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식물은 이렇게 늙는다...노화 속도 조절 메커니즘 발견

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2018년 05월 24일 12:17 프린트하기

GIB 제공
GIB 제공

식물 역시 늙고 병들고 결국 죽음을 맞이한다. 국내 연구팀이 식물의 노화에 관계하는 핵심 유전자와 작용 시스템을 최초로 규명했다.

 

기초과학연구원(IBS)은 24일 “애기장대의 노화 속도에 관계하는 유전자를 찾았으며, 이들 간의 발현 조절 과정을 네트워크 시스템으로 분석하는데 성공했다”고 밝혔다.

 

사진은 꽃잎과 꽃받침 등이 떨어진 애기장대의 사진.
사진은 꽃잎과 꽃받침 등이 떨어진 애기장대의 사진.

식물 노화는 다양한 유전자의 발현을 통해 생성되고 사라지는 단백질의 역동적 작용으로 이뤄진다. 개별 유전자 연구 및 그 유전자로 만들어지는 단백질이 무엇인지 찾는 연구로는 전체 과정의 이해에 한계가 있었다.

 

연구팀은 유전자에 형광물질을 처리해 발현 정도와 움직임을 보는 방법으로 유전자 간 역동적 상호작용을 관찰, 노화와 관계된 49종의 후보 유전자군을 추적했다. 이렇게 모은 데이터를 네트워크 형태로 분석했다.

 

(A)애기장대 생의 주기별 NAC 유전자간의 상호작용의 네트워크를 분석했다. 주황색은 유전자간 서로 발현을 촉진하는 것이며, 파랑색은 억제하는 것이다. (B) 잎이 피고 18일이 지난 뒤 NAC 유전자 서로 간의 발현이 촉진(주황색선)되는 연결성이 커졌다.</br
>이들 유전자가 함께 발현되면 노화가 시작된다는 설명이다.-기초과학연구원 제공
(A)애기장대 생의 주기별 NAC 유전자간의 상호작용의 네트워크를 분석했다. 주황색은 유전자간 서로 발현을 촉진하는 것이며, 파랑색은 억제하는 것이다. (B) 잎이 피고 18일이 지난 뒤 NAC 유전자 서로 간의 발현이 촉진(주황색선)되는 연결성이 커졌다.
이들 유전자가 함께 발현되면 노화가 시작된다는 설명이다.-기초과학연구원 제공

그 결과 NAM와 ATAF, CUC라는 세 가지 유전자군이 식물 노화에 핵심 유전자임을 발견, 이를 ‘NAC 트로이카’라 명명했다. 연구팀은 NAC 트로이카가 서로의 발현을 억제하다가 애기장대의 잎이 생긴지 약 18일이 지나면 서로 발현이 일어나도록 상호작용을 시작해 노화가 촉진됨을 발견했다. NAC 트로이카의 상호작용이 발현 ‘억제’에서 ‘촉진’으로 방향성이 바뀔 때 식물의 노화가 본격적으로 일어난다는 것이다.

 

연구팀은 NAC 트로이카 중 하나씩 선택적으로 제거한 유전자 변이체를 만들어 변화를 관찰한 결과, 이들이 발현되면 노화를 촉진하는 활성산소(ROS)와 살리실산(SA)의 농도가 크게 증가하는 것을 증명했다.

 

황대희 IBS 식물노화수명연구단 부연구단장(현 DGIST 뉴바이올로지전공 교수)은 “NAC 유전자의 전사조절 네트워크를 통해 상호작용 방식을 알아냈다”며 “시간에 따른 식물의 노화 진행을 보다 역동적인 시스템으로 규명할 수 있을 것 ”고 말했다.

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