자닮

곤충이 식물에 맛을 들이기 시작한 이후로 계속해서 식물은 같은 고민에 빠져 있다. 한정된 자원을 이용하여 살아가기 위해서 빛을 놓고 옆에 있는 식물과 치열한 경쟁을 하는데 쓸 것인지 아니면 배고픈 곤충에 대항하여 방어하는데 직접 투자할 것인지를 두고 선택을 해야 한다. 이제 생물학연구를 위한 솔크 연구소 (Salk Institute for Biological Studies)와 IFEVA (Investigaciones Fisiologicas y Ecologicas Vinculadas a la Agronomia)에 있는 한 국제 과학자팀은 식물이 경중을 재어보고나서 그에 따라 자기들의 에너지 투자 방향을 어떻게 잡아나가는지를 결정한다는 것을 발견해내었다.

연구자들은 다른 식물들이 주위에 밀집되어 있는 것을 검출해서 신호를 주어 식물 성장 호르몬 오옥신의 합성을 시작하게 하는 같은 광 감지기가 전체 방어 화학물질의 합성을 조율하는 자스몬산 (jasmonic acid) 호르몬에 대한 식물의 반응성을 감소시킨다는 것을 국립과학아카데미회보의 최근 온라인 판에 출판된 한 논문에서 보고하고 있다.

“식물이 기계론적 수준에서 자원 배분의 궁지를 어떻게 해결하는가에 대한 이해가 작물의 자연 방어를 증가시킬 수 있는 가능성을 열어줍니다. 고도로 조밀하게 작물을 심어서 살충제를 정기적으로 뿌려야만 하는 현대 농업에는 더욱 그렇습니다.”고 주저자이자 아르헨티나 국립연구위원회 (CONICET)에서 일하는 선임연구원이자 부에노스 아이레스대학교 (University of Buenos Aires)에서 조교수로 있는 Carlos L. Ballare 박사는 설명한다.

초기 연구에서 Ballare는 식물이 빛을 놓고 치열한 경쟁이 벌어질 것으로 인식할 때에는 방어에 덜 투자하게 된다는 것을 발견했다. 그러나 광질의 변화가 식물의 보호 수준을 어떻게 떨어뜨리는지에 대해서는 여전히 잘 모르고 있었다. 그 둘을 연결시키기 위해서 그는 솔크 연구소의 식물학실험실에 있는 하워드 휴지스 의학연구소 (Howard Hughes Medical Institute)의 연구자인 Joanne Chory 박사와 이전의 실험실원인 Yi Tao 박사에게 찾아갔다. Yi Tao 박사는 식물들이 성장과 개화 시간을 그늘로 맞추는데 사용하는 분자 경로를 밝혀낸 바 있었다.

식물은 수간에 있는 잎들이 붉은 빛을 흡수하여 생기는 상대적인 적외선 유입량 증가와 이웃한 식물들에서 원적외선이 반사되는 것을 감지하여 인근에 다른 식물이 있는 여부를 감지한다. “그들을 피하기 위한 주요 광 수용체가 이웃을 감지할 때 식물은 성장 호르몬 오옥신 생산을 시작하고 그것을 줄기로 보내어 거기서 식물이 더 크게 자라도록 돕습니다.”고 Chory는 설명한다.

하지만 식물들은 초식생물들이 입에서 내는 분비물과 모충들이 가하는 기계적인 손상과 잎을 갉아먹는 것에서 발생하는 화학적 단서들에도 반응한다. 식물들은 특히, 자스몬 산 (jasmonic acid)이라는 방어-관련 호르몬들의 생산을 증가시켜 식물들을 맛없게 만들거나 최소한 초식생물들에게 영양가가 떨어지게 만드는 화학물질의 농도를 올린다.

“그런 반응들은 기회 비용을 발생시킵니다.”고 Chory는 말한다. “경쟁에 자원 배분을 하게 되면 방어에 대한 투자가 제한됩니다. 그래서 초식생물의 공격에 대한 취약성이 늘어납니다. 반면이 방어에 배분하게 되면 인근 식물을 대항하는 경쟁 능력이 줄어들 수 있습니다.”라고 그는 덧붙였다.

바로 그것이 정확히 말해서 Ballare의 실험실에서 대학원생으로 있는 제 1 저자 Javier E. Moreno가 발견한 사실이다. 옥수수, 수수, 기타 화본과 식물들을 씹어먹는 것을 좋아하고 강낭콩, 감자, 땅콩, 목화, 기타 작물들을 거부하지는 않는 거염벌레 애벌레들은 밀집한 조건이나 이웃이 근접한 것을 감지할 때 식물이 사용하는 광선인, 원적외선에 노출되었을 때 자란 애기장대풀 유묘에서 2배나 빠르게 자란다. 상업적으로 재배되는 많은 작물들처럼 식물학자들에게 실험실 쥐나 다름이 없는 애기장대풀은 그늘에 잘 견디지 못한다.

그러나 그것은 제한된 자원 문제 때문만은 아니다. 더 이상 원적외선에 반응하지 않고 원적외선 광수용체는 정상 수준으로 갖고 있는 돌연변이 애기장대풀 유묘도 여전히 방어 능력이 떨어져 있었다. 좀더 깊이 관찰한 결과 연구자들은 원적외선이 자스몬산염에 대한 식물의 감수성을 감소시켰다는 것을 알아내었다. 자스몬산염 신호를 무시하게 되면서 식물은 방어에 더 이상 투자하지 않게 되면서 자원을 절약하게 되고 동시에 자스몬산염의 생육 억제 효과를 피하게 되는 것이다.

“광합성을 계속할 만큼의 빛이 충분하지 않으면 식물은 에너지가 충분하지 않기 때문에 정교한 방어 전략을 펼칠 수 없게 됩니다.”고 Ballare는 말한다. “그늘 회피 증후군을 방어에 대한 자원 배분 조절과 결부하면 야생에서 자라는 식물들에게 선발상의 큰 이점을 줄 수 있지만 조밀하게 자란 작물들이 해충에 더욱 취약해질 수도 있습니다.”라고 그는 덧붙였다.

캘리포니아 라 졸라 (La Jolla)에 있는 ‘생물학연구를 위한 솔크 연구소’는 독립 비영리 기관으로 생물학에서 기초 발견, 인간 건강 개선, 미래 연구 세대 훈련에 주안점을 두고 있다. 이 연구소의 설립자 Jonas Salk 의학박사는 1955년 소아마비 백신을 개발하여 회색질척수염을 거의 박멸하였다. 그는 샌디애고 시에서 토지를 부여받고 마치 어브 다임스 (March of Dimes)에서 재정 지원을 받았다.

http://greenbio.checkbiotech.org/

제공 : kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2009.03.17 06:59

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