네이처 플랜츠 10월호 게재
이를 통해 실제 재배 환경에 가까운, 보다 현실적 조건이 반영된 환경에서 식물 연구가 진행될 수 있을 것으로 기대된다.
4일 아주대에 따르면 송영훈 아주대 교수는 자연환경에서 식물의 개화시기를 결정하는 핵심 유전자의 활성 조절 메커니즘을 규명, 관련 논문을 식물 연구 분야 유명 저널인 '네이처 플랜츠(Nature Plants)' 10월호에 게재했다
논문의 제목은 ‘애기장대가 자연 장일 조건에서 개화하는 분자적 기초(Molecular basis of flowering under natural long-day conditions in Arabidopsis)’다.
이번 연구에는 송 교수가 공동 제1저자 및 공동 교신저자로 참여했고 아주대 박사과정 황대연씨가 공저자로 참여했으며, 미국 워싱턴대학, 영국 에딘버러대학, 스위스 취리히대학의 연구진이 함께 참여했다.
공동 연구팀은 그동안 전세계 식물 과학자들이 사용해온 단순화된 실험실 조건이 실제 현장의 식물 생장 조건과는 달라, 개화시기 조절 구조를 이해하는 데 과연 충분한가에 대한 의문을 가지고 이번 연구를 시작했다.
개화(開花)는 작물 및 과일의 생산량에 직접적 영향을 주는 중요한 형질이며 수분(受粉) 매개자들을 유혹하고 곤충과 동물들을 위한 먹이를 제공하기도 한다.
때문에 개화시기를 이해하고 조정하는 것은 작물 연구에 있어 핵심적인 부분이다.
이번에 공동 연구팀은 실제 자연 환경에서 개화를 조절하는 신호전달 과정을 규명해냈고, 식물의 생리 반응에 중요한 환경 요인들 또한 밝혀냈다.
연구진은 우선 애기장대(학명 Arabidopsis thaliana)라는 모델식물을 이용해 개화시기를 측정, 실험실 조건에 비해 야외 조건에서 개화가 빨리 일어남을 확인했다.
그 후 세계 여러 도시의 야외에서 애기장대를 재배한 후 4시간 간격으로 샘플을 채집, 유전자 발현을 조사했다.
연구진은 이를 통해 야외 조건과 실험실 조건에서 애기장대가 서로 다른 메커니즘을 사용해 개화를 조절하고 있음을 밝혀냈다.
이 실험을 통해 그동안 알려진 것과는 달리 하지 무렵 야외에서 재배된 애기장대에서 개화 유도 단백질 호르몬(플로리젠, florigen)을 암호화하는 FT 유전자(FLOWERING LOCUS T)가 아침에 보다 높게 발현됨을 발견했다.
그동안의 실험실 연구에서는 FT 유전자가 낮의 길이에 반응하며 저녁에 매우 높게 발현해 개화를 촉진한다고 알려진 바 있다.
연구팀은 또 실제 자연환경에서의 FT 유전자 발현 패턴과 개화시기를 실내에서 재현할 수 있는 결정적 요인이 하루 주기로 실제 대기 온도 변화를 적용하는 것과 태양과 유사하게 적색광·원적색광 비율을 조절하는 것임을 규명해 냈다.
송영훈 교수는 “식물들은 낮과 밤의 길이 변화를 구분할 수 있는 분자 메커니즘을 가지고 있다”며 “많은 식물들이 낮과 밤의 상대적 길이 변화를 인식, 번식에 적합한 계절을 선택하여 개화한다”고 설명했다.
jjang@fnnews.com 장충식 기자
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