1. 식물의 종자 발달 및 유전자 각인 현상

애기장대를 비롯한 속씨식물은 중복수정을 통해 배와 배유를 포함하는 종자를 형성한다. 배낭의 중심세포와 화분의 정핵이 수정되어 만들어지는 배유에서는 부모 한 쪽의 특정 대립유전자만 발현되는 유전자 각인 현상이 흔히 관찰되며, 여기에는 DNA 메틸화와 히스톤 변형 등의 후생유전학적 요소가 관여한다. 식물발달유전학 연구실에서는 종자 발달 관련 후생유전학적 발현 조절 기작에 대한 연구를 수행하고 있다.

2. DNA 메틸화/탈메틸화 기작 연구

다수의 진핵생물은 DNA 메틸화 및 히스톤 변형을 통해 다이내믹한 염색질 구조의 변화를 유도하여 유전자의 발현을 조절한다. DNA 메틸화는 주요한 후생유전학적 수단으로써, 가역적인 반응을 통해 각인 현상, 개화 시기 조절, 게놈 안정화 등의 역할을 담당한다. 식물에는 DNA 메틸화를 제거할 수 있는 고유의 DNA 탈메틸화 유전자가 존재한다. 본 연구실에서는 DEMETER를 비롯한 DNA 탈메틸화 효소의 생화학적 기능, 돌연변이체의 유전 분석, 후생유전체 구조 및 유전체 안정화에 미치는 영향, 진화적인 관점에서의 연구 등을 수행하고 있다.

3. 식물의 배수화 현상에 대한 연구

식물의 상당수는 자발적 혹은 종간교배를 통해 염색체의 수가 배가되는 현상을 나타낸다. 우장춘 박사에 의해 처음 제시된 ‘우 삼각형’ 및 ‘종의 합성’ 이론은 특히 배추과 식물의 종간교배와 배수화를 설명하기에 적합하다. 본 연구실에서는 배추와 무의 속간교배를 통해 얻어진 ‘배무채’의 유전체, 전사체, 후생유전체 분석을 통해 원연간 교잡 시 흔히 발생하는 유전체 불친화성 및 불임의 원인을 규명하고, 후생유전학적 요인들이 유전체 구조 안정화에 기여하는 메커니즘을 연구하고 있다.

4. 식물의 이차대사산물 연구

원예작물을 포함하는 다수의 식물들은 색소, 방향성 물질, 방어물질 등 수많은 종류의 이차대사산물을 만들어낸다. 특히 카로티노이드와 안토시아닌은 식물이 생산하는 대표적인 색소물질로 꽃과 과실의 다양한 색깔을 만들어 내는데 중요한 역할을 한다. 식물발달유전학연구실에서는 한국잔디의 포복경과 이삭에서의 안토시아닌 착색에 대한 유전 분석 및 성분 분석을 통해 품종 간 착색 변이 원인을 유전적으로 규명하는 연구를 수행하고 있다.