생물학 및 비생물학적 스트레스 반응에서의 NPR1 기능 고찰

Biological function of nonxpressor of pathogenesis-related genes 1 (NPR1) in response to biotic and abiotic stresses

사막화, 오존층 파괴, 열대우림 소실, 산업화에 의한 온실가스 대량 배출 등으로 인한 기후변화는 전 세계 경작지 면적을 급격하게 감소시키고 있다. World watch 연구소는 환경 악화 및 급증하는 인구등과 같은 이유로 세계적인 식량 위기가 조만간 닥칠 것이라고 전망하고 있으며, 식량 문제는 21세기 자연과학이 해결해야 할 가장 중요한 연구 과제 중하나이다. 이동성이 없는 생물체인 식물은 생존을 위해 외부의 환경 변화를 민감하게 감지한다. 감지한 환경 변화를 신호화하여 신호전달 경로를 통하여 생체방어 유전자들을 활성화시키고, 외부 환경 변화에 적응, 저항 할 수 있게 반응한다(Suzuki et al. 2014; Huot et al. 2014). 이 과정에서 식물은 환경 스트레스에 적응, 저항하는 것과 식물자체의 생육을 유지하는 데균형을 필요로 한다. 때문에, 식물이 외부 스트레스 환경에 노출되게 되면 생육이 저해되며, 농작물의 경우 생산율이 현저하게 감소하게 되는 것이다. 최근 통계 보고에 의하면 경작되는 옥수수, 쌀, 밀, 그리고 콩과 같은 농산물의 수확량이 수확량의 60% 이상이 기후 영향을 받는다고 한다(Ray etal. 2015; FAO 2014). 따라서 식물이 환경 재해(병해, 가뭄, 고염, 냉해 등)를 어떻게 인식하고, 어떤 생체방어 시스템을 작동하여 환경에 적응하는가에 관한 연구는 미래 인류의 생존이 걸려있는 식량문제 해결과 직결된다. 뿐만 아니라, 환경 스트레스에 저항성을 부여하는 유용 유전자 확보 및 이를 이용, 응용한 재해 저항성 작물체 개발은 미래 인류의 식량 문제를 해결 수 있는 유일한 대안으로 여겨지고 있다(Tester and Langridge, 2010). 이러한 유용 유전자를 확보하기에 앞서, 환경 스트레스에 반응, 적응, 저항하는데 있어서 식물이 가지는 기작의 이해는 아주 중요하다. 즉, 스트레스 반응에 관여하는 유전자들의 역할 이해는 필수적이다. 각각의 환경 스트레스에 관련된 다양한 유전자들의 역할들이 분자생물학의 발달과 함께 식물학자들에 의해 밝혀지고 있다. 그 중에서도, NPR1은 직접적인 전사활성이 없는 전사인자(transcriptional co-regulator)로써, 세포 신호 전달 과정에서 전사인자보다는 상위단계에서 기능을 하는 유전자 이다. 뿐만 아니라, 최근 NPR1 단백질이 SA와 ABA와 같은 식물 호르몬에 의해 조절됨이 알려짐으로써, 환경스트레스 반응에 있어서 핵심적인 역할을 하는 유전자로 이해되고 있다(Pajerowska-Mukhtar et al. 2013). 이에 본 저자들은 지금까지의 NPR1의 생화학적인 특징과 다양한 환경 스트레스(생물학적, 비생물학적 스트레스)에 대한 식물의 생리학적인 반응에 미치는 영향에 대하여 지금까지 연구된 자료를 정리해 보고자 한다.

Plants can recognize and respond in various ways to diverse environmental stresses, including pathogenic microorganisms, salt, drought, and low temperature. Salicylic acid (SA) is one phytohormone that plays important roles in the regulation of plant growth and development. Nonexpressor of pathogenesis-related genes 1 (NPR1) was originally identified as a core protein that could function as a transcriptional co-regulator and SA receptor during systemic acquired resistance (SAR), a plant immune response that could activate PR genes after pre-exposure of a pathogen. Although the function of NPR1 in plant defense response and the role of SA hormone in the regulation of plant physiological processes have been well characterized, the biological role of NPR1 in plant abiotic stress responses is largely unknown. In this review, we will summarize and discuss the current understanding of NPR1 function in response to plant environmental stresses.