KAIST, 꽃 피우고 향기 내는 '생체시계' 핵심유전자 확인

김상규 교수팀, 코요테담배 연구서 개화·향기 방출 조절 원리 밝혀

식물이 곤충과 맞춰 번식하는 전략 이해

[대전=뉴시스] 카이스트(KAIST)가 식물의 향기 방출시점과 개화시기를 조정하는 핵심역할을 하는 COL5를 확인했다.(사진=카이스트 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 식물이 생체시계를 조절해 꽃의 개화, 향기 방출시점을 정교하게 조절하는 원리를 국내연구진이 밝혀냈다.

한국과학기술원(카이스트·KAIST)은 생명과학과 김상규 교수팀이 식물 생체시계의 조절을 받는 유전자가 꽃이 열리는 시간과 향기 방출의 일주기 리듬을 통합적으로 조절한다는 사실을 밝혀냈다고 27일 밝혔다.

식물은 하루 주기에 맞춰 스스로 시간을 인식하는 생체시계에 의해 생리현상이 조절되는 것으로 알려져 있으나 어떤 과정을 거쳐 꽃이 열리고 생체시계 유전자와 어떻게 연결됐는지는 밝혀지지 않았다.

이번에 연구팀은 밤에 꽃을 활짝 열고 향기를 방출하는 식물인 코요테담배(Nicotiana attenuata)를 모델로 연구를 진행했다. 코요테담배는 미국 유타주 사막지역에 자생하는 식물로 밤에 활동하는 꽃가루 전달자를 유인키 위해 야간에 꽃을 열고 향기를 방출하는 특징이 있다.

연구팀은  생체시계 유전자에 변이가 있는 돌연변이체를 분석하고 분자생물학적 접근을 통해 꽃의 개화와 향기 방출이 어떻게 조절되는지 조사했다.

조사 결과, 연구팀은 CONSTANS-LIKE 계열의 유전자 중 하나인 'COL5'가 꽃이 열리는 시점과 향기 방출의 리듬을 조절하는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 확인했다.

연구팀은 COL5 유전자 발현을 억제하거나 변형한 식물을 통한 시험을 진행, COL5의 기능이 사라진 식물에서는 꽃이 정상적으로 열리지 못하고 동시에 꽃 향기를 구성하는 주요 물질인 벤질아세톤(benzylacetone·BA)의 합성도 크게 감소한 것을 확인했다.

추가로 진행된 유전자 발현 분석에선 COL5는 향기 물질의 생합성에 관여하는 핵심 효소 유전자들의 발현을 조절해 향기 방출 시점을 조정하는 역할을 하는 것으로 나타났다.

이어 다른 식물 종인 페튜니아(Petunia axillaris)에서도 COL5와 유사한 유전자가 꽃의 개화 시기와 향기 방출에 영향을 미치는 것으로 확인됐다.

이번 결과는 꽃의 개화 리듬과 향기 생합성이 서로 독립적인 현상이 아니라 공통된 유전자 조절 네트워크에 의해 통합적으로 제어되고 식물은 자신의 생존과 번식에 가장 유리한 시간대에 꽃을 열고 수분 매개자를 유인토록 생체시계를 정교하게 활용하고 있음을 보여준다.

생명과학과 최유리 박사, 강문영 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 더 플랜트 셀(The Plant Cell)에 최근 게재됐다.

김상규 교수는 "이번 연구는 식물의 생체시계가 꽃의 개화와 향기 방출 시간을 어떻게 연결해 조절하는지에 대한 단서를 제시하고 있다"며 "식물이 환경과 상호작용하며 번식 전략을 최적화하는 원리를 이해하는 데 중요한 기초가 될 것으로 기대한다"고 말했다.


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