환경에 따라 식물의 성장속도가 달라지는 이유가 밝혀졌다. 기후변화에도 적응할 수 있는 작물을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
미국 솔크 생물학 연구소 연구팀이 식물이 빛과 기온에 따라 성장 속도가 달라지는 분자생물학적 원리를 밝혀내고 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 8월 29일자에 발표했다.
식물은 환경에 따라 성장 속도가 달라진다. 울창한 숲에서 자라는 나무는 길이를 높이는 데 주력하고, 듬성듬성한 숲에서 자라는 나무는 가지를 넓게 뻗는다. 모두 햇빛을 효율적으로 받기 위한 전략이다. 이런 현상은 수백 년 전부터 알려져 있었지만 정확한 이유는 알지 못했다.
조앤 초리 솔크 생물학 연구소 교수는 식물이 경쟁하는 조건을 만들기 위해 작물 밀도를 높이고, 기후변화가 온 것처럼 기온을 높인 뒤 애기장대, 토마토, 담배 등 세 종의 식물 성장 속도를 비교했다. 그 결과 세 종 모두 주변 식물에게 가려질수록, 온도가 따뜻할수록 성장 속도가 빨랐다.
연구팀은 빠르게 자란 식물과 대조군의 단백질 발현을 비교한 결과 이 현상에 전사인자 'PIF7'이 관여한다는 사실을 발견했다. 전사인자는 유전자 발현을 조절하는 단백질이다. 주변이 식물로 가득 차 있어 경쟁적으로 줄기를 키워야 하고 온도가 평소보다 따뜻한 상황에서는 PIF7 단백질이 증가했다. 이는 식물의 성장호르몬인 옥신을 유도해 식물의 키가 커졌다.
반면 기존 연구를 통해 온도가 오르면 줄기 성장을 촉진하는 것으로 알려진 전사인자 PIF4는 '높은 온도'와 '경쟁적 상황'이 결합된 조건에서는 관여하지 않았다. 논문의 제1저자인 요게브 부르코 솔크 생물학 연구소 박사후연구원은 "이미 식물 생장에 중요한 역할이 입증된 PIF4가 별다른 역할을 하지 않는다는 사실이 놀라웠다"며 "다양한 작물에서 성장반응을 미세 조정해 기후변화에 적응하는데 도움이 되길 바란다"고 말했다.
이번 연구는 미국 솔크 생물학 연구소가 추진 중인 하네싱 플랜트 이니셔티브(HPI)의 일환으로 수행됐다. HPI는 식물을 이용해 기후변화에 대처하자는 전략이다. 탄소 흡수원 역할을 하는 습지를 보전하고 대기 중 이산화탄소를 땅속 깊이 저장할 수 있는 작물을 개발하는 연구를 진행하고 있다.
이니셔티브를 주도하는 조앤 초리 솔크 생물학 연구소 교수는 "지구 온도가 상승하고 있으므로 새로운 조건에서 번성할 수 있는 식량용 작물이 필요하다"며 "따뜻한 기온에서 식물 성장을 조절하는 핵심 요소는 미래 세대를 위한 더 나은 작물을 개발하는데 도움이 될 것"이라고 말했다.
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- 이영애 기자yalee@donga.com