가뭄 저항성 높이는 화합물 개발해 산업화
연구성과는 세계최고 기술력으로 평가받아

세계는 가뭄 대응기술 개발 각축전

“작물의 가뭄 저항성 증진 관련 연구는 2009년 농촌진흥청의 고유과제로 시작해 우장춘과제, 차세대바이오그린21사업을 거치면서 완성될 수 있었습니다. 처음엔 스트레스 호르몬(ABA)의 작동원리를 구명하고, 이 호르몬을 인식하는 프로모터를 이용해 매우 효율적인 스트레스 호르몬 센서를 개발했습니다. 또한 이 센서를 이용해 스트레스 호르몬의 유사물질을 선발하기 위한 고효율 원형질체 대량 분리 기술과 선발 체계를 확립해 마침내 가뭄 저항성을 증진시키는 스트레스 호르몬 유사물질 2종을 선발할 수 있었습니다. 그리고 이 성과를 산업체에 기술 이전해 상품화로 성공하기까지는 약 13년 이상의 시간이 걸렸습니다.”

농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부 생물소재공학과 김범기 연구관(55)은 생명공학기술을 활용해 작물의 가뭄 저항성을 증진시키는 화합물 소재를 개발하고 산업화하는 등 바이오산업 소재 개발에 앞장서 온 연구자다.

김범기 연구관은 그동안 ‘식물 스트레스 호르몬 유사 화합물 선발 및 기능 검정’ 등 관련 논문 4편을 국제학술지에 게재한 것을 비롯해 산업재산권 등록 3건, 산업체 기술이전 2건 등 관련 분야의 성과를 꾸준히 이어오고 있다.

산학연 협업연구 성공사례로 손꼽혀

김범기 연구관의 작물 가뭄 저항성 증진 화합물 개발은 농진청에서도 산·학·연 협력 연구를 통해 개발하고 산업화까지 이뤄낸 성공적인 협업사례로 꼽힌다. 이는 그만큼 가뭄에 대비해야 할 저항성 작물 개발이 국가적으로도 절실하다는 인식 하에 농진청의 고유연구과제로 지정될 만큼 중요했기 때문이다.

“작물의 가뭄 저항성 증진에서 주요한 역할을 하는 스트레스호르몬(ABA)을 인식하고, 신호를 전달하는 원리를 대학과의 공동연구(우장춘과제)를 통해 구명해냈습니다. 그리고 그 연구 결과를 국제학술지에 논문을 4편 이상 게재할 수 있었습니다. 그러면서 기초원천기술까지 확보했지요. 이러한 원천지식을 활용해 민감도가 매우 우수한 식물스트레스 호르몬 센서를 개발하고, 이를 이용해 ABA와 유사한 작동 기작을 가진 화합물 2종을 선발했습니다. 또 후속 연계사업(차세대바이오그린21사업)을 통해 화합물들의 작동원리를 규명해 국제학술지에 게재하고, 센서와 선발된 화합물 2종은 국내외 특허를 출원하고 산업체에 기술이전까지 했지요.”

김 연구관과 협력기관의 기술은 그렇게 해서 가뭄 저항성 증진 식물 영양제로 제품화될 수 있었다. 기초원천기술에서부터 응용, 산업화까지 전 과정의 성과를 신속하게 현장에 적용하면서 마침내 산업화까지 성공시킬 수 있었다는 평가다. 

가뭄상황에서도 생산량 증대 기대

“기존의 기후변화에 대응한 생명공학기술의 활용은 유전자 개발과 이를 이용한 형질전환 작물 개발에 집중돼 있었기에 GMO(형질전환 생물체)에 대한 법적 규제, 사회적 인식 부족 등으로 실용화가 매우 어려웠습니다. 그래서 이 연구는 가뭄 저항성 고유 유전자와 유전자 발현 조절을 위한 고유 프로모터의 기능을 이용하는 방법으로 시작했습니다. 그리고 가뭄 저항성 증진용 화합물 소재를 선발했는데, 이들 화합물 소재를 가뭄 저항성 증진용 식물 영양제로 활용함으로써 생명공학기술을 실용화시키는 새로운 방법을 제시할 수 있었지요.”

이 연구는 가뭄 저항성 고유 유전자 개발, 유전자 발현 조절을 위한 고유 프로모터, 벼 원형질체를 이용한 효율적인 유전자 일시 발현 기술 분야에서 세계 최고 기술력이라는 평가를 받고 있다. 

연구 성과의 원천기술인 벼 스트레스 호르몬 신호전달 유전자들의 기능 구명과 벼 원형질체를 활용한 효율적인 스트레스 호르몬 신호전달 인식 방법, 화합물의 선발, 기능 규명 등은 세계 최고 권위의 학술지에 잇달아 게재되면서 파급효과가 극대화됐다. 특히 관련 특허를 국내외에 3편 이상 출원·등록해 산업재산권을 확보하는 등 산업화 기반을 마련했다는 데 의미가 크다.

“그동안 대학과 협력 연구를 잘 수행할 수 있었고, 또 이를 통해 나온 성과물의 응용, 산업화 과정에서 작목 기관과 산업체의 협력 연구 수행에 기반을 제공해준 여러 관계자에게 감사를 전합니다. 이번 연구를 통해 개발한 화합물 소재를 사용해 가뭄스트레스 상황에서 작물 생산량을 10~20% 증가시킬 수 있고, 전 세계 시장에서 활용될 수 있다면, 경제·사회적 파급력은 매우 클 것으로 예상됩니다. 그에 앞서 먼저 국내 벼 재배에 성공적으로 활용돼 정착되길 기대합니다.”