김범기

기후 변화에 따라 전 세계적인 사막화 및 물 부족이 심화됨에 따라 증가하는 세계 인구를 충족시킬 농업 생산성을 유지·향상 시키는 것은 인류의 도전적인 과제 중 하나이다. 따라서, 작물의 가뭄 저항성을 증진 시키는 기술은 미래 대응 핵심기술 중 하나로 전 세계적으로 연구개발 경쟁이 가장 치열하고 연구 결과의 파급력이 매우 큰 분야이다. 따라서, 생명공학 기술을 활용한 가뭄 저항성 증진에 대한 원천기술 확보가 절실히 필요한 시점이다.

▲산·학·연 협력연구로 가뭄 저항성 증진 화합물 소재를 개발하고 산업화까지 이뤄
 이에 국립농업과학원 연구진은 작물의 가뭄 저항성 증진에서 주요한 역할을 수행하는 스트레스 호르몬인 ABA를 인식하고 신호를 전달하는 원리를 대학과의 공동연구(우장춘과제)를 통해 구명하고 그 연구결과를 국제 학술지(표준화된 영향력 지수 90 이상)에 논문을 4편 이상 게재해 기초 원천기술을 확보했다. 이러한 원천지식을 활용해 민감도가 매우 우수한 ABA(식물스트레스 호르몬) 센서(리포터)를 개발하고 이를 이용해 ABA와 유사한 작동 기작을 가진 화합물 2종을 선발했으며, 후속 연계사업(차세대바이오그린21사업)을 통해 본 화합물들의 작동원리를 규명하고 국제 학술지에 게재했다. 이들 센서 및 선발된 화합물 2종은 국내 및 국제 특허를 출원하고 산업체에 기술 이전 후 산업체와 지속적인 공동연구를 통해 가뭄저항성 증진 식물 영양제로 제품화했다((주)도프 공동연구). 즉, 기초원천기술에서부터 응용 및 산업화까지 전 과정에서 성과 이어달리기가 원활히 진행되어 최종 산업화까지 성공했다.  

▲기후변화대응 생명공학 기초·원천 기술을 실용화하기 위한 새로운 기술적 접근법 제시    
 기존의 기후 변화대응 생명공학기술의 활용은 유전자 개발 및 이를 이용한 형질전환 작물 개발에 집중돼 GMO에 대한 법적규제와 사회적 인식 부족으로 인해 실용화가 매우 어려웠다. 본 연구는 가뭄 저항성 고유 유전자 및 유전자 발현조절을 위한 고유 프로모터의 기능을 이용하는 방법으로 가뭄 저항성 증진용 화합물 소재를 선발했는데, 이들 화합물 소재를 가뭄저항성 증진용 식물 영양제로 활용함으로써 생명공학 기술을 실용화시키는 새로운 방법을 제시했다. 연구진은 그 과정에서 가뭄 저항성 고유 유전자 개발하고 유전자 발현조절을 위한 고유 프로모터 및 벼 원형질체를 이용한 효율적인 유전자 일시 발현 기술 분야에서 세계 최고 기술력을 확보했다. 이번 연구 성과의 기초 원천기술인 벼의 ABA 신호전달 유전자들의 기능을 구명해 세계정상급 학술지인 Journal of Experimental Botany 및 Molecular Plant에 논문을 게재했다. 벼 원형질체를 활용한 효율적인 ABA 신호전달 인식 방법을 Methods in Molecular Biology에 게재했으며, 화합물의 선발 및 기능 규명과 관련해 Scientific Report에 논문을 게재하는 등 세계 정상급의 학술적 파급효과를 나타냈다. 또한 관련 특허를 국내·외에 3편 이상 출원 및 등록해 산업재산권을 확보하는 등 산업화의 기반을 마련했다.

▲작물 가뭄저항성 증진용 화합물 소재 개발
 국립농업과학원은 이번 연구를 통해 개발한 화합물 소재를 사용해 가뭄스트레스 상황에서 작물의 생산량이 10~20% 증가할 수 있고 전 세계 시장에서 활용될 수 있다면, 경제 및 사회적 파급력은 매우 클 것으로 예상하고 있다. 연구진이 개발한 화합물 소재가 가뭄 발생 시 벼 생산성을 5% 증진시킬 수 있기 때문에 우리나라에서 가뭄이 발생했다는 가정 하에 연간 113억원의 경제적 이익이 창출될 것으로 예상된다.

이번 연구는 지난 2009년 농진청 기관고유과제로 시작해 우장춘과제, 차세대바이오그린 21사업을 거치면서 완성됐다. 최초에 ABA의 분자적 작동원리 구명하고 ABA를 인식하는 프로모터를 이용해 매우 효율적인 ABA 센서를 개발했다. 또한 센서를 이용해 ABA 유사물질을 선발하기 위한 고효율 원형질체 대량 분리 기술 및 선발 체계를 확립해 가뭄 저항성을 증진시키는 ABA 유사물질 2종을 선발 할 수 있었다. 이후 본 성과물을 산업체에 기술 이전해 상품화까지 성공하기에는 약 13년 이상의 시간이 소요됐다. 실용화 성과가 도출되기 어려운 국내 농산업체의 여건을 고려할 때 작물 대상 생명공학 연구를 지속할 수 있었던 것은 결국 국가기관으로서 농촌진흥청이라는 든든한 후원자가 우장춘과제, 바이오그린사업, 차세대바이오그린21사업 등 생명공학 연구에 지속적인 투자를 했기 때문이라고 생각한다. 

이들 사업을 통해 기초원천기술은 대학과 협력연구를 수행하고 그 성과물의 응용 및 산업화는 작목기관 및 산업체와 협력연구를 통해 수행했다. 농업생명공학 분야의 실용화 성과물을 만들기 위해서는 농촌진흥청의 생명공학분야에 대한 꾸준한 투자와 소속 연구자들의 가교역활이 반드시 필요하다고 생각한다.

/농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부 김범기

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