한국콩연구회

해외과학 기술 동향

2014-09-21

콩과 식물은 척박한 땅에서도 잘 자라고 사람에게 주요한 많은 양의 콩을 생산할 수 있는데, 그 이유는 대부분의 콩과 식물이 대기 중의 질소를 고정하여, 영양소 암모니아를 숙주 식물에게 공급할 수 있는 근류균(rhizobia )이라는 세균과 공생관계를 가질 수 있기 때문이다.

이들 식물은 그의 뿌리에 뿌리 혹(nodules)이라는 공생 기관을 만들 수 있다. 그러나 이 뿌리 혹이 너무 많이 만들어지면, 식물의 생장에 오히려역 효과를 가져올 수 있는데, 그 이유는 과도한 뿌리 혹을 유지하는데 드는 에너지가 너무 많기 때문이다. 그러므로, 콩과 식물은 뿌리 혹의 수를 정적하게 유지하는 메커니즘을 가지고 있어야 하는 데, 이 시스템에 대한 이해는 거의 이루어지지 않고 있다.

국립기본생물학 연구소(National Institute for Basic Biology)의 대학원생 사가키(Takema Sasaki)와 가와구찌(Masayoshi Kawaguchi) 교수 등은, 식물 모델 Lotus japonicus를 이용하여, 식물 호르몬의 한 종류인 사이토키닌(cytokinins)이 적정 수의 뿌리 혹 유지에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔다. 이번 연구 결과는 학술지 Nature Communications 에 “줄기 유래 사이토키닌이 뿌리 혹 형성을 체계적으로 조절한다(Shoot-derived cytokinins systemically regulate root nodulation)”는 제목으로 실렸다.

선행 연구에서 뿌리 혹의 수는 지하 부의 근균 감염 뿌리(rhizobia-infected roots)에 의해서 조절될 뿐만 아니라 지상부의 잎도 깊이 관여한다는 것이 확인되었다. 뿌리 혹의 현재 상황을 나타내는 정보가 글리코펩티드(glycopeptides )에 의해 뿌리에서 잎으로 전송된다. 이에 반해, 뿌리 혹 수의 조절을 위해 뿌리에서 잎으로 정보의 피드백(fed-back)이 이루어지고 있다는 것은 알려져 있지만, 어떤 성분이 이 피드백 시그널을 수송하는지에 대해서는 지금까지 밝혀지지 않았었다. 그런데 이번 연구에서 잎에서 만들어진 사이토키닌이 원거리의 뿌리까지 수송되고, 그곳에서 뿌리 혹 형성을 조절한다는 것이 확인되었다.

사가키 씨는 38가지 서로 다른 식물 내부의 호르몬을 분석하여, 사이코키닌의 새로운 기능을 발견할 수 있었다고 한다. 가와구찌 교수는 그 장거리 신호화 분자가 사이토키닌이 될 것이라는 생각은 전혀 못했다고 한다. 이번 발견은 근균과 콩과 식물의 공생적 균형에 대한 이해에도 중요한 의미가 있을 뿐만 아니라 식물 호르몬에 대한 이해도 크게 진전시켰다고 한다.

키워드 : 사이토키닌, 뿌리혹 형성, 콩과 식물

출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

원문: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-09/nion-lcf091914.php