전사인자이고 붉은색점이 타깃 유전자임, (B) 트리글리세리드(TAG) 합성루트의 전사 컨트롤 네트워크이고 칼라 원주체가 전사인자임, 붉은색 라인이 양성 조절(Positive control)이고, 남색 라인이 음성 조절(negative regulation)임.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

오일 생산 미세조류의 전사인자 제어 네트워크 규명

자연에 있는 일부 미세조류(Microalgae)는 오일 생산량이 높고 성장속도가 빠르며 환경 적응성이 강한 특징을 갖추고 있다. 이뿐만 아니라 한계경작지(marginal land)에서도 해수나 폐수를 이용한 재배가 가능하다. 이러한 장점으로 인해 잠재적 신형 에너지자원으로 꼽히고 있으며 신재생 에너지업계의 주목을 받고 있다. 그러나 지금까지 미세조류 품종 선택에서 걸림돌이 되고 있는 오일생산량을 컨트롤하는 메커니즘에 대한 인식은 공백에 가깝다.

최근 중국 과학원 산하 칭다우(??)바이오에너지와 프로세스연구소 단일세포연구센터 연구진은 마이크로 볼 조류 종(Nannochloropsis spp)을 모델 바이오로 삼아, 오일을 생산할 수 있는 미세조류 게놈 차원에서 전사인자 컨트롤 네트워크를 최초로 규명했다. 관련 연구 성과는 ‘네이처(Nature)’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인 판에 발표되었다.

마이크로 볼 조류 종(Nannochloropsis spp)은 해양에 폭넓게 분포되어 있고, 세계 각지에서 대규모 재배 가능하며 오일 생산량이 높은 특징을 가지고 있다. 연구진은 `계통발생족문(Phylogenetic Footprinting)`의 활용 및 개진의 전략을 채용하여 해양 마이크로 볼 조류(Nannochloropsis oceanica) 게놈 코딩의 모든 전사인자 및 그 게놈 결합 위치를 발굴했다.

이를 통해 34주(株) 전사인자, 30주 전사인자 결합 위치 모티프(motif)와 950주(株) 타깃 유전자로 구성된 전사인자 제어 네트워크를 구축했다(그림1A 참조). 여기에 연구진의 전 단계 연구에서 채집한 6주(株) 마이크로 볼 조류 게놈(Wang, et al, PLoS Genetics, 2014)과 오일 생산 과정의 시간 서열 전사체(Li, et al, Plant Cell, 2014)의 실험 데이터가 활용되었다.

오일 생산 과정의 전사체의 발현 분석을 바탕으로 연구진은 11개 전사인자와 산유(oil producing) 관계를 추단했을 뿐만 아니라 유지합성 루트의 전사인자 컨트롤 메커니즘을 제안했다(그림1B 참조). 이와 관련된 정보가 연동방식으로 온라인에서 검색되기 때문에 미세조류를 활용한 오일생산 연구에 종사하는 국내외 연구자들에게 효과적으로 서비스가 가능하다.

이 외에도 마이크로 볼 조류를 포함한 36주 식물 게놈과의 비교 분석을 통해 연구진은 전자인자 패밀리 구성이 종의 계통발생(phylogenesis)과 밀접한 관련성이 있다는 것을 발견하였다. 이를 통해 연구진은 전사인자 패밀리의 진화가 가능하게 단일세포 식물에서 다중세포 식물로 진화되는 중요한 동력일 것이라는 견해를 밝혔다.

연구진에 의해 규명된 전사인자 제어 네트워크는 향후 특정 전사인자 및 그 타깃 유전자를 심층 연구하는데 다양한 근거를 제시해 줌으로써 `전사인자 프로세스` 등 루트 제어 개조를 바탕으로 한 오일 생산 미세조류 품종을 선택하는데 튼튼한 기초가 될 전망이다.

이와 함께 연구진의 연구 성과는 식물 전사인자 제어 네트워크의 진화와 기원 연구에도 중요한 의미가 있을 것으로 추정된다. 이 연구는 중국 과학기술부 합성생물학 분야 `973(기초과학) 계획`, 중국 과학원 등의 자금 지원을 받아 수행되었으며 쉬잰(徐健) 연구원과 닝캉(?康) 연구원의 주도에 의해 완성되었다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr