IBS, 식물의 기공 움직임 조절하는 새로운 단백질 발견

【대전=뉴시스】식물 기공의 개폐 매커니즘을 표현한 영상. 기초과학연구원(IBS) 식물 노화·수명 연구단(단장 남홍길) 곽준명 그룹리더(DGIST 뉴바이올로지 교수) 연구진은 식물의 공변세포에서 기공개폐를 조절하는 단백질(GLR3.1/GLR3.5)을 발견했다. (사진=IBS 제공)  

【대전=뉴시스】이시우 기자 = 국내 연구진이 식물의 '코'에 해당하는 기공의 움직임에 관여하는 단백질을 찾아냈다.

 베일에 쌓여 있는 식물의 성장과 발달을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

 기초과학연구원(IBS)은 식물 노화·수명 연구단(단장 남홍길) 곽준명 그룹리더(DGIST 뉴바이올로지 교수) 연구진이 식물의 공변세포에서 기공 개폐를 조절하는 단백질(GLR3.1/GLR3.5)을 발견했다고 6일 밝혔다.

 식물은 잎 표면의 미세한 구멍인 기공을 통해 광합성에 필요한 이산화탄소를 받아들이고, 광합성 부산물인 산소와 물을 대기 중으로 내보낸다. 식물이 숨을 쉬는 '코'인 셈이다.

 공변세포로 이뤄진 기공은 칼슘 이온(Ca2+) 농도에 따라 열리거나 닫히는 것으로 알려져 있다.

 공변세포 세포막에 존재하는 칼슘 채널이 열려 칼슘 이온이 공변세포 안으로 들어오면 일련의 세포신호 반응을 거쳐 세포 내 삼투압이 떨어지고, 이로 인해 공변세포 속 수분이 밖으로 빠져나가 부피가 줄어 기공이 닫히는 원리다.

 하지만 칼슘 이온의 통로인 칼슘 채널에 대해서는 알려진 사실이 많지 않아 식물의 생존과 생장에 필수적인 기공의 움직임을 이해하는데 한계가 있었다.

 연구진은 모델식물인 애기장대의 공변세포에서 그동안 알려지지 않았던 'GLR3.1/GLR3.5' 칼슘 채널을 처음 발견했다.

 연구진은 동물의 중추신경계에서 흥분성 신경전달물질로 작용하며 양이온을 통과시키는 글루탐산 수용체와 유사한 기능을 하는 단백질이 식물에도 존재할 것으로 보고 실험했다.

【대전=뉴시스】식물의 공변세포에 GLR 유전자가 결여돼 시들어 있는 모습(사진 빨간 선 안).

 연구진은 20가지 종류의 아미노산을 애기장대 잎에 모두 처리하고 관찰했다.

 이 중 L형 메티오닌(L-Methionine) 아미노산이 GLR3.1과 GLR3.5 단백질로 이루어진 칼슘 채널과 반응함을 확인하고 GLR3.1/GLR3.5 유전자가 정상인 공변세포와 두 단백질의 해당 유전자를 결여시킨 돌연변이체 공변세포를 만들어 각각 L-메티오닌을 처리했다.

 그 결과 정상 공변세포에서는 칼슘이 이동하면서 생기는 전류가 세포막에 흘렀지만, 두 유전자가 결여된 돌연변이체 공변세포에서는 칼슘의 이동에 따른 전류가 검출되지 않았다.

 L-메티오닌이 GLR 단백질로 이루어진 칼슘 채널을 열리게 해 세포 내로 칼슘 이온을 유입하게 한다는 사실이 증명된 것이다.

 또 이 유전자들이 결여된 애기장대 식물에서 과일이나 채소에서 칼슘이 부족해 생기는 배꼽썩음병과 유사한 증상이 꽃대의 말단에 나타나는 것을 관찰하고 GLR3.1/GLR3.5 칼슘 채널이 기공 개폐를 조절할 뿐만 아니라 세포 분열이 왕성한 조직에 칼슘을 제공하는 기능도 수행한다는 사실을 확인했다.

 곽준명 그룹리더는 "이번 연구는 GLR3.1/GLR3.5 단백질 칼슘 채널이 식물세포 내 적절한 칼슘 농도 조절에 핵심적인 역할을 하며, 기공 개폐를 조절하고, 식물의 성장과 발달에도 상당한 영향을 미치는 것을 확인했다는 데 의의가 있다"라고 말했다.

 한편, 이번 연구 결과는 이날 국제학술지 '셀(Cell)'의 자매지인 '셀 리포츠 (Cell Reports)'에 게재됐다.

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