생명과학과 이상호 교수 연구팀,

식물 세포의 창고인 ‘액포’ 조절을 통한 지구온난화 대처 방안 제시

- 식물 액포 ALMT9 채널의 지질 결합 구조 및 활성화 과정 규명

- 기후 적응력과 과일 품질 향상 등 다양한 응용 연구에 활용 기대

▲(왼쪽부터) 생명과학과 이상호 교수, 이영목 박사, 정서연 대학원생

식물 세포의 액포는 다양한 물질을 보관하고 분배하는 창고와 같은 역할을 하는 세포소기관이다. ALMT9 음이온 채널은 여러 음이온이 드나드는 출입문 역할을 하여 액포 내 음이온의 저장을 돕는 것으로 알려져 있다. 이러한 기능을 통해 ALMT9은 기공 조절*, 과일의 맛과 향 등 식물의 주요 생리적 현상 조절에 중요한 역할을 담당한다. 기공 조절은 식물의 가뭄 저항성을 증진시켜서 온난화에 대처할 수 있게 해 준다.

* 기공 조절: 기공은 주로 식물의 잎 뒷면에 존재하는 작은 구멍으로, 광합성에 필요한 이산화탄소가 들어오고 광합성에 의해 만들어진 산소와 뿌리에서 올라온 물이 나가게 한다. 기공 조절을 통해 지구온난화에 대처할 수 있다.

생명과학과 이상호 교수 연구진(제1저자 이영목 박사, 공동저자 정서연 대학원생)은 식물 세포 속 작은 창고인 ‘액포’가 지질에 의해 어떻게 조절되는지 새로운 단서를 발견하였다. 연구진은 단백질의 구조를 볼 수 있는 초저온 전자현미경법(cryo-EM)을 통해 식물 액포에서 작용하는 ALMT9 음이온 채널의 구조와 작동 방식을 밝혔다. 해당 연구는 프랑스 몽펠리에대학교의 Alexis De Angeli 교수 연구진과 성균관대학교 물리학과 유제중 교수 연구진, 한국기초과학지원연구원의 황금숙 박사 연구진과의 공동 연구를 통해 이루어졌다.

▲ 다양한 지질이 결합된 형태로 규명된 ALMT9 음이온 채널 구조

연구진은 지질이 ALMT9 음이온 채널의 기능 조절에 중요하다는 사실을 발견하였다. 이번 연구로 지질과 액포 조절 사이의 새로운 연결고리가 밝혀졌으며, 이를 바탕으로 다양한 후속 연구로의 발전이 기대된다. 궁극적으로 지질의 역할에 대한 재해석을 통해서 기후온난화에 대응할 수 있는 새로운 전략을 발굴하고 과일 품질 향상 등의 산업적 응용을 위한 중요한 토대를 마련한 것으로 평가된다.

이상호 교수는 “이번 연구를 통해 미스터리였던 지질의 기능을 규명하게 되었다”며 “이를 토대로 지질의 역할에 대한 이해가 깊어지고 이를 토대로 지구온난화 대응 및 농업 생산성 증진에 기여할 것”이라고 밝혔다. 또한 “최근 교내에 도입된 최첨단 기기인 cryo-EM을 이용한 연구 사례를 보여주어 앞으로 해당 장비를 이용한 우수한 연구 성과 도출에 대한 기대감을 높여 주고 있다”고 밝혔다.

연구 성과는 중견연구지원사업 및 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 도출되었으며 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 14.7)’에 2월 20일 온라인 게재되었다.

※ 논문명: Structural basis for malate-driven, pore lipid-regulated activation of the Arabidopsis vacuolar anion channel ALMT9

※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56940-5

※ 저자: 이영목 박사 (제1저자), 유재민, 정서연, 유제중 교수(성균관대 물리학과), 이상호 교수 (교신저자, 성균관대학교 생명과학과)