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낮과 밤 감지하는 식물 유전자가 잎 노화 조절한다

송고시간2018-08-05 12:00

기초과학연구원 "일주기 시계 유전자 통해 노화 컨트롤"

일주기 시계 유전자(PRR9)의 노화 조절 유전자(ORE1) 조절 경로와 기존 애기장대 잎 노화 조절 메커니즘 네트워크 설명도 [IBS 제공=연합뉴스]

일주기 시계 유전자(PRR9)의 노화 조절 유전자(ORE1) 조절 경로와 기존 애기장대 잎 노화 조절 메커니즘 네트워크 설명도 [IBS 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 기초과학연구원(IBS) 식물 노화·수명 연구단은 식물 생체시계 시스템이 노화 유전자 발현에 영향을 미쳐 잎의 구조와 기능을 조절한다는 사실을 규명했다고 5일 밝혔다.

식물에는 하루 24시간 주기를 감지하는 일주기 생체시계 유전자가 있다.

이 유전자는 언제 잎을 펼치고 꽃을 피울지 등 생애에 중요한 시기를 결정한다.

IBS 연구팀은 애기장대를 이용해 실험을 진행했다.

이를 통해 식물 일주기 생체시계를 담당하는 여러 유전자 중 아침에 활성화하는 'PRR9'(PSEUDO-RESPONSE REGULATORS 9)라는 유전자가 식물 노화 핵심 유전자 '오래사라1'(ORESARA1) 발현에 중요한 역할을 수행한다는 사실을 알아냈다.

오래사라1은 남홍길 IBS 식물 노화 ·수명 연구단장 연구팀이 2009년 애기장대 연구를 통해 찾아내 이름 붙인 노화 관련 유전자 3개 중 하나다.

'수많은 유전자 중 오래 살게 하는 유전자군'이라는 의미를 담았다.

생체시계 유전자 돌연변이의 잎 노화 표현형. 잎이 생성된 후 20일부터 노화해 노랗게 변하는 현상(yellowing)을 살핀 결과, 야생형(Col-0)과 비교해 elf3-7, elf4-209, lux-2 같은 돌연변이는 노화가 빨라진 것을 확인했다. 반면 cca1-11, prr7-3, prr9-1, toc1-101, gi-2 같은 돌연변이는 노화가 지연되는 현상을 보였다. 이를 통해 생체시계가 잎 노화 조절에 밀접하게 관련하고 있다는 점을 확인할 수 있었다고 연구진은 설명했다. [IBS 제공=연합뉴스]

생체시계 유전자 돌연변이의 잎 노화 표현형. 잎이 생성된 후 20일부터 노화해 노랗게 변하는 현상(yellowing)을 살핀 결과, 야생형(Col-0)과 비교해 elf3-7, elf4-209, lux-2 같은 돌연변이는 노화가 빨라진 것을 확인했다. 반면 cca1-11, prr7-3, prr9-1, toc1-101, gi-2 같은 돌연변이는 노화가 지연되는 현상을 보였다. 이를 통해 생체시계가 잎 노화 조절에 밀접하게 관련하고 있다는 점을 확인할 수 있었다고 연구진은 설명했다. [IBS 제공=연합뉴스]

PRR9은 이른바 투트랙으로 직·간접적인 관여를 했다.

곧바로 오래사라1 유전자를 활성화하는 동시에 오래사라1 유전자 발현을 막는 마이크로 RNA를 억제하기도 했다.

PRR9 유전자가 오래사라1 유전자를 직접 활성화하는 경우, 일주기 리듬에 따라 오래사라1 유전자 발현 정도 또한 하루 단위 안에서 진동 형태 주기를 보였다.

예컨대 PRR9 유전자가 아침 해가 뜬 뒤로 1시간 후에 활성화하면, 이에 영향을 받은 오래사라1 유전자는 그로부터 3시간 정도 후에 활발해진다.

노화 유전자가 일주기 생체시계 영향을 받는다는 뜻이다.

이런 생체시계 회로를 통해 식물 잎은 노화를 더 미세하게 조절한다고 연구팀은 설명했다.

남홍길 연구단장은 "24시간 주기로 진동하는 일주기 리듬을 지닌 생체시계가 노화를 조절하는 생애 시계에 관여하고 있음을 시사한다"고 말했다.

남홍길 IBS 식물 노화·수명 연구단장 [IBS 제공=연합뉴스]

남홍길 IBS 식물 노화·수명 연구단장 [IBS 제공=연합뉴스]

이번 연구는 단순한 시간 흐름에 따른 노화가 아니라 일주기 리듬에 맞춘 세밀한 노화 메커니즘을 규명한 것에 의의가 있다고 IBS 측은 강조했다.

성과를 담은 논문은 미국 동부시간 기준 7월 30일에 미국 국립과학원회보 온라인판에 실렸다.

walden@yna.co.kr

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