생명과학과 정재훈 교수 연구팀이 식물 세포 내 액체-액체 상분리 (liquid–liquid phase separation, LLPS)가 외부 온도 변화에 따라 섬세하고 가역적으로 조절되며, 이 현상이 식물의 개화 시기를 결정하는 핵심 기전임을 규명하였다. 이번 연구는 서울대학교 화학부 서필준 교수 연구팀(제1저자 이홍길 박사)과 디지스트 뉴바이올로지학과 이종찬 교수 연구팀(제1저자 김진광 박사과정생)과의 공동 연구로 수행되었다.

연구팀은 식물 개화의 핵심 조절자인 GI 단백질이 온도 변화에 따라 가역적인 상분리 현상을 나타낸다는 사실을 발견하였다. 저온(22도)에서는 GI 단백질이 식물 세포 핵 속에서 비활성 응축체(nuclear condensates)를 형성하지만, 고온(28도)에서는 응축체가 해체되고 핵 내에 퍼져(dispersed) 활성화된다. 특히, GI 단백질이 상분리되지 않고 퍼진 상태에서만 개화 억제 전사인자인 SVP와 결합하여 분해를 촉진함으로써, 고온 조건에서 개화를 촉진한다. 또한, 연구팀은 청색광 광수용체 FKF1 단백질이 GI 단백질의 무질서 영역 (intrinsically disordered region, IDR)에 선택적으로 결합해, 고온 특이적으로 GI 응축체를 가역적으로 해체해 활성화시킨다는 사실도 확인했다 (그림 참고). 정재훈 교수 연구팀은 2020년 Nature 논문을 통해 ELF3 단백질 상분리의 온도 조절이 식물 특이적 온도 인지 메커니즘임을 밝힌 데 이어, 이번 연구에서는 기온 변화에 따른 개화 핵심인자의 상분리 조절이 식물 발달을 정밀하게 제어하는 기전임을 증명하였다. 식물학 연구 분야에서 세포 내 상분리 조절을 기반으로 한 식물 생장과 발달의 정밀 제어 기술 개발 가능성을 제시함으로써, 향후 기후 변화 대응을 위한 안정적인 식량 생산과 농업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국연구재단 (NRF), 농촌진흥청의 지원을 받아 수행되었으며, 식물학 분야 저명 국제학술지 Nature Plants에 7월 4일 온라인 게재되었다.

※ 논문명: High-temperature-induced FKF1 accumulation promotes flowering through the dispersion of GI and degradation of SVP

※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-025-02019-4

※ 저자: 이홍길 박사 (제1저자, 서울대), 김진광 박사과정생 (제1저자, 디지스트). 박경호 박사과정생 (제1저자, 성균관대 생명과학과), 김솔비 박사 (공동저자, 성균관대 생명과학과), 정재훈 교수 (교신저자, 성균관대 생명과학과), 이종찬 교수 (교신저자, 디지스트), 서필준 (교신저자, 서울대)

그림. FKF1 의존적인 GI 상분리의 가역적인 변화를 통한 식물 개화 시기 조절