인도 과학 연구소(IISc) 생화학과의 연구원들은 이끼류와 우산이끼류를 포함하는 그룹인 선태식물과 같은 원시 육상 식물의 성장을 조절하는 오랫동안 찾아왔던 메커니즘을 발견했는데, 이 메커니즘은 나중에 꽃을 피우는 식물에서도 유지되었습니다.
Nature Chemical Biology 저널에 발표된 이 연구는 배아식물(육지 식물)의 세포 분열을 억제하는 주요 성장 조절자인 DELLA 단백질의 비정형적 조절에 초점을 맞췄습니다.
흥미롭게도, 약 5억 년 전 육지에 처음 출현한 식물인 선태식물은 식물호르몬인 GA를 생성함에도 불구하고 GID1 수용체가 결핍되어 있습니다. 이는 이러한 초기 육상 식물의 성장과 발달이 어떻게 조절되었는지에 대한 의문을 제기합니다.
연구진은 우산이끼 Marchantia polymorpha를 모델 시스템으로 사용하여 이 원시 식물이 세포 전달 물질인 이노시톨 피로인산(InsP₈)을 생성하는 특수 효소인 MpVIH를 사용하여 지베렐린산이 필요 없이 DELLA를 분해할 수 있다는 것을 발견했습니다.
연구진은 DELLA가 VIH 키나제의 세포 내 표적 중 하나임을 발견했습니다. 또한, MpVIH가 결핍된 식물은 DELLA를 과발현하는 M. polymorpha 식물의 표현형을 모방하는 것으로 나타났습니다.
"이 시점에서 우리는 MpVIH 결핍 식물에서 DELLA의 안정성이나 활성이 증가하는지 여부를 이해하고자 했습니다."라고 Lahey 연구팀의 제1저자이자 대학원생인 프리얀시 라나(Priyanshi Rana)는 말했습니다. 연구진은 자신들의 가설과 일치하게, DELLA를 억제하면 MpVIH 돌연변이 식물의 결함 있는 생장 및 발달 표현형이 유의미하게 회복됨을 발견했습니다. 이러한 결과는 VIH 키나아제가 DELLA를 부정적으로 조절하여 식물의 생장과 발달을 촉진함을 시사합니다.
DELLA 단백질 연구는 녹색 혁명 시대로 거슬러 올라갑니다. 당시 과학자들은 자신도 모르게 이 단백질의 잠재력을 이용하여 고수확 반왜성 품종을 개발했습니다. 당시에는 이 단백질의 작용 원리에 대한 자세한 내용은 불분명했지만, 현대 기술 덕분에 과학자들은 유전 공학을 통해 이 단백질의 기능을 조작하여 작물 수확량을 효과적으로 증가시킬 수 있게 되었습니다.
초기 육상 식물 연구는 지난 5억 년에 걸친 그들의 진화에 대한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, 현생 꽃식물은 지베렐린산 의존적 메커니즘을 통해 DELLA 단백질을 불안정화하지만, InsP₈ 결합 부위는 보존됩니다. 이러한 발견은 시간에 따른 세포 신호 전달 경로의 진화에 대한 통찰력을 제공합니다.
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게시 시간: 2025년 9월 15일