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카이스트 생태학 연구실(Laboratory for Ecology)은 2017년 10월 생명과학과에 문을 열었습니다. 저희 실험실은 자연의 흥미로운 생태적 현상을 관찰하고 가설을 세운 다음
분자생물학 혹은 분석화학 도구를 사용하여 가설을 검증하는 연구를 주로 수행하고 있습니다. 현재 생태학 연구실은 박사 후 연구원 2명, 대학원생 7명, 학부 연구생들로 구성되어 있으며, 각자 연구
관심사에 맞추어 다양한 식물-곤충 상호작용에 대해서 연구를 진행하고 있습니다.
생태학 연구실에서 진행되는 연구 주제를 간략히 소개드리겠습니다.
꽃은 화분매개자를 유인하기 위해 여러 이차대사산물을 만들어냅니다. 또한 화분매개에 대한 보상으로 꿀을 만들어내며, 이 꿀 속에는 당(sugar)을 비롯한 여러 이차대사물질을 포함되어 있습니다. Optimal defense theory는 가장 번식에 중요한 조직이나 기관일수록 더 잘 보호해야 하고, 그를 위한 방어기작이 존재할 것이라고 추정하고 있습니다. 이 이론에 따르자면 꽃은 식물의 생식기관으로서, 식물이 가장 잘 보호해야 하는 기관입니다. 하지만 잎의 방어기작 연구에 비해서 꽃 특이적인 방어기작에 대해서는 잘 알려진 바가 없습니다. 저희는 꿀 속 미생물의 번식을 억제한다고 알려져 있는 단백질들의 생태학적 기능을 연구하기 위해 CRISPR-Cas9 시스템을 이용하여 돌연변이체를 만들고, 필드 실험과 함께 다양한 실내 실험을 진행하고 있습니다.
민들레꽃, 나팔꽃, 달맞이꽃 등은 하루 중 특정 시간에만 꽃을 열어 곤충의 접근을 조절하고, 산수국의 헛꽃은 참꽃의 수정 여부에 따라 꽃의 각도를 바꿉니다. 꽃 향기는 장거리 혹은 단거리 유인 물질로 작용함과 동시에 특정 곤충의 접근을 막기도 합니다. 이런 형질은 유전형이 다양한 자손을 남기고 싶어 하는 꽃과 꿀이나 화분을 영양분으로 살아가는 화분매개 곤충 사이에 일어난 오랜 진화의 결과물입니다. 본 연구는 화분매개 곤충을 유인하는 꽃의 다양한 전략을 이해하는 것을 목표로 합니다. 특히 꽃 열림에 관여하는 식물의 transcriptomes, metabolomes 변화를 정밀히 분석함을 통하여 꽃의 생태적 전략들을 분자 수준에서 설명할 수 있을 것 입니다.
급격한 환경변화에 따른 농작물의 피해 중에서 초식곤충과 그것이 매개하는 다양한 병에 대한 피해가 가장 큽니다. 지속가능한 농업 체계를 구축하기 위해 식물-곤충 상호작용에 대해 더 깊게 이해할 필요가 있습니다. 저희가 연구하는 모델은 한국, 중국, 일본 등의 콩 재배에 큰 피해를 끼치고 있는 톱다리개미허리노린재(Riptortus pedestris)와 기주식물인 대두 콩 (Glycine max) 입니다. 톱다리개미허리노린재 성충은 기주식물과 관계없이 무작위하게 산란하지만 1령, 2령의 어린 노린재가 정상적으로 성장하기 위해서는 기주식물이 꼭 필요합니다. 먼 곳에 위치한 기주식물(콩)을 찾기 위해서 정교한 화학-생리적 기작을 이해하고 콩에서 나오는 유인물질을 규명하는 것이 본 연구의 목적입니다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 연구실에는 휘발성물질, 식물 호르몬, 곤충 페로몬 등 다양한 대사산물들을 분석할 수 있는 Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) 등 과 같은 물질분석 시스템을 활용하고 있습니다. 특히, 자체 제작한 휘발성물질 포집장치를 이용하여 효율적으로 공기 중의 물질을 포집 및 분석하는데 활용하고 있습니다.
다양한 생태학적 질문에 답하기 위해서는 모델 식물 뿐 아니라, 질문에 알맞은 식물을 선택하여 연구할 필요가 있습니다. 이런 비모델 식물에서 어떤 유전자가 생태학적 형질과 관련이 있는가를 연구하기 위해서는 CRISPR-Cas9 system과 같은 유전체 교정 도구가 필요합니다. 본 실험실에서는 식물 유전체 교정을 위한 더 간단하고 효율적인 시스템을 개발하고 있습니다.
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