식물 잎 노화 "시작 스위치" 찾았다

하이커뮤니티매니져 0 11 10.27

대구경북과학기술원(DGIST) 제공

식물의 잎이 늙기 시작하는 시점을 결정하는 분자 스위치가 발견됐다. 잎의 발달과 노화를 조절해 작물 생산성을 높이는 방법을 찾는 데 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 임평옥, 이종찬, 김민식 뉴바이올로지학과 교수 공동 연구팀이 식물의 핵 부위에서 만들어진 리보핵산(RNA)이 엽록체로 이동해 잎의 노화를 조절한다는 사실을 알아냈다고 27일 밝혔다.

잎의 엽록체들은 광합성을 통해 식물 성장의 주된 에너지 자원을 생산한다. 노화가 시작되면 엽록체들은 분해돼 씨앗(종자)으로 이동하며 다음 세대를 위한 영양분으로 사용되거나 줄기 혹은 뿌리로 보내져 다음 계절을 준비하는 데 쓰인다.

엽록체가 기능이 전환되는 과정은 식물의 생존과 번식 전략이다. 엽록체 노화 전환 시점을 조절하는 원리에 대한 이해는 그동안 부족했다.

연구팀은 애기장대라는 식물에서 엽록체 유전자 발현 패턴과 유사한 양상을 보이는 긴 비번역 RNA(lincRNA)의 유전 분석을 진행해 엽록체 조절 인자 ‘클로렐라 RNA(CHLORELLA RNA)’를 발견했다. 긴 비번역 RNA는 세포 속에서 유전자 발현을 조절하거나 신호를 전달하는 RNA를 의미한다.

고분해능 질량분석 및 단일분자 이미징 기술을 융합하는 다학제적 접근을 통해 클로렐라 RNA는 식물의 핵에서 전사돼 세포질을 거쳐 엽록체로 이동한다는 점이 확인됐다. 클로렐라 RNA는 엽록체에 존재하는 유전자 전사 관여 RNA 중합효소 복합체의 단백질들과 결합해 엽록체 전사 조절 활성에 영향을 미치고 엽록체 기능 전환에 관여한다는 점이 밝혀졌다.

연구팀은 식물 세포 안에서 광합성 관련 유전자의 스위치를 켜고 끄는 단백질인 'GLK 전사인자'가 클로렐라 RNA의 발현을 조절한다는 사실도 확인했다. 식물 성장기에는 GLK 전사인자가 클로렐라 RNA의 발현을 높여 식물의 광합성 기능이 유지되고 식물 노화가 시작되면 GLK의 활성이 약해져 클로렐라 RNA가 감소하고 엽록체 광합성 기능의 소실과 분해가 유도된다는 사실이 밝혀졌다.

임평옥 교수는 “이번 연구는 접근 방법론의 한계로 아직까지 연구가 미흡한 분야인 긴 비번역 제어 RNA의 노화 분야에서 시공간적 조절 원리를 제시했다는 점에서 학문적 의의가 매우 크다”며 “RNA 이동 추적을 보여준 바이오 이미징 기술, RNA와 상호작용하는 단백질 동정 등 다양한 융합 연구를 통해 얻어진 성과”라고 밝혔다.

이어 “이번 연구는 긴 비번역 RNA를 기반으로 하는 다양한 생명현상 이해의 초석이 될 수 있을 것“이라며 ”나아가 잎의 발달과 노화를 조절해 작물의 광합성 효율과 생산성을 높일 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 플랜츠’에 게재됐다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74744

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