식물 굽어 자라게 하는 호르몬 비밀통로 규명

김재연 경상대 교수팀, 칼로스 이용한 옥신 조절 찾아

굴광성에서 나노채널 칼로스의 축적에 따른 채널 닫힘과 옥신 농도구배 형성 모식도, 빛이 없는 조건에서 식물의 배축세포들의 나노채널은 열려있고 옥신농도는 대칭으로 분포하는 반면 한 측면에서 빛이 들어오면 극성옥신전달이 초기 활성화되고 이를 통해 나노채널 칼로스 합성효소가 활성화 된다. 칼로스 축적되면 나노채널이 닫히고 채널을 통한 옥신이동이 줄어 극성옥신전달의 효과가 극대화돼 옥신 농도구배가 형성되고 식물이 빛의 방향으로 휘어 자라게 된다.

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 식물 굽어 자라도록 하는 호르몬의 비밀 통로를 규명했다.

한국연구재단은 김재연 경상대학교 응용생명과학부 교수가 주도하고 한소 연구원(제1저자)이 수행한 연구를 통해 식물발달에 관여하는 대장 호르몬 옥신이 세포사이를 연결하는 나노채널을 통해 이동한다는 것을 규명했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 식물이 빛을 향해 굽어 자라는 것은 옥신이 빛의 반대방향으로 몰리기 때문으로 기존에 알려진 수송자 단백질에 의한 이동과 더불어 나노채널을 통한 옥신의 이동 조절이 중요하다는 것을 밝혀냈다.

옥신의 이동경로가 추가로 밝혀지면서 향후 이 나노채널을 통한 물질이동을 조절하는 방식의 식물 형질개선 연구 등에 전기가 될 것으로 기대된다.

김재연 교수

이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 세계수준 연구중심대학 육성사업(WCU) 등의 지원으로 수행돼 연구결과는 셀 자매지 디벨롭먼탈 셀지 온라인판 27일자에 게재됐다.

옥신의 시공간적 농도차이를 만들기 위해 식물은 수송자 단백질을 이용한 정교한 수송 원리를 진화시켜 왔다.

세포는 수십만 개의 나노채널을 통해 상호간에 물질을 교환하는데 옥신도 이 나노채널을 통해 이동할 수 있는지, 어떻게 옥신의 농도차이를 만들 수 있는지는 알려지지 않았다.

연구팀은 옥신이 세포간 물질이동 통로인 나노채널을 통해 이동할 수 있고 이 채널을 조여 주는 칼로스를 만드는 새로운 단백질(GSL8)을 규명하고 이 단백질이 식물의 굴광성에 필수적임을 확인했다.

실제 이 유전자에 돌연변이를 만든 결과 식물이 빛 방향으로 휘어지지 않고 곧게 자랐다.

칼로스 함량이 떨어져 열린 나노채널을 통해 옥신이 자유롭게 이동하면서 굴광성에 필요한 농도차이를 만들지 못했기 때문이다.

나노채널의 개폐가 식물 굴광성에 영향을 미치는 중요한 변수라는 것이 밝혀지면서 향후 칼로스 합성 조절을 통한 식물생장과 굴성 조절방법 등 관련 응용연구와 옥신 이외 다른 신호물질의 이동 및 전달 연구도 활발해질 전망이다.

김 교수는 “옥신 수송자 단백질의 특이적인 배치를 통한 옥신의 이동현상이 제대로 이뤄지려면 나노채널과 협력이 필수적으로 이 채널이 고장이 난 돌연변이를 찾고 인위적으로 만든 데 따른 결과”라고 밝혔다.