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식물의 생장·개화 조정기구의 해명과 응용

전문가 제언: ○ 생명체가 살아남기 위해서는 주위환경에 적응하여야 한다. 예로, 말라리아가 창궐하는 아프리카 지역에 사는 사람들은 돌연변이에 의해 낫-세포기질을 가지며 이로 인해 호흡에 다소 지장을 받지만 말라리아에 걸리지 않는다. 식물은 동물처럼 움직일 수 없기 때문에 위험을 회피하거나 환경에 적응하기 위해 형태나 크기를 변화시킨다. 예로, 잎이나 줄기에 가시와 유사한 트라이콤(trichome)을 형성하여 해충이나 자외선으로부터 식물체를 보호한다. 뿌리에는 근모(根毛)를 형성하여 흙에 있는 수분과 양분을 흡수한다.

○ 애기장대(Arabidopsis thaliana)는 식물생물학과 유전학 연구에 좋은 연구대상 식물로 이용되어 왔다. 필자들은 애기장대의 트라이콤과 근모, 그리고 개화 시기와 식물체의 크기 등이 어떻게 조정되는지를 연구하여 그 기구를 밝혔다. 야생형 애기장대 뿌리의 표피세포는 근모세포와 비근모세포가 규칙적으로 배열된 구조이고, 트라이콤은 보통 3개 분지(分枝)를 갖는 구조이며 서로 인접하지 않고 떨어져 있다. 근모와 트라이콤은 공통의 유전기구에 의해 제어된다.

○ 애기장대의 근모의 원인유전자로서 MYB 가족에 속하는 CAPRICE(CPC)가 1997년에 보고되었다. 이 CPC 유전자를 파괴하면 뿌리의 근모 수가 매우 적어지고, CPC 유전자를 과잉으로 발현시키면 근모의 수는 증가하나 한편 잎의 트라이콤은 전부 없어진다. 필자들은 최근에 CPC 유전자와 유사한 CPC LIKE MYB 3(CPL3) 유전자를 발견하고 이것의 기능을 밝혔다.
○ CPC 유전자와 비슷하게 CPL3 유전자가 파괴되면 식물체가 커지고 꽃은 일찍 피며, CPL3 유전자가 과잉으로 발현되면 식물체가 왜소해지고 꽃은 조금 늦게 핀다. 식물체의 크기는 염색체 세트의 수에 의존하는데 CPL3 유전자 돌연변이체의 핵상은 야생형에 비하여 증가하였고, 과잉발현체에서는 감소하였다. 개화 시기는 몇 가지 개화 관련 유전자에 의해 결정되는데, CPL3 유전자는 이들 유전자들의 발현에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. CPL3 유전자를 이용하여 농작물의 수확량을 증가시키고 또는 벼줄기의 길이를 길게 또는 짧게 조절할 수 있을 것이다.

저자: Rumi Tominaga, Takuji Wada
자료유형: 학술정보