식물 단일세포 전사체 분석(scRNA-seq) 기술의 최신 연구 동향 및 미래 전망 제시

부산대학교 응용생명융합학부 그린바이오과학전공 김선태 교수 연구팀이 참여한 종설이 식물과학 분야의 국제 저명 학술지인 Plant Science (JCR Q1 Top 16.8%, Impact Factor 4.6)에 2026년 게재되었다.

본 연구는 식물 생물학에서 단일세포 RNA 시퀀싱(scRNA-seq) 기술의 광범위한 응용을 종합적으로 정리한 종설로, 이 기술이 다양한 식물 종에서 세포 이질성과 발달 과정에 대한 우리의 이해를 근본적으로 변화시키는 방식을 규명한 연구이다.

연구진은 단일세포 해상도에서 전사체를 분석함으로써 벌크 RNA-seq으로 해결할 수 없는 세포 유형별 유전자 발현 프로그램, 발달 궤적, 그리고 계통 동역학을 규명하였다.
뿌리, 잎, 줄기, 생식기관 및 재분화 캘러스 조직에 대한 통합 분석을 통해, 발달 과정에서 보존되는 핵심 모듈들이 한편으로는 종 특이적인 조절 혁신과 함께 나타난다는 점을 규명하였다.

특히 scRNA-seq을 공간 전사체학 및 다중 오믹스 기법과 결합했을 때 식물의 스트레스 반응, 전문 대사물 생합성, 그리고 양분 감지에 대한 전무후무한 기전적 통찰을 얻을 수 있으며, scRNA-seq으로 동정된 후보 유전자들을 CRISPR/Cas9 편집으로 기능적으로 검증함으로써 단일세포 수준의 예측을 실제 형질 개선으로 연결할 수 있다는 점을 보여주었다.

본 종설은 현재 식물 scRNA-seq 연구에서 직면하고 있는 중요한 문제들, 즉 프로토플라스트 분리 시 발생하는 인공산물, 비모델 종에서의 제한된 표지 유전자 가용성, 그리고 불충분한 분석 표준화를 지적하고, 이러한 문제들의 해결책으로 세포벽 최적화 효소 프로토콜, 무프로토플라스트 워크플로우, 커뮤니티 기반의 표지 데이터베이스 구축, 그리고 식물 특이적 계산 파이프라인의 개발을 제시하였다.

이번 종설은 고해상도 단일세포 다중 오믹스를 예측 계산 및 머신러닝 모델과 결합한 수렴이 정밀 식물 공학의 토대를 마련하며, 세포 특이적 조절 네트워크를 표적으로 조작하여 기후 변화와 전 지구적 식량 안보 문제에 대응할 수 있는 회복력 있고 고수량의 작물 품종 개발을 가능하게 한다는 점을 시사하였다. 또한 식물의 세포 이질성, 발달 동역학, 스트레스 적응 메커니즘에 대한 정밀한 분자 네트워크를 규명함으로써 종 간 비교 분석을 통한 식물 진화 이해와 차세대 정밀 식물 공학 개발을 위한 중요한 학술적 기반을 제공하였다.

게재 학술지: Plant Science (JCR Q1 Top 16.8%, Impact Factor 4.6)

논문명: Probing cellular landscapes in plants via single-cell transcriptomics

연구 분야: 식물 전사체학, 세포생물학, 발달생물학, 식물생리학, 식물분자육종, 정밀 농업, 시스템생물학