식물 꽃잎이 떨어지는 원리 밝혀냈다…농작물 수확량 늘리거나 식량생산 증대에 기여

IBS·DGIST 연구진, 식물의 탈리 현상 조절하는 리그닌 규명

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 꽃잎이 떨어지는 탈리현상 메카니즘. 이탈세포에는 벌집구조 형태의 리그닌이 형성되고 식물 본체의 잔존세포에는 큐티클 보호막이 형성돼 있다.2018.05.03(사진=기초과학연구원 제공) [email protected]

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 국내연국진이 식물의 발달 및 노화과정 연구를 통해 꽃잎이 떨어지는 원리를 밝혀냈다.

기초과학연구원(IBS)은 곽준명 대구경북과학기술원(DGIST) 교수와 이유리 IBS 식물 노화·수명연구단 연구위원이 식물의 발달과 노화과정에서 리그닌(Lignin)이라는 물질을 만들어 꽃잎이나 나뭇잎이 떨어져야 할 정확한 위치에서 잎을 떨어뜨린다는 사실을 규명했다고 4일 밝혔다.
 
 리그닌(Lignin)은 식물의 목질부를 구성하는 고분자 화합물로 식물 세포벽에 기계적 강도를 부여하며 셀룰로오스 다음으로 많은 목재 중량을 차지하고 있다.
 
이번 연구성과는 국제학술지 ‘셀’(Cell, IF 30.41)의 온라인 판에 5월4일자로 게재됐다. 논문명은 A Lignin Molecular Brace Controls Precision Processing of Cell Walls Critical for Surface Integrity in Arabidopsis이다.

공동 연구팀은 애기장대를 이용한 이번 연구에서 식물의 꽃이나 열매 등 식물기관이 본체와 분리되는 현상인 탈리가 일어나는 경계에 이웃하는 두 세포(식물에서 떨어져 나가는 이탈세포와 식물 본체에 남는 잔존세포) 중 이탈세포에서만 리그닌이 형성돼 꽃잎을 식물의 본체로부터 정확한 위치에서 떨어지게 하는 울타리 역할을 수행한다는 것을 확인했다.

 이를 통해 연구팀은 리그닌이 이웃하는 세포 사이를 분리시키는 세포벽 분해효소가 꽃잎이 탈리되는 경계선 위치에만 밀집되게 하고 주변 세포들로 퍼지지 않도록 조절하는 역할을 한다는 것을 밝혀냈다.

또 리그닌이 육각형의 벌집구조를 형성해 기능을 발휘하는데 최적인 구조를 가지고 있는 것도 발견했다.

 연구팀에 따르면 리그닌의 울타리 역할 덕분에 식물은 탈리가 일어나야 할 정확한 위치에서 잎을 분리할 수 있고 꽃잎이 떨어진 단면에 큐티클 막이 형성되면서 외부 세균의 침입으로부터 식물을 보호해 생존력을 높인다.

연구팀은 이번 연구에서 새롭게 발견한 리그닌의 역할과 탈리 메커니즘을 응용해 탈리 현상을 촉진하거나 억제하는 화합물을 찾는 후속 연구의 기반을 마련했다고 의미를 부여했다.

 특히 탈리 현상 조절로 낙과로 인한 식량 작물의 손실을 줄이거나 잎의 탈리를 조절해 수확량을 늘리는 등 식량 생산 증대에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 곽준명 교수는 "리그닌이 이탈세포에서 형성돼 더 이상 필요하지 않는 조직을 정확히 이탈시켜 식물의 생존에 기여하는 중요한 역할을 한다는 것과 탈리 경계의 두 이웃세포의 협업 메커니즘을 밝힌 것이 이번 연구의 성과"라며 "작물의 꽃과 종자, 과일이 떨어지는 것을 조절해 식량 생산 증대를 도모할 수 있을 것으로 본다"고 말했다.

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