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Molecular mechanisms underlying chloroplast development

식물은 광합성을 통해 지구상 생명체의 생명 활동에 필요한 에너지를 제공한다. 엽록체는 광합성을 수행하는 식물 세포 소기관으로, 엽록체 발달은 식물의 성장과 생산량을 직접적으로 조절한다. 뿐만 아니라 엽록체는 식물의 스트레스 저항성에도 관여한다. 따라서 엽록체의 형성을 목적에 맞게 조절할 수 있다면 생산량 및 스트레스 저항성이 향상된 고부가가치의 생명공학 작물을 육성할 수 있을 것이다. 엽록체 유전자의 전사 조절은 엽록체 발달을 결정하는 매우 중요한 분자적 조절 과정이며, plastid-encoded RNA polymerase (PEP)에 의해 조절된다. 하지만 PEP 스스로는 전사 활성이 거의 없으며, 전사 조절 활성을 가지기 위해서는 식물 핵 유전체에 암호화된 12개의 엽록체 전사조절체계 유전자 (PEP-associated proteins, PAPs)의 도움을 절대적으로 필요로 한다. 이는 PAP에 의한 PEP 활성 조절이 엽록체 발달에 중요한 분자적 원리임을 제시한다. 본 연구실은 PAP 유전자의 기능과 작동원리를 규명하고자 연구를 수행하고 있다.

Developmental mechanisms controlling root development

뿌리는 토양으로부터 물과 양분을 흡수하고 이동시키는 식물의 중요 기관이며, 식물의 성장 및 생산성 그리고 가뭄과 같은 외부 환경스트레스에 대한 식물의 저항성에 깊이 관여하고 있다. “차세대 녹색혁명은 뿌리 발달 조절 연구를 통해 이루어 질 것이다”라는 최근 연구 결과는 뿌리 발달 조절 연구의 중요성을 강조하고 있다. 뿌리는 root hair를 발달시키는 epidermis, endodermis 와 cortex로 구성된 ground tissues 그리고 xylem과 phloem으로 구성된 vasculature 등 다양한 세포와 조직으로 구성되어 있다. 이들 세포의 발달은 뿌리 발달과 성장, 더 나아가 식물 전체의 성장과 생산량에 중요한 기능을 수행하고 있다. 본 연구실은 뿌리를 구성하는 다양한 세포와 조직의 발달에 관여하는 중요 유전자를 발굴하고 그 기능을 밝혀내고자 연구를 수행하고 있으며, 이를 바탕으로 뿌리 발달에 관여하는 분자 유전학적 모델을 제시하고자 한다.  

Regulation of hormonal interaction in plant growth and development

식물 호르몬은 식물의 발달과 성장을 결정하는 중요 신호전달 물질이다. 식물은 auxin, cytokinin 그리고 jasmonic acid 등을 포함해 대략 9개의 호르몬을 가지고 있다. 식물 호르몬은 매우 광범위한 상호작용을 통해 식물의 발달과 성장을 조절하고 있다. 특히 방어와 성장이라는 상반된 전략 결정에 있어서, jasmonic acid 같은 스트레스 호르몬과 cytokinin과 같은 성장 조절 호르몬 사이의 상호작용은 식물의 생존 전략에 깊이 관여하고 있다. 본 연구실은 식물의 발달, 그리고 방어와 성장에 관여하는 호르몬 상호작용을 발굴하고, 이에 관여하는 원리를 분자수준에서 밝혀내고자 연구를 수행하고 있다.