꽃잎이 떨어지는 메커니즘 - 탈리(abscission)

꽃잎이 떨어지는 메커니즘 -  탈리(abscission)

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-03-02

발렌타인 데이(Valentine`s Day)도 과거 속으로 희미해지고, 꽃 병 주위에 떨어진 꽃잎이 싸이는 것이 눈에 띈다. 미주리대학교(University of Missouri)의 새로운 연구 결과는 식물이 그 꽃잎을 어떻게 언제 떨어뜨릴지를 조절하는 프로세스에 대한 새로운 이해를 제공하는 데, 이 과정은 탈리(abscission)라는 것이다. 이번 발견은 학술지 the Proceedings of the National Academy of Sciences 의 인터넷 판에 실렸다. 

탈리를 촉발시키는 단백질의 폭발적 증가(녹색 형광)

탈리는 식물이 그의 기관(organs) 즉, 꽃 잎, 꽃, 잎 및 열매를 떨어뜨리는 과정이라는 것이 패다카(Rahul Patharkar) 박사의 말인데, 그는 이번 논문의 선임저자이다. 모델 식물 애기장대에서 꽃의 탈리 과정에 대한 이해는 식물의 기관 및 다른 식물 종에서의 이 기본적 과정에 대한 이해의 기초가 된다. 탈리의 초기 단계에는 꽃의 기부(base)에 있는 이층대(the abscission zone)라고 하는 특수 층을 이루는 세포들에서 변화가 일어난다. 꽃이 성숙함에 따라, 이층을 형성하는 전 영역의 세포들이 서로 분리되기 시작하고, 꽃의 기부와 꽃 잎 간에 매끈한 틈이 만들어진다. 이 틈이 확대됨에 따라, 꽃 잎이 떨어지고, 땅으로 굴러 떨어지게 된다. 

이러한 세포 분리(cell separation) 과정이 일어나는 것을 식물이 조절하는 방법, 특히 이 과정을 촉발시키고 힘을 제공하는 분자 메커니즘이 오랫동안 의문이었다. 식물이 꽃잎을 떨어뜨리기 전, 유전자 활성이 이미 시작된다는 것은 이미 알려져 있다. 전사라고 하는 이 유전자 활성은 대개의 경우 비교적 짧은 시간에 기하급수적으로 증가하여, 결국 이층으로 이어진다는 것이 패다카 박사의 말이다. 

이러한 활성에 탄력을 받는 한 유전자가 HAESA라고 하는 것이고, 이는 꽃의 탈리가 일어나는데 필요한 것으로 알려져 있다. 선행 연구에서, 이 유전자의 활성이 꽃 잎의 탈리가 결정되는 약 2일에 꽃 눈이 열릴 때의 27배 정도로 증가된다는 것이 확인되었다. 이번 새로운 연구에서는 HAESA 유전자 발현에서의 신속한 증가를 설명하는 메커니즘에 있어 두 가지 중요한 연결이 확인되었다. 

선행 연구에 기초하여, 이번 연구팀은 AGL15라고 하는 단백질의 과발현으로 HAESA의 활성화가 일어나지 않으며, 꽃잎이 탈리도 일어나지 않는다는 것을 확인했다. 이번 발견은 AGL15가 음성적 조절자라는 것을 시사하는데, 이는 AGL15가 HAESA 유전자의 발현을 전사 차단을 통해 막는다는 의미이다. 하지만 이 연구팀은 또한 이 단백질을 MAP 카이네이즈(kinases)로 알려진 일련의 분자 스위치들에 관련지었는데, 이 MAP 카이네이즈는 HAESA 유래되는 매우 이른 시기의 이층 시그널들을 전이(transducing)시키고, 이어 AGL15에 신호를 보내 HAESA의 억제를 해제시킨다. HAESA에서 MAP 카이네이즈와 AGL15로 그리고 HAESA로 되돌아가는 신호화는 본질적으로 양성의 분자적 피드백 루프(positive molecular feedback)를 만들며, 이 루프는 탈리 동안 관찰되는 HAESA 유전자 발현의 신속한 증가로 이어진다. 이 양성 피드백 루프로 이층 동안 HAESA 발현에서 관찰되는 폭발적인 신호 증폭(signal amplification)이 일어난다는 것이다. 엔진의 파워를 증폭시키는 터보차저(turbocharger)에 해당되는 것이다. 

이번 논문의 교신 저자인 워커(John C. Walker) 박사는 이번 발견이야말로 탈리 연구 분야의 역작이라고 한다. 이번 연구로 다수의 서로 다른 유전자와 단백질들이 하나의 새로운 모델에 모아졌고, 이 모델은 화기(floral organ)의 탈리가 제어되는 방법 설명에 도움이 된다는 것이다. 

패다카 박사에 따르면, 이 과정 즉, 잎과 열매의 낙하(dropping)에도 적용할 수 있는 과정에 대한 이해는 식물의 발달 그리고 가뭄과 해충 감염과 같은 환경적 큐(queues)에 대한 식물의 반응 이해에 중요하다. 이는 또한 과실과 절화 산업분야에도 관심의 대상이 되는데, 이 분야는 과실과 절화(cut flower) 등의 생산물들이 수확 시기가 될 때까지 식물체에 유지되어야 하기 때문이다.

원문출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-02/uom-mfl022515.php

출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』