인간뿐 만 아니라 식물도 생체 리듬을 관리하는 체내시계를 가지고 있다!

이 시계는 자연의 밤낮 리듬에 어떻게 적응할까?

연구결과에 의하면 설탕 분자가 중요한 역할을 한다. 식물의 특정한 센서는 광합성 중에 얼마나 많은 당이 생성되는지를 기록하고, 이 정보를 바탕으로 체내시계가 조정된다. 이것은 농업분야에서 매우 흥미로운 발견 일 수 있다.

▲ 식물도 생체리듬을 갖고 있다. 체내시계는 당 센서가 조절한다.

대부분의 생물은 자신의 행동을 낮 밤 리듬에 적응시킨다. 이는 식물에도 적용된다.
그들의 체내시계 타이밍은 꽃을 피울 때나 여분의 향기와 감로를 생산할 때 성장 속도를 결정한다. 동시에, 밤에 굶어 죽지 않도록 자신들의 에너지 매장량을 나누도록 도와준다.
이 내부의 시간결정은 식물체내에서 많은 프로세스가 완벽하게 일치하는 것을 보살필 뿐 아니라 주변 환경 조건과도 동기화 한다.

하지만 얼마나 정확히 작동할까?
식물의 체내시계가 환경에 어떻게 반응하는지 찾기 위해 캠브리지 대학교의 알렉산더 프랭크와 그의 동료들은 모델식물 애기장대(학명 Arabidopsis thaliana)를 조사했다. 
 
설탕감지기가 시계 유전자에 영향을 미친다.
자신의 세포에서 얼마나 많은 설탕을 사용할 수 있는지가 명백히 기록됐다.

"식물은 광합성 때 생성되는 설탕의 양을 연속적으로 측정하고, 체내에서 일어나는 프로세스에 맞도록 조정하기 위해 이 정보를 사용한다" 고 브리스톨대학 의 공동저자 안토니 도드가 설명했다. 이 과정에서 중요한 것은 분명히 ‘SnRK1’이라 불리는 키나아제(효소의 일종)이다. 이 효소는 설탕 센서 역할을 수행하고 다시 시계유전자 ‘PRR7’에 영향을 미치는 중요한 *전사인자의 활성을 조절한다. 그와 동시에 다른 효소는 이 전사인자와 키나아제 모두에 작용한다. 이들이 이미 기존의 연구에서 식물의 중요한 신호물질로 알려진 특정 당을 합성한다.

     참고: 전사인자 [Transcription factor]

​           DNA의 특정 서열에 결합하여 DNA로부터 messenger RNA를 만드는 전사(transcription) 과정을 조절하는

             단백질을 전사인자라고 함

​
이 세 가지 분자 구성요소는 현재 에너지 가용성에 따라 체내시계의 박자를 움직이게 한다. "우리의 결과는 처음으로 식물의 일주기 리듬을 앞뒤로 움직여 환경과 동기화되는 메커니즘을 해독한다" 라고 Dodd는 말한다.

과학자들에 의하면, 이 발견은 농업분야에 흥미를 줄 것 같다. 식물의 체내시계는 다른 것들 중에서도 일 년 중 올바른 시기에 성숙한 식물을 보장하기 때문에, 일주기 리듬 변화는 새로운 식물 품종의 육종 및 번식에 중요한 역할을 한다. "이것은 우리가 발견한 메커니즘이 미래에 작물 수확량을 향상 시키는데 사용될 수 있음을 의미한다."라고 Dodd는 결론지었다.

출처 : 알렉산더 프랭크 (캠브리지 대학교) 생물학, doi : 10.1016 / j.cub.2018.05.092

* 애기장대: 십자화과의 두해살이풀로 학명은 Arabidopsis thaliana. 높이 15~35㎝이다. 뿌리잎은 모여 나고 거꾸로 된 피침모양이며, 줄기 잎은 피침모양에 잎자루가 없다. 4~5월에 작고 하얀 꽃이 총상꽃차례로 줄기 끝에서 핀다. 열매는 견과이다. 우리나라에서는 경기도와 전라남북도 지방 들판에서 자란다.
발아해서 다음 씨가 맺힐 때까지의 1세대 기간이 약 6주로 짧고, 화학물질을 쓰면 다양한 형태의 돌연변이체를 간단히 만들 수 있다. 또 크기가 작아서 유리 용기 안에서 쉽게 재배할 수 있고 게놈 사이즈가 작다. 이러한 이유로 식물 연구를 위한 모델 식물로 많이 활용된다. 2000년 말에 전체 게놈의 염기 배열(약 1억 2500만개)이 거의 완전히 해독되고 2,400종의 유전자도 발견되었는데, 유전자 중에는 벼나 밀의 유전자와 공통된 것이 많다.

[더사이언스플러스=편집국]  

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