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식물 뿌리가 장애물 회피하는 원리 찾았다

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식물 뿌리가 장애물 회피하는 원리 찾았다

2019.12.17 14:26
뿌리의 장애물 회피 과정 동안 식물 내부에서 나타나는 옥신을 현미경으로 촬영했다. 녹색이 옥신, 붉은색이 뿌리 세포다. 생명연 제공.
뿌리의 장애물 회피 과정 동안 식물 내부에서 나타나는 옥신을 현미경으로 촬영했다. 녹색이 옥신, 붉은색이 뿌리 세포다. 생명연 제공.

국내 연구진이 식물 뿌리가 자신의 성장 방향을 조절해 장애물을 회피하는 원리를 규명했다. 식물이 어떻게 물리적 자극을 인식해 반응하는지를 밝혀내는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

 

한국생명공학연구원은 이효준 식물시스템공학연구센터 선임연구원 연구팀이 식물 성장 호르몬 재분배에 따른 뿌리의 장애물 회피 원리를 규명하고 식물학 분야 학술지 ‘뉴 파이톨로지스트(New Phytologist)’에 발표했다고 17일 밝혔다. 

 

식물의 뿌리가 땅 속에서 장애물을 만났을 때 이를 어떻게 효율적으로 회피하는지에 대해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 식물의 뿌리는 장애물이 많은 환경에서도 이를 피해 땅 속으로 파고 들어간다. 식물이 장애물과 만났을 때 ‘터치 자극’이 생기는데 이에 대한 연구는 초기 단계다. 터치 자극은 식물이 다른 물체와 물리적인 접촉이 일어났을 때 발생하는 식물 내 신호를 말한다. 

 

연구팀은 식물 성장 호르몬 ‘옥신’이 뿌리 내에서 빠르게 재분배돼 장애물을 만났을 때 뿌리가 한쪽 방향으로 휘어지게 한다는 사실을 발견했다. 옥신의 재분배는 옥신을 이동시키는 ‘PIN 단백질’에 의해 이뤄지며 이 과정이 뿌리가 장애물과 만난 뒤 1시간 내에 시작된다는 사실도 밝혔다. PIN 단백질을 활성화시키는 데는 식물이 터치 자극을 받았을 때 활성화되는 칼슘 신호가 역할을 한 것으로 분석됐다. 

뿌리가 장애물에 닿는 터치가 발생하면 칼슘 신호가 발생한다. 아직 원리는 알 수 없지만, 이 현상이 PIN 단백질을 활성화시켜 옥신 호르몬을 이동시키고 첫번째 휘어짐이 생긴 뒤 휘어진 뿌리는 중력의 영향으로 옥신의 재분배가 이루어지며, 이로 인해 두 번째 휘어짐이 발생한다. 휘어진 뿌리는 계단 모양을 유지하며 장애물의 끝에 다다를 때까지 장애물을 탐색하며 성장한다. 생명연 제공.
뿌리가 장애물에 닿는 터치가 발생하면 칼슘 신호가 발생한다. 아직 원리는 알 수 없지만, 이 현상이 PIN 단백질을 활성화시켜 옥신 호르몬을 이동시키고 첫번째 휘어짐이 생긴 뒤 휘어진 뿌리는 중력의 영향으로 옥신의 재분배가 이루어지며, 이로 인해 두 번째 휘어짐이 발생한다. 휘어진 뿌리는 계단 모양을 유지하며 장애물의 끝에 다다를 때까지 장애물을 탐색하며 성장한다. 생명연 제공.

이효준 선임연구원은 “아직 명확하게 규명하지 못한 식물의 물리 자극 인지 분야에 실마리를 제공할 수 있는 발견”이라며 “식물의 물리 자극은 덩굴성 식물의 행동, 뿌리의 장애물 회피, 해충피해 저감 등과 관계가 깊어 원리를 밝힌다면 다양한 농업 형질을 향상시킬 수 있고 식물의 환경 적응 원리에 대한 이해도를 높일 것”이라고 밝혔다. 

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