생명연 '황금고구마' 개발···카르티노이드 19배 높게 축적

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 새로운 단백질을 개발해 원리를 알아내고, 이를 고구마에 적용해 카로티노이드가 높게 추적되는 산업식물을 만들 가능성을 제시했다.

한국생명공학연구원은 김호수·곽상수 식물시스템공학연구센터 박사 연구팀과 안미정 경상대 약대 교수팀이 Orange 신규 단백질(IbOr-R96H)이 기존 단백질(IbOr)과 비교해 카로티노이드 축적과 고온에 대한 내성 기능이 향상되는 것을 알아냈다고 4일 밝혔다.

형질전환 고구마 개발 모식도.(자료=한국생명연구원)

카로티노이드는 모든 식물에 존재하며 빛을 수용하는 광합성의 보조색소이다. 높은 빛 등에 의한 산화스트레스 피해로부터 엽록체를 보호하는 황색계열의 항산화물질이다.

카로티노이드계 항산화물질로는 황색고구마의 베타카로틴, 토마토의 라이코펜, 메밀의 루테인 등이 있다. 고구마에는 비타민C, 베타카로틴 등이 많이 함유되어 인간에게는 노화와 질병예방에 중요한 역할을 한다. 따라서 카로티노이드는 식물뿐만 아니라 인간의 생로병사에 중요하다.

연구팀은 앞선 연구에서 고구마 Orange 단백질(IbOr)이 스트레스 조건에서 단백질의 변성을 막아주는 활성이 강하고, 카로티노이드 축적과 고온 등 환경스트레스에 내성을 갖는 것을 확인했다. 이후 해당 유전자를 고구마, 감자, 알팔파에 도입해 카로티노이드를 많이 생산하고 건조, 고염분 등 스트레스에도 강하다는 사실을 확인했다. 또 연구팀은 후속 실험을 통해 신규 단백질을 과발현한 고구마 배양세포에서 카로티노이드가 높게 축적되고, 스트레스에 내성을 갖는 것도 확인했다.

이번 연구에서는 고구마 괴근에서 Orange 단백질이 전체 카로티노이드 함량을 3배 증가를 유도한 것과 달리 신규 개발 단백질(IbOr-R96H)은 카로티노이드를 19배 이상 높게 축적했다.

베타카로틴 함량은 IbOr-R96H 신규 단백질이 186배 이상 높게 축적됐다. 이러한 카로티노이드 고축적은 하얀색 고구마 괴근 색깔을 주황색 고구마 괴근으로 변화시켰다.

김호수 생명연 박사는 “이번에 특성을 규명한 단백질은 모든 식물에 적용해 카로티노이드계 항산화물질을 생산하고, 스트레스에 강한 산업식물 개발에 활용할 수 있다”며 “식량문제, 보건문제 해결뿐만 아니라 사막화지역, 오염지역에 대량으로 식재하면 고부가가치 고구마 신품종 개발에 활용할 수 있을 것”이라고 했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘Antioxidants’에 지난 달 5일자 온라인 판에 게재됐다.