식물은 어떻게 육지를 정복했나

[사이언스 데일리] 5억 년 전 식물이 물 속에서 땅 위로 올라올 수 있게 도와준 핵심적인 유전자가 발견되었다. ANR 유전자는 이끼의 일종으로 실험에 사용되는 육상 식물인 피스코미트렐라 파텐스 (Physcomitrella patens) 에서 ‘극단적인 탈수 상태’ 를 견디는 데 꼭 필요하다.

(2016년 5월 19일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 리즈 대학

녹조류 (스톡 이미지) Green algae (stock image). A new paper explains how the ANR gene is a part of an ancestral molecular pathway that enables anatomically simple plants -- like the first plants to colonize land -- to survive dehydration -- a necessity for the first plants washed up on the fringes of bodies of water (pond slime) to survive on land. Credit: © unicusx / Fotolia

녹조류 (스톡 이미지). 새로 발표된 논문에서 ANR 유전자가 해부학적으로 단순한 식물 — 처음 육상으로 올라온 식물처럼 — 이 탈수상태를 견뎌낼 수 있게 해주는 오래된 분자 경로의 일부라는 것을 설명해 주고 있다. 탈수상태를 견뎌내는 능력은 물가에 떠밀려 올라온 식물이 땅 위에서 살아남는 데 꼭 필요한 것이다. Credit: © unicusx / Fotolia

리즈 대학의 연구에서 5억 년 전 식물이 물 속에서 땅 위로 올라올 수 있게 도와준 핵심적인 유전자가 확인되었다.

ANR 유전자는 이끼의 일종으로 실험에 사용되는 육상 식물인 피스코미트렐라 파텐스 (Physcomitrella patens) 에서 ‘극단적인 탈수 상태’ 를 견디는 데 꼭 필요하다.

리즈 대학 식물과학센터의 연구자들은 ANR 유전자 — 오래된 육상 식물 대부분에서 발견되는 — 가 조상 격인 민물 조류로부터 물려받은 것이라는 것을 알아냈다.

ANR 유전자는 그 이후 속씨식물의 진화 과정에서 사라졌다. 이번 연구결과는 미국 식물학회의 학술지인 ‘식물세포 (The Plant Cell)’ 에 출판되었다.

연구를 이끈 앤드류 커밍 박사의 말이다. “이 유전자가 지금까지 확인되지 않았던 이유는 지금까지 대부분의 연구가 현생 현화식물 (꽃을 피우는 식물) 에 주목했기 때문입니다. 이끼나 녹조류처럼 오래된 식물들은 세계를 바꾼 진화의 비밀을 캐는 데 도움을 주는 ‘타임머신’ 입니다. 식물이 땅을 정복하기 전에 세계는 황무지나 마찬가지였습니다. 육상 식물들이 이 행성을, 그 기후와 지질과 자연사를 변화시킨 것입니다.”

이번 논문에서는 ANR 유전자가 해부학적으로 단순한 식물 — 처음 육상으로 올라온 식물처럼 — 이 탈수상태를 견뎌낼 수 있게 해주는 오래된 분자 경로의 일부라는 것을 설명해 주고 있다. 탈수상태를 견뎌내는 능력은 물가에 떠밀려 올라온 식물이 땅 위에서 살아남는 데 꼭 필요한 것이다.

현재의 속씨식물은 그와 비교해 훨씬 복잡한 해부학적 구조들을 진화시켜 땅 속 깊은 곳에서 물을 끌어올려 식물 전체에 전달할 수 있는 능력을 갖추었으며 그로 인해 더 빠르고 더 크게 성장할 수 있게 되었다.

박사학위 연구 중에 이 유전자를 발견한 션 스티븐슨 박사의 말이다. “유전자 분석에 따르면 ANR 유전자는 식물의 스트레스 호르몬인 ABA 가 보내는 신호를 전달하는 것으로 나타났습니다.”

“ABA 는 식물에게 탈수가 일어나고 있다는 것을 알려주어 탈수현상과 맞서 싸울 수 있는 유전자를 활성화시킬 수 있도록 해줍니다. 이것이 말라붙은 이끼가 종종 스스로를 재생할 수 있는 이유입니다. 속씨식물에서는 ABA 가 잎에서 일어나는 증발을 줄임으로써 수분 손실을 제한할 수 있도록 해주기 때문에 식물이 건조한 환경에서 살아가는데 중요한 요소입니다. 재미있는 것은 수중생활을 하는 조류는 ABA 에 반응할 수 없다는 것입니다. 다음 단계의 연구과제는 어떻게 이 호르몬 신호전달 프로세스가 만들어졌는지를 알아내는 것입니다.”

참고문헌

Andrew C. Cuming et al. Genetic analysis of Physcomitrella patens identifies ABSCISIC ACID NON-RESPONSIVE (ANR), a regulator of ABA responses unique to basal land plants and required for desiccation tolerance. The Plant Cell, May 2016 DOI: 10.1105/tpc.16.00091

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카테고리:번역, 고생대, 사이언스 데일리, 생물학, 식물, 현생

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