식물이 두껍게 자라는 메커니즘 찾았다

조선비즈
  • 김민수 기자
    입력 2018.07.23 14:13

    황일두 포스텍 교수 연구팀이 식물의 두께 생장을 조절하는 줄기세포의 신호전달 과정을 규명했다고 23일 밝혔다. 부피가 큰 목재를 생산하거나 무·당근 같은 작물의 생산성을 늘릴 수 있는 실마리가 될 전망이다.

    연구팀이 규명한 것은 식물의 기둥과 뿌리에 있는 줄기세포인 ‘형성층’의 세포 분열과 분화를 조절하는 신호인자의 작용과정이다. 식물은 형성층 세포가 분열·분화하면서 두껍게 발달한다.

    연구팀은 형성층의 활성에 관여하는 인자들의 역할과 상호 조절의 새로운 신호 전달 체계를 규명했다. 특히 다양한 신호를 연결하는 형성층 조절 스위치 기능을 하는 효소 ‘BIL1’의 기능을 밝혔다.

    BIL1-MP 신호 전달계의 조절을 받는 ARR15의 양에 따라 관다발의 수와 뿌리의 두께가 현저히 달라진다. ARR15가 억제되면 관다발 조직(빨간색 라인)의 수가 증가하고 뿌리의 두께가 늘어난다. /한국연구재단 제공
    연구팀의 연구 결과 BIL1 효소가 형성층 활성 저해 단백질로 알려진 MP를 활성화한다. 이를 통해 MP의 하위 유전자인 ARR7과 ARR15가 발현되며, 이들이 형성층의 활성도를 저해하고 식물의 두께 생장을 억제하는 것으로 나타났다.

    연구팀은 또 BIL1-MP 신호전달 체계가 ‘PXY’ 단백질에 의해 저해된다는 사실을 밝혔다. 다시 말해 BIL1 효소가 MP 단백질 활성화를 통해 식물이 두껍게 생장하는 현상을 억제할 때 PXY 단백질이 이를 막아 식물의 두께 생장 기능을 재활성화시킨다는 것이다.

    황일두(사진) 교수는 “식물 전체 크기를 키우려는 연구와 달리 이번 연구는 식물의 두께 생장만 조절해 식물 에너지 소비를 특정 조직의 발달에 효율적으로 사용할 수 있는 가능성을 보여 주었다”라며 “이번 연구에서 밝힌 형성층 조절 네트워크는 생산성이 높은 작물뿐 아니라, 비바람에도 끄떡없는 강인한 작물 개발에도 기여할 수 있다”고 연구의 의의를 밝혔다.

    과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구), 농촌진흥청 우장춘프로젝트 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 플랜트(Nature Plants)’에 게재됐다. 특히 이번 연구에는 포스텍 학부생 연구 참여 프로그램을 통해 노재균 학생이 식물 형질 분석 연구를 수행해 논문의 제2저자로 기여해 화제가 됐다.

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