식물도 스트레스 받아

식물도 스트레스 받아

토양의 높은 염분은 식물에 극적인 스트레스가 되고 생장과 작물의 수확량을 감소시킨다. 그런데, 염분 스트레스 하에서 식물이 더 잘 자랄 수 있게 하는 특이 단백질들이 발견되었으며, 이는 향후 염분 내성이 더 높은 작물 육종에 도움이 될 수 있다.
이 연구를 주도한 퍼슨(Staffan Persson) 교수에 따르면, 고 염분 스낵을 피하거나 물을 더 많이 마실 수 있는 사람과는 달리, 식물은 고 염분 토양을 벋어날 수 없기 때문에 다른 전략으로 극복해야 한다. 세계적으로 점점 더 많은 작물이 토양 염분이 높아 스트레스에 직면하고, 전체 식물의 20% 그리고 전 세계 경작지(irrigated, agricultural lands)의 33%가 이 스트레스의 영향을 받고 있다고 한다.
2050년 이면, 식품 생산이 70% 증가되어야, 추가되는 23억 인구를 먹일 수 있다. 염도(Salinity)가 이러한 목표 달성에 주요 제한 인자인데, 이는 2050년 이면, 경작지(arable land)의 50% 이상이 염분 영향을 받을 수 있기 때문이다. 따라서, 그러한 상황에서 식물 생장을 개선할 수 있는 유전자와 도구를 발견은 농업적으로 매우 중요하다.
이 연구자들은 염분 하에서 식물의 생장을 도울 수 있는 일군의 단백질을 확인했고, 그리고 이들 단백질이 염분스트레스 하에서 생물량 증가에 도움을 주는 방법에 대한 메커니즘을 파악했다. 이번 연구 결과는 학술지 Cell에 최근 실렸다.
동물 세포와 달리, 식물 세포는 세포성 외골격 즉 세포벽이라는 것에 둘러싸여있어, 식물 생장이 제어되고, 질병으로부터 보호된다. 중요한 것은 식물 바이오매스의 대부분이 주요 성분이 셀룰로오스인 세포 벽이라는 것이다. 그래서 식물 생장은 대체로 식물이 세포벽과 셀룰로오스를 만드는 능력에 의존한다. 그러므로 연구에서 세포벽의 생합성에 우선 순위가 주어지는 것이 이상할 게 없다고 한다.
퍼슨 연구 그룹과 다른 이들에 의한 선행 연구에서 셀룰로오스를 생성하는 단백질 복합체, 즉 셀룰로오스 신데에이스(cellulose synthase)라는 것이 세포 내 중합 구조물 (intracellular polymer structure)인 미세소관 (microtubules)과 상호작용하고 안내되는 것이 확인되었다. 이 상호작용은 식물세포의 모양과 안정성에 중요하다.
이번 연구에서는 이미 알려진 일군의 단백질들이 염분 스트레스 하에서 셀룰로오스 신데에이스 기구를 지원하는 것으로 나타났고, Companions of Cellulose synthase (CC)라고 명명되었다. 이들 단백질 즉, CC 단백질이라고 하는 것이 셀룰로오스 합성 동안 셀룰로오스 신데에이스 복합체의 일부라는 것이 이번 연구에서 확인되었다.
이 연구자들은 식물이 높은 염분 농도에 노출되면, CC 유전자 활성이 증가된다는 것을 발견했다. 그리하여, 연구팀은 이들 단백질이 식물의 염분 내성에 관여할 것으로 가정(hypothesis)했다. 그 가정을 확인하기 위해, 모델 식물인 애기장대에서 CC 유전자 군(gene family) 중 다수의 유전자를 절단시킨 다음, 염분이 함유된 배지에서 길렀다. 그 돌연변이 식물체들의 생장은 야생형에 비해 훨씬 좋지 않았다.
추가적 단계의 연구로, 형광 버전의 CC 단백질이 만들어지고, 특수 현미경의 도움으로 그 단백질들이 기능하는 장소와 방법이 관찰되었다. 놀랍게도 그들 단백질은 염분스트레스 하에서 미소소관의 체제(organization)를 유지시킬 수 있었다. 그 기능의 도움으로 식물은 스트레스 동안에서도 셀룰로오스 합성을 지속할 수 있었던 것이다.
이 연구 그룹이 확인한 것은 대조군 식물은 미소소관들을 정상 상태로 유지할 수 있는 한편, CC 활성이 결핍된 식물은 그러한 정상상태를 유지할 수 없다는 것이다. 미소소관 기능의 소실은 셀룰로오스 합성의 실패로 이어지고, 이는 염분에 의한 식물 생장의 감소에 대한 설명이 되는 것이다. 따라서 이번 연구 결과로 CC 단백질이 염분 스트레스 하에서 식물의 바이오매스 생성을 돕는 방법에 대한 한 가지 도구가 얻어졌다.<출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>