식물의 생산성 증대를 위한 방안

식물에서는 지질은 세포의 구성 성분

에너지원이며 신호전달 물질입니다. 식물 지질은식량으로서 뿐만아니라 산업의 원료로서의 수요가 꾸준히 증가하고 있습니다. 더불어 식물 지방은 화석 연료를 대체할 수 있는 친환경 연료의 재료로서 미래 바이오 에너지 자원이 될 것으로 기대되어 각광 받고 있습니다. 따라서 지방 생산이 증대한 식물의 개발은 식량안보 미래 바이오 에너지 자원 및 산업의 재료 확보에 기여할 것으로 사료됩니다.

 

식물지방 생산을 극대화하기 위한 방안

식물지방 대사와 지방 전구체 수송에 관해 이해하고 이에 관여하는 유전자들을 밝힐 필요가 매우 큽니다. 이전의 연구에 의해 지방의 생합성과정에 관해서는 비교적 잘 밝혀져 있으나 지방물질 또는 그 전구체들의 수송에 관해서는아직 밝혀진 바가 많지 않다. 광합성 산물이 지방으로 환원되는 과정은 여러 세포 소기관들에걸쳐 일어난다. 따라서 세포질 소기관 간의 중간 생산물질들을 수송하는 과정이 필수적이고 이 과정에 작용하는 수송체를 연구하면 지질 생산 과정을 재설계하여 지질 생산성을 높이거나 품질을 개량할 수 있는 원천 기술의 개발에 유용할 것입니다.

지질의 전구물질과 지질 관련 물질 수송

수송체 단백질들을 밝히고 그 기능을 규명하고 이를 바탕으로 지방 합성을 증대시키는 핵심 원천 기술을 확보하고자 하였습니다. 지방 합성이 극대화하여 식물에서 에너지원과 산업 원료를 생산하면 현 인류가처한 화석 에너지 고갈과 환경 문제를 해결하는 데에 기여할 것입니다. 식물 생산성 향상을 위한 탄수화물 대사 재설계 연구세계 인구는 지속적으로 증가하여 금세기 말에는 100억 명에 이를 것으로 예상되며 이들에게 식량을 공급하기 위하여 곡물의 생산성 증가가 절실히 요구됩니다. 또한 개발도상국을 중심으로 육류 소비의 증가에 따른 사료 수요의 증가와 더불어 화석 연료의 고갈과 지구 온난화에 대응하기위한 바이오에너지 생산을 위한 곡물 사용 증가 등에 따라 곡물의 수요가 더욱 늘어나고 있습니다.

 

향후 50년간 미래 예측

지금보다 50% 이상의 작물 생산성 증가가 필요할 것으로 예상됩니다. 20세기 후반 녹색혁명 기간 동안 작물의 생산성은 비약적으로 증가하였습니다다. 이 기간 동안 주요작물의 생산성은 증가하였습다. 이러한 작물 생산성 증가는 교배육종을통한 왜생 품종의 개발과 질소 비료 등 화학비료의 사용에 기인한 바가 큽니다. 하지만 지난 10년동안은 작물 생산성은 거의 증가가 없었습니다. 이는 녹색혁명 기간동안 적용되었던 방법으로는 더 이상의 작물의 생산성 증가가 힘들다는 것을 의미합니다.

 

식물은 필요한 에너지를 전적으로 광합성에 의존

광합성을 통하여 생산되는 탄수화물을 성장과 발달에 필요한 에너지원 및 탄소원으로 이용하고 있습니다. 따라서 작물의 생산성은 태양광 획득 효율과 획득된 광 에너지의 바이오매스에너지로의 전환효율 그리고 광합성 바이오매스의 저장조직으로의 분배 효율에 의해 결정됩니다. 따라서 향후작물의 생산성 증가를 위해서는 획득된 광 에너지의 바이오매스에너지로의 전환 효율을 향상시켜야 합니다. 이를 위하여 광합성과 광합성 산물의 대사 효율을 향상시키는 방안에 대한 연구가 핵심적인 과제입니다.

 

식물 대사를 최적화하여 생산성 및 바이오매스 증가

단순히 농업과 신재생에너지의 경제적인 관점을 넘어서 최근 글로벌 경제의 최대위협으로 떠오르고 있는 식량안보이슈의 해결책입니다. 우리나라의 주 식량작물인 벼의 생산성을 증대시키기 위해서는 광합성의효율을 높이는 연구뿐만 아니라 광합성 산물의 이동경로와 조절기작을 이해하여 저장기관인종자로의 이동 효율의 증대가 매우 중요하며 이에 대한 연구 역시 필수적입니다.

 

식물을 이용하여 유용한 지방 함량 증대를 위한 연구

다음과 같은 연구들은 국외에서 활발하게 이루어지고있습니다. 상용화된 바이오 에탄올 및 바이오 디젤 효율성 향상연구가 활발히 진행되고 있으며 차세대 연료 개발연구가 진행되고 있습니다. 상용화 단계에 이른 바이오 에탄올의 생산 효율성 향상을 위한 미생물 개발 연구가 활발하며 대두유 폐식용유 등 동 식물성 유지 확보 한계로 해조류를 활용한 바이오디젤 생산 연구가 활성화되고 있습니다. 지방 생합성은 광합성 산물을 연쇄적으로 환원시키는 일련의 과정이며 이 과정에서 여러 가지물질 수송이 필요합니다. 특히 종자 지방 형성 시에 피루브산이 색소체로 수송되어야 색소체 내에서 지방산 합성이 원활하게 일어날 수 있습니다.