벼 도열병 저항성 조절에 관여하는 S-nitrosation 기반 면역 신호전달 기작 규명

부산대학교 응용생명융합학부 그린바이오과학전공 김선태 교수 연구팀이 참여한 연구가 식물생리학 분야의 국제 저명 학술지인 Physiologia Plantarum (JCR Top 21.25%, Q1)에 게재되었다.

본 연구는 세계적으로 가장 큰 벼 병해인 도열병(Magnaporthe oryzae)에 대한 식물의 면역 반응 과정에서 일산화질소(NO)가 매개하는 S-nitrosation의 분자적 역할을 규명한 연구이다.

연구진은 도열병 저항성이 서로 다른 벼 품종인 동진(저항성)과 니폰바레(감수성)를 대상으로 부위 특이적 iodoTMT 기반 질량분석 기술을 적용하여 총 335개 단백질에서 511개의 S-nitrosation 부위를 동정함으로써 현재까지 가장 포괄적인 벼 S-nitrosoproteome 데이터베이스를 구축하였다.

연구 결과, 도열병균 감염 시 저항성 품종인 동진에서 NOS/NOA1 경로를 통한 강력한 일산화질소(NO) 생성이 유도되며, 이어 GSNOR 활성 증가를 통해 항산화 효소인 Superoxide Dismutase(SOD)의 특정 시스테인(Cysteine263) 잔기에서 선택적인 denitrosation이 발생하는 것으로 확인되었다. 이러한 산화환원 조절 과정은 SOD 활성을 변화시키고 세포 내 활성산소 신호를 정밀하게 조절하여 병원균에 대한 방어반응을 유도하는 핵심 기작으로 밝혀졌다.

특히 본 연구는 SOD의 S-nitrosation과 denitrosation 상태 변화가 초과산화물 이온(Superoxide, O₂?)의 축적과 과민성 방어반응(Hypersensitive Response)을 조절하는 중요한 분자 스위치로 작용함을 제시하였다. 이를 통해 식물 면역 과정에서 NO 신호전달과 산화환원 조절 네트워크가 병 저항성 형성에 핵심적인 역할을 수행한다는 사실을 규명하였다.

이번 연구는 벼의 병 저항성 형성 과정에서 작동하는 정밀한 산화환원 조절 메커니즘을 분자 수준에서 규명하였다는 점에서 학술적 의의가 크다. 또한 본 연구에서 발굴된 S-nitrosation 조절 표적 단백질들은 향후 도열병 저항성 품종 개발과 분자육종 기술 고도화를 위한 중요한 유전자원 및 분자표지로 활용될 것으로 기대된다.

게재 학술지: Physiologia Plantarum (JCR Top 21.25%, Q1)
논문명: S-Nitrosoproteome Analysis of Rice Leaves Highlights the Possible Roles of Superoxide Dismutase in Resistance Against Magnaporthe oryzae
연구 분야: 식물면역학, 식물병리학, 단백질체학, 산화환원생물학, 작물분자육종, 스마트농업