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식물의 광합성 효율 촉진을 통한 작물 생산성 향상

 

 
BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 20-66
 식물의 광합성 효율 촉진을 통한 작물 생산성 향상
 
◇ 식물 광합성을 방해하는 주요 병목현상(bottlenecks) 해결을 통해 실제 작물 (담배) 생산성을 27% 증대에 성공, 더불어 본 연구를 통해 작물의 물 사용 (water-use)을 개선시키는 효과도 확인
 
    ▸주요 출처 : Nature Plants, Stimulating photosynthetic processes increases productivity and water-use efficiency in the field, 2020.8.10./ RIPE, Third breakthrough demonstrates photosynthetic hacks can boost yield, conserve water, 2020.8.10./ BRIC, 광합성 개선해 작물 50~60% 증산한다, 2020. 8.11
 
 
 ■ 영국 연구팀*, 광합성 효율을 촉진하여 실제 작물의 생산성을 높임과 동시에 효율적인 물 사용도 가능한 연구결과 발표(Nature Plants, 2020.8.10)
 
 ○ 작물의 수확 잠재력은 최적의 관리와 생물·비생물적 스트레스가 없는 상태에서 재배 기간 동안 입사 태양 복사, 빛 차단 효율, 에너지 변환 효율 등에 의해 결정
   - 특히, 식물은 빛과 이산화탄소를 이용해 광합성이라는 과정을 거쳐 작물을 생산하는 시스템으로 광합성은 주요 작물의 수확 잠재력을 높이기 위한 주요한 요인으로서 작용
    ※ 광합성(photosynthesis) : 빛 에너지를 이용하여 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)에서 탄수화물과 산소를 생산하는 과정(출처 : 분자세포생물학백과)
    * 영국 Essex 대학 및 영국 National Institute of Agricultural Botany(NIAB)
 
 ○ 이에 연구진은 식물의 광합성 효율에 영향을 미치는 2가지 요인을 찾아내고 작물의 생산성 향상과의 관계를 연구(테스트베드 모델 작물로 유전자변형 담배 활용)
   - 2가지 요인 중 첫 번째는 식물이 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 단계에서 플라스토시아닌* 보다 효율적인 수송 단백질인 사이토크롬(cytochrome) C6를 추가해 플라스토시아닌이 받는 부하를 공유함으로써 문제를 해결하였으며,
      * 전자를 광시스템으로 이동시켜 연료를 공급하는 수송 단백질로서 광시스템의 수용체 단백질에 높은 친화력으로 전자를 효율적으로 이동시키지 못하는 문제 야기
   - 두 번째로 다른 식물종과 시아노박테리아로부터 SBPase라 불리는 핵심효소의 양을 증가시켜 이산화탄소가 당으로 고정되는 칼빈-벤슨 사이클(Calvin-Benson Cycle)*의 광합성 문제도 해결
      * 밀, 쌀, 감자, 양배추 등의 C3식물이 광합성 과정에서 흡수한 CO2를 고정, 환원하는 기본 반응경로로 칼빈-벤슨회로 또는 탄소환원회로라고도 함(출처 : 농업용어사전)
 
 ○ 이번 연구는 광합성 효율 증가 연구 프로젝트인 RIPE(Realizing Increased Photosynthetic Efficiency)를 통해 수행된 성과로, 광합성 효율 촉진과 함께 실제 작물 재배 시 사용되는 물도 절약할 수 있는 것으로 확인
   - 전자를 광시스템으로 이동시키는 데 쓰이는 cellular machinery를 추가하여 작물의 물 사용 효율(water-use efficiency), 즉 생산된 biomass와 식물이 소비한 물의 비율을 개선하는 효과도 확인
 
 

< RIPE(Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) 개요 >

 

- 광합성 효율 개선을 통해 수확량이 더 많은 작물을 개발하려는 국제연구 프로젝트, Bill & Melinda Gates 재단과 미국 식량농업연구재단(FFAR), 영국 국제개발부(DFID)재정 지원

- 미국 일리노이대 중심, 호주국립대, 중국과학원, 영연방 과학·산업 연구기구, 랭커스터대, 루이지애나주립대, 캘리포니아대(버클리), 캠브리지대 그리고 미국 농무부, 농업연구 서비스에서 참여

 
 
연구진은 무엇보다 중요한 것은 실제 야외 현장시험에서 작물 성장이 27%나 증가한 점이라는 것을 강조
 
○ 광합성 문제해결 후 대조군과 분명한 작물 성장의 차이를 확인. 이번 광합성 향상 연구가 현장 재배조건에서도 작물생산을 촉진할 수 있음을 입증

 

 

...................(계속)

 

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