최근 다년초 황새냉이(Cardamine flexuosa)의 개화(anthesis)를 유도하는 분자 메커니즘이 규명되어 관계자들의 관심이 모아지고 있다. 이 연구 성과는 중국 과학원 산하 상하이(上海) 생명과학원 식물생리생태 연구소의 왕쟈워이(王佳偉) 연구진에 의해 규명되었으며 5월 31일 ‘Science’ 학술지에 ‘Molecular Basis of Age-Dependent Vernalization in Cardamine flexuosa’ 주제로 발표되었다.

다년생 식물은 수명이 2년을 넘는 식물을 말한다. 목본식물은 모두 다년생이지만 초본식물은 다년생과 1년생으로 나뉜다. 부분적인 다년생 초본식물의 뿌리 부분은 다년생이지만 가지 부분은 한 해에 수명을 다한다. 즉 다음 해 봄이면 뿌리에 새로운 가지가 나고 꽃이 피면서 결실을 맺게 된다. 그러나 일부 식물은 지상과 지하에서 모두 다년생으로 여러 차례 꽃이 피고 결실을 맺는다.

다년생 식물은 매년 특정된 시간에 꽃이 피고 또 생장하는 패턴을 갖고 있다. 이런 식물들이 어떻게 4계절 변화를 일으키고 개화에 대한 제어가 이뤄지는가 하는 것을 연구하기 위해 왕쟈워이(王佳偉) 연구진은 다년생 초본 식물에 속하는 황새냉이에 대한 연구를 추진했으며 이를 통해 연령 루트와 춘화 루트가 개화 제어에 함께 참여하는 분자 메커니즘을 규명했다.

겨자과 황새냉이는 십자화과 황새냉이에 속하며 2년생 혹은 다년생 초본 식물이다. 왕쟈워이(王佳偉) 연구진의 연구에 따르면, 겨자과 황생냉이가 개화를 유도하려면 일정한 시간의 저온이 유지되어야 춘화처리(jarovization)가 나타난다. 여기서 흥미로운 것은 유년기의 겨자과 황새냉이는 저온을 감수 받지 않고서도 정상적인 춘화반응이 나타난다는 것이다.

또한 왕쟈워이(王佳偉) 연구진은 연구를 통해 겨자과 황새냉이의 연령이 춘화반응의 민감성을 결정한다는 것을 발견했다. 즉, 개화 유도에서 FLC와 TOE1 억제 인자의 동시 제거가 수요된다. FLC는 춘하 루트의 관건 제어 인자이며 지속적인 저온은 FLC 발현을 낮춘다. TOE1의 발현은 연령 루트의 관건 인자인 miR156의 제어를 받는다.

유년기에서 miR56이 고수준으로 발현되고 TOE1 함량이 높아지면서 개화 관건 유전자의 발현을 억제한다. 이는 식물이 춘화작용에 대한 민감하지 않는 현상을 초래한다. 그러나 식물의 연량이 증가하면서 광합작용으로 인해 당분이 누적되어 miR156 함량이 점차 낮아진다. 이에 따라 TOE1의 발현이 감소되어 연령 루트가 개화에 미치는 억제 작용이 해소되면서 식물이 춘화작용에 대해 민감해진다. 이는 지속적인 저온은 FLC의 억제 역활을 제거하여 식물의 개화를 유도한다는 것을 말해 준다.

연령 루트와 춘화 루트가 개화 제어에 함께 참여하는 것은 다년생 식물의 생장 습성과 밀접한 관련이 있다. 이런 분자 메커니즘을 규명하는 것은 다년생 초본식물이 충족한 생물량을 획득한 후 외부 환경의 변화를 감수하고 개화하여 진화를 연구하는데 중요한 의미가 있을 것으로 전망된다. 이 외에도 연구진은 연구를 통해 고등식물의 개화 다양성은 다른 식물 간 다른 개화 유도 루트의 기여 차이에 의해 결정된다는 결과를 도출했다.

한편, 이 연구 성과는 중국 조직부(組織部)의 ‘청년 천인 계획(靑年千人計劃)’, 국가자연과학기금 우수 청년 프로젝트, ‘973 계획(기초과학 계획)’ 등의 지원을 받아 수행되었다.

키워드 : 황생냉이, 개화, 춘화, 다년생식물,

출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

원문: http://www.cas.cn/ky/kyjz/201305/t20130531_3854587.shtml

제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.02.19 17:25

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