식물생리학자 C. Robertson McClung의 시계는 내부적이고, 생체적이며, 24시간을 주기로 하는 리듬으로 작동한다. 생물들은 이 시계에 의존해서 지구의 자전과 지구가 환경에 가하는 반복되는 변화에 보조를 맞춘다. 이런 생체 시계들 덕분에 식물이나 동물은 변화를 예견하고 스스로의 생물학, 행동학, 생화학을 변화시켜서 그런 변화들에 적응한다. McClung은 학예대학에서 ‘패트리시아 에프 앤드 윌리암스 비 헤일 144 (Patricia F. and Williams B. Hale 1944)’ 교수로 있다. 그는 "만약 당신이 광합성 식물이라면 밤새도록 광합성을 하기 위해서 당신의 대사를 재조정해야만 한다"고 말한다.
McClung은 지구 기후 변화에 직면에서 생체 시계가 특히 농업 생산성 측면에서 점점 더 중요해지고 있다고 말한다. 기후가 변하고 있고, 한계 조건을 가진 서식처들을 이용해야 할 필요성이 점점 더 커지고 있는 정황 속에서 시계 기작에 대한 완전한 이해가 작물의 생산성을 개선하기 위한 전략들을 제공해줄 수 있을 것이라고 McClung은 말한다. 생물이 시간을 어떻게 측정하는지 그리고 생물의 생리학과 행동학을 조정하기 위해 그 정보를 이용하는 법을 알 필요가 있다.
물은 생물학적 시계와 기후 변화가 교차하는 경관이다. 농업은 우리의 물을 엄청나게 소비하고 상당량의 미국 농지가 더 더워지고 더 건조해질 것으로 예측된다. 지구 온난화와 관련하여 예측되는 변화에 대한 우리의 현재 이해에 따르면 그렇다. 이런 시나리오 속에서 우리의 수생 자원은 점점 더 희박해질 것이다.
광합성이 일어나는 가스 교환 중에 물이 빠져 나간다. 생물 시계의 통제 하에 주기적으로 열렸다 닫히는 잎 표면에 있는 작은 구멍을 통해 이산화탄소가 들어오고 산소가 나간다. 이 시계를 통제하는 것이 물 보존 수단이 될 수 있을 것이다. McClung은 기공이 시계에 의해 조절된다고 말한다. 여러 가지 시계들이 약간씩 다르게 조절할 수 있기 때문에 최선의 시계를 찾아내어 그것을 미세하게 조정함으로써 물을 잃지 않고도 이산화탄소를 얻는 능력을 최적화시킬 수 있을 것이라고 McClung은 말한다.
물은 식물생리학의 다른 측면에서 두드러진 작용을 한다. 물은 줄기를 통해서 잎으로 움직인다. 이 때 아쿠아포린(aquaporins)이라는 단백질이 관여한다. 아쿠아포린을 해독하는 거대한 유전자 족이 있다. 애기장대에서는 이 유전자 중에서 3분의 1의 발현 주기를 24시간 주기 시계가 지배한다고 McClung이 말한다. 이로 볼 때 시간에 따른 수력학적 전도성을 실질적으로 조절하는 어떤 기작이 있을 것으로 그는 생각한다. 생체시계가 물 이용 효율에 관여하고 있을 것이라는 것이다.
와이오밍, 위스콘신, 미조리 동료들과 함께 McClung은 유채 (Brassica rapa)를 연구해왔다. 국립과학재단로부터 5년간 5백만 달러 이상을 받은 연구팀은 유채의 24시간 주기 시계를 조사하면서 유전성과 물 이용 효율을 조사하고 있다. 연구팀은 물 이용 효율과 관련이 있는 10개의 유전 지역을 지도화했다. 이들은 그 대부분의 유전 지역에서 24시간 모수들을 추적하면서 그 둘 사이에 어떤 고리가 있다고 주장한다. 연구팀은 물 이용 효율을 조작하기 위해서 그 생체 시계를 이용 가능성을 제안하고 있다.
관련 프로젝트에서 McClung은 24시간 주기 길이와 위도 간에 연관을 짓고자 콩을 가지고 일을 할 것이다. 만약 콩에서의 생체 시계를 이해할 수 있다면 물 이용 효율과 수확량 증대를 포함해서 원하는 목표를 달성하기 위해서 그 시계를 조작할 수 있게 될 것이라고 그는 기대하고 있다. McClung은 이런 종류의 기초 연구가 식량 생산 증대에 크게 기여할 것이라고 믿는다.
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C. Robertson McClung 박사가 식물 속에 있는 내부 생물 시계를 지배하는 유전학적 및 생화학적 기작을 연구하고 있다.
키워드 : 기후, 식물생산성, 생물시계
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121116124646.htm 연도: 2012-11-21
제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2012.11.27 23:26
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