이문섭 동문, ‘New Phytologist’ 논문 게재

충남대 농학과 03학번 졸업, 現 일리노이 대학 박사후 연구원 재학

C4 작물의 잎 내부 구조, 최초 3D 시각화 성공

충남대 농업생명과학대학을 졸업한 이문섭 박사(농학과 03학번, 現 식물자원학과)가 미국 일리노이 대학에서 C4 작물의 잎 내부 구조를 최초 3D로 시각화하는 데 성공했다.

이번 연구 성과는 지난 6월, 세계적인 국제 학술지 ‘New Phytologist’(IF: 10.3, Journal Citation Report, 3%)에 게재됐다. 이번 연구에서 이문섭 박사(Carl R. Woese Institute for Genomic Biology 박사후 연구원)는 제1저자로 연구에 참여했으며, 현재 미국 에너지국의 지원을 받는 ROGUE(Renewable Oil Generated with Ultra-productive Energycane) 연구팀에 소속돼 연구를 수행하고 있다.

최근 세계 인구의 급격한 증가와 일부 국가의 분쟁 등으로 인해 안정적인 식량 공급의 중요성이 떠오르고 있는 가운데, 광합성 연구는 식량문제 해결의 새로운 돌파구로 세계적인 주목을 받고 있다.

하지만 1950년대 녹색혁명 이후 지금까지 광합성 효율 향상을 위한 연구는 미진한 상황이며, 이를 타개할 방안으로 유전공학기술 적용 목표 설정과 광합성 메커니즘 규명에 대한 필요성이 제기되고 있다.

특히, ▲작물 잎 내부 구조 ▲광합성이 실제로 이루어지는 엽록체 ▲엽록체를 포함하는 세포 ▲세포 간 물질 이동을 하는 원형질 연락사 등 구조적/수치적 분석 정보가 중요하지만, 가뭄이나 고온과 같은 극한의 환경에서 강한 생명력을 보이는 C4 작물(옥수수, 사탕수수)에 대한 분석 연구는 전무하다.

이에 이문섭 박사 소속 일리노이대 연구팀은 첨단 현미경(Serial Block Face Scanning Electron Microscopy, Confocal Laser Scanning Microscopy)을 사용해 대표적인 C4 작물인 옥수수, 사탕수수의 잎 내부 2D 이미지를 3D로 전환하고, 작물 내부 구조를 3D 시각화 및 수치화했다.

이문섭 박사는 “이번 연구에서 C4 작물의 잎 세포구조에 대한 3차원적 접근을 통해 작물 잎 세포구조의 근원적인 정보를 제공할 뿐 아니라, C4 작물의 광합성 연구에서 기존의 이론적인 부분에 실제 모형을 제시할 수 있었다”고 말했다. 

한편, 이번 연구는 화석연료 대체와 탄소중립을 위한 바이오 에너지작물 개발 연구의 일부로 미국 에너지국의 지원을 받아 수행됐다.

논문 링크: https://doi.org/10.1111/nph.18956