“해양홍조류의 광합성 진화 비밀을 밝히다”
 

생명과학과 윤환수 교수 연구팀이 해양홍조식물의 새로운 광합성색소복합체를 발견했다고 밝혔다. 연구팀은 단세포성 해양홍조류 피떡말(Porphyridium purpureum)의 유전체를 해독하여 색소복합체 유전자와 색소복합체 구조를 지탱하는 연결단백질 (linker protein)을 새롭게 발견했다.

해양수산부의 다부처 유전체사업, 농촌진흥청의 바이오그린 21사업과 연구재단의 중견연구지원 사업으로 수행된 이 연구 성과는 ‘네이처 커뮤니케이션 (Nature Communication; IF: 11.878)’에 10월 23일(수) 온라인 게재되었다.

 ※ 논문명 : Expansion of phycobilisome linker gene families in mesophilic red algae

 (국문명: 홍조식물의 피코빌리솜 연결유전자의 분화)

해양 홍조류는 피코빌리솜(phycobilisome - 광수용체)이라는 특이적인 색소복합체에서 빛을 흡수하여 광합성을 수행한다. 피코빌리솜은 육상식물보다 훨씬 다양한 파장대의 빛을 흡수할 수 있어 해양의 광범위한 수심에서도 광합성을 안정적으로 수행할 수 있게 하는 중요한 빛 흡수 기관이다. 홍조류의 피코빌리솜 광수용체는 광합성 시아노박테리아에서 기원했지만 구조적으로 시아노박테리아보다 복잡하게 분화되어 효과적인 광합성을 수행하도록 진화했다. 

이전까지는 어떻게 홍조류에서 복잡한 피코빌리솜 구조를 만들 수 있는지 밝혀지지 않았으나, 이 연구에서는 해독한 홍조류 피떡말의 유전체에서 구조적 안전성을 지탱하는 피코빌리솜 연결단백질을 새롭게 발견했다. 홍조류는 분화된 특이적인 피코빌리솜에 다양한 색소단백질들을 적재하여 효과적으로 광합성을 수행하도록 진화한 것으로 추정된다. 이 연구는 어떻게 홍조류가 다양한 해양환경에서 광범위한 광 스펙트럼을 이용하여 진화했는지에 대한 물음에 중요한 단서를 제공했다.

윤환수 교수는 “해양생물 유전체연구는 우리나라가 세계적 수준에 있는 분야로, 이를 더욱 선도하기 위해서는 지속적인지원이 뒷받침되어야 할 것”이라고 말했다.

이 연구는 성균관대 윤환수 교수(생명과학과, 교신저자)와 해당 연구실 소속의 이준모(제1저자, 현 경북대학교), 김동석 대학원생이 참여했으며, 미국 럿거스대학 Bhattacharya 교수와의 국제공동연구로 수행되었다. 

(a) 단세포 홍조류 피떡말 (김, 우뭇가사리 등이 홍조류에 포함됨)-그림 왼쪽
(b) 홍조류에서 피코빌리솜 광수용체의 분화 및 진화. 광합성 시아노박테리아에서 기원한 피코빌리솜 광수용체는 홍조류에서 대폭 분화하여 붉은색 조홍소 (phycoerythrin)와 청색의 조청소 (phycocyanin)가 연결단백질에 의해 연결되어 하나의 빛을 흡수하는 피코빌리솜 광수용체로 진화하였다.-그림 오른쪽

[용어 설명]

1. 피코빌리솜 광수용체 (phycobilisome light harvesting complex)
  광합성 시아노박테리아에서 기원하여, 홍조류와 회조류에 존재하는 광수용체 단백질 구조로 조홍소와 조청소가 연결단백질에 의해 서로 연결되어 광범위한 파장의 빛을 흡수한다.

2. 광합성 (photosynthesis)
  시아노박테리아 및 다양한 식물에서 빛에너지를 이용하여 공기 중의 이산화탄소와 물로부터 당과 같은 화학에너지로 전환하는 과정.