식물이 햇빛을 받으면 식물호르몬의 기능에 의해, 줄기나 뿌리의 생장 방향이 바뀐다는 사실은 이미 잘 알려져 있다. 이 식물호르몬의 존재는 진화론으로 알려진 찰스 다윈과 그의 아들 프랜시스 다윈이 1880년에 예언하고 있었고, 1931년에 희랍어로 성장을 의미하는 「옥신(Auxin)」이라고 이름이 붙여졌다. 현재, 옥신은 농업이나 원예에서 응용되고 있지만, 식물에서 미량으로 존재하는 옥신이 어떻게 합성되는지는 그 경로가 너무 복잡해, 아직 밝혀지지 않은 상태이다.
일본 식물 과학 연구 센터의 생장 제어 연구팀은 수도 대학 토쿄, 삼림 종합 연구소 등과 공동으로, 액체 크로마토그래피 일렉트로 스프레이 이온화 이중형 질량 분석 장치(LC-ESI-MS/MS)라고 하는 최첨단의 질량 분석 기기를 사용해, 옥신의 생합성 경로를 밝히는 것에 성공했다. 이 분석 장치는 애기장대(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.) 1g 당 1ng으로 존재하는 옥신의 생합성 중간 물질(IAOx)을 분석할 수 있는 능력을 가진다.
이 분석 장치를 사용해, 모델 실험 식물로서 알려져 있는 애기장대에는 벼, 옥수수, 토마토에는 없는 고유의 옥신 생합성 경로가 존재한다는 것을 처음으로 분명히 밝힐 수 있었다. 또, 애기장대가 생육에 불리한 26℃이라고 하는 높은 기온의 환경에 노출되면(옥신의 생육적정 온도는 20℃ 임.) , 독자적인 경로에서 생합성 한 옥신이 생장을 돕는 중요한 기능을 하는 것을 밝혀냈다.
옥신이 어떻게 식물에서 합성되는지를 푸는 열쇠가 되는 분석 기술의 확립은 수분하지 않아도 큰 결실을 보는 토마토나 발근하기 쉬운 꺾꽂이의 기술 등, 새로운 식물의 개발을 가능하게 하는 것으로 기대된다.
본 연구 성과는 미국 학술잡지 「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」온라인판에 (3월 9일자) 게재된다.
그림 1) 식물의 복잡한 오키신 생합성 경로
지금까지 70년에 이르는 연구에 의해, 옥신(IAA)의 생합성 경로는 적어도 4가지 경로가 있다고 예상되고 있다. 그림의 베이지색의 부분이 IAOx을 개입시키는 옥신 생합성 경로로, 그외의 2개의 경로가 IAOx 의 합성에 관여하고 있다고 예상되고 있었다(좌측도). 또, IAOx로부터 IAA가 만들어지는 경로도 적어도 3개가 있을 가능성이 있다고 생각되고 있었다(좌측도). 본 연구로, 이 IAOx를 개입시킨 경로는 애기장대에 존재하지만, 벼나 옥수수, 담배에는 존재하지 않는 것이 밝혀졌다(우측도).
그림 2) IAOx를 개입시키는 옥신 생합성 경로의 고온 상태에 있어서의 역할
IAOx를 개입시키는 옥신 생합성 경로를 잃은 애기장대의 옥신 생합성 변이체(cyp79b2-2, cyp79b2-2라고 하는 2개의 유전자를 결손한 변이체)를 높은 온도(26℃)에서 생육시키는(B)면 야생형의 애기장대(A)보다 생육이 나쁘다. 그러나, IAOx의 하류의 생합성 중간 물질인 IAM를 주면, 옥신을 만들 수 있게 되기 때문에, 생육 상태가 회복한다(C).
http://www.riken.jp/ 제공 : kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2009.03.17 06:51
<저작권자 © 자닮, 무단 전재 및 재배포 금지>
