식물 뿌리가 장애물을 피하는 원리
식물 뿌리가 장애물을 피하는 원리
  • 강지희
  • 승인 2019.12.17 17:40
  • 조회수 4554
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뿌리, 스스로 장애물 피할 수 있다. 출처: pixabay
뿌리, 스스로 장애물 피할 수 있다. 출처: pixabay

한국생명공학연구원(생명연) 식물시스템공학연구센터 이효준 박사 연구팀이 뿌리가 자신의 성장 방향을 조절해 장애물을 회피하는 원리를 규명했습니다. 이는 향후 식물이 어떻게 물리 자극을 인식해 반응하는 지 밝히는데 중요한 단서가 될 전망입니다. 해당 연구 논문은 <New Phytologist>에 게재됐습니다.

 

뿌리의 독특한 특징

뿌리가 장애물을 회피하고 있는 사진. 출처:
뿌리가 장애물을 회피하고 있는 사진. 출처: 한국생명공학연구원

뿌리는 흙 속에서 장애물을 피해 땅 밑으로 성장합니다. 심지어 식물의 뿌리는 장애물이 많은 환경에서도 이를 피해 땅 속으로 파고 들어갑니다. 이 과정에서 식물이 장애물과 만났을 때 터치 자극이 발생니다. 식물의 뿌리는 터치와 같은 물리적 자극을 받으면 빠른 시간 내에 칼슘 신호를 발생시킵니다. 하지만 이러한 초기 반응이 결과적으로 식물의 행동과 성장 정도에 어떤 영향을 끼치는 지에 대해서는 미지수였습니다. 뿌리가 장애물을 만나고 이를 회피하는 과정에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았던 거죠. 물론 뿌리가 장애물을 인식할 가능성이 제기된 연구는 있었습니다. 하지만 장애물을 회피하는 게 단순히 뿌리 성장에 의한 수동적인 반응인지 아니면 장애물 회피를 위한 적극적인 반응인 지는 알려져 있지 않았습니다.

 

뿌리는 환경 요소에 매우 민감합니다. 빛과 중력, 물, 영양분 등에 반응해 이득이 되는 쪽으로 휘어지고, 방해가 되는 반대쪽으로 휘어진다고 알려져 있었습니다. 이러한 과정에서 식물 성장 호르몬인 옥신이 관여되는데요. 하지만 척박한 환경에서 자라기 위한 필수 조건인 '장애물 회피' 기작에 있어서 옥신이 어떤 역할을 하는 지 알려져 있지 않았습니다.

  • 터치자극? 

식물이 다른 물체와 물리적인 접촉이 일어났을 때 발생하는 식물 내 신호를 말합니다. 인간의 촉각과 유사합니다. 

 

  • 옥신?

식물 성장 호르몬입니다. 줄기에서는 성장을 촉진시키지만 뿌리에서는 뿌리 세포의 길이 신장을 억제하는 것으로 알려졌죠. 이러한 호르몬의 특징은 식물이 환경 신호에 의해 휘어지는 현상에 주로 관여하도록 만듭니다.

'옥신'으로 터치 자극 원리 밝히다

뿌리의 장애물 회피 과정 동안 식물 내부에서 나타나는 옥신의 분포를 형광현미경으로 촬영한 사진 (녹색부분 옥신, 붉은 색 뿌리 세포).
뿌리의 장애물 회피 과정 동안 식물 내부에서 나타나는 옥신의 분포를 형광현미경으로 촬영한 사진 (녹색부분 옥신, 붉은 색 뿌리 세포). 출처: 한국생명공학연구원

연구팀은 식물 성장 호르몬 '옥신'이 뿌리 내에서 빠르게 재분배돼 장애물을 만났을 때 뿌리가 한쪽 방향으로 휘어지게 한다는 사실을 발견했습니다. 연구팀은 옥신의 재분배가 옥신을 이동시켜주는 단백질(PIN 단백질)에 의해 이루어지며 이 과정이 뿌리가 장애물과 만난 뒤 1시간 이내 시작된다는 것을 밝혔습니다. 

뿌리의 장애물 회피 원리 모식도. 출처: 한국생명공학연구원

또한 식물이 터치 자극을 받았을 때 칼슘 신호가 활성화되는데요. 연구팀은 이 칼슘 신호가 PIN 단백질에 의한 옥신 재분배를 유도한다는 사실을 밝혔습니다. 이를 통해 연구팀은 최초로 물리 자극과 식물 호르몬과의 접점을 규명했습니다.

 

이번 연구를 주도한 이효준 박사는 "현재 규명하지 못한 식물의 물리자극 인지 분야에 실마리를 제공할 수 있는 발견"이라며 "식물의 물리자극은 덩굴성 식물의 행동, 뿌리의 장애물 회피, 해충피해 저감 등과 관계가 깊어 이에 대한 원리를 밝힌다면 다양한 농업적 형질을 향상시킬 수 있다"라고 전했습니다. 덧붙여 "식물의 환경 적응 원리에 대한 이해도를 높일 수 있을 것"이라고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 


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