염(salt)이 식물(뿌리)생장을 어떻게 정지시키는가

염이 식물(뿌리)생장을 어떻게 정지시키는가

※ 출처 : http://blog.daum.net/bluecoolbreeze/5843428

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2013010458&service_code=03

 

 

 

농업에 있어 한 가지 골칫거리인 염(salt )이 식물의 뿌리 시스템의 성장을 어떻게 정지시키는 아직 확실하지 않다. 그런데, 카네기연구소(the Carnegie Institution)의 딘네이(Jose Dinneny)와 듀안(Lina Duan)이 이끄는 연구팀이 뿌리에서 모든 유형의 세포가 균일하게 방해 받지 않는다는 것을 발견했다. 이 팀은 식물체를 지지하는 지근(또는 측근branching roots)의 내피 조직이 염에 민감하며, 스트레스 호르몬을 활성화시켜서 뿌리 생장을 정지시킨다는 것을 발견했다. 학술지 The Plant Cell 의 최근호에 실린 이 연구 결과는 스트레스 반응에 대한 이해와 염 내성 작물(salt-resistant crop)의 개발에 중요하다. 관계 토양(irrigated soils)에서 물은 증발되고 염이 남기 때문에 염이 축적된다. 개발도상국뿐만 아니라 캘리포니아 같은 지역을 비롯하여 약 2억 에이커(약 8천만 헥타르)에 달하는 경작지에서 작물이 염도(salinity)의 영향을 받는 것으로 미국은 추산한다. 그리고, 딘네이의 설명에 따르면, 식물이 스트레스가 많은 환경을 극복하는 방법을 이해하는데 있어 가장 중요한 한 개의 퍼즐 조각은 스트레스 요인이 생장에 영향을 미치는 때와 장소를 아는 것이다. 뿌리는 그의 환경과 긴밀하게 관련되며, 고도로 복잡한 갈래의 네트워크를 발달시켜 식물의 토양 개척을 가능하게 한다. 그리고,지근은 주근으로부터 수평으로 신장해 나오고 물과 양분의 흡수에 중요하다. 이 연구팀은 겨자(mustard )의 사촌인 모델 식물 애기장대(Arabidopsis)의 어린 묘(seedlings)를 기르고, 주문 제작한 이미지화 시스템을 사용하였는데, 이 시스템은 염분 반응(the salt response)이 일어나는 동안 뿌리 신장의 동적 프로세스(dynamic process)를 관찰하기 위한 수단이었다. 뿌리 신장을 실시간으로 추적할 수 있는 이 시스템으로, 연구팀은 염분이 도입되면, 지근이 휴면상태(dormant phase of growth)로 되는 것을 관찰할 수 있었다. 그리고, 휴면이 어떻게 조절되는지를 밝히기 위해서, 듀안은 이 과정에 있어서 서로 다른 식물 호르몬이 하는 역할을 조사하였고, 앱시스산(Abscisic Acid)이 핵심 신호화 분자라는 것을 발견했다. 동물이 외부의 도전에 직면하여 투쟁 또는 도주 전략(fight or flight strategy)을 어떻게 구사하는지에 대해 우리는 친숙하다. 그러나 도망갈 수는 없는 식물은 대신, 위험한 영토에 어느 정도로 커 들어 갈지를 조절할 수 있다는 것이 딘네이의 해석이다. 가뭄이나 염이 많은 환경에 식물이 노출될 때 생성되는 스트레스 호르몬인 앱시시산이 투쟁이나 도망이냐에 해당하는 식물의 조절 물질인 것으로 밝혀진 것이다. 그 리고, 앱시스산이 생장을 조절하는 방법을 이해하기 위해서, 연구팀은 뿌리의 서로 다른 조직 층(tissue layers)에서 이 호르몬에 대한 반응을 저해하는 전략을 고안했다. 즉, 이 호르몬에 대한 반응이 뿌리의 서로 다른 층에서 억제되는 몇 가지 돌연변이체를 개발했다. 그리고, 염에 대한 반응의 상당 부분이 단일 세포 층이 이 호르몬을 어떻게 감지하느냐에 의존한다는 것을 발견했다. 라이브 영상 (live imaging)으로 인해서, 연구팀은 돌연변이체들의 뿌리 생장에 어떤 일이 일어나는지를 관찰할 수 있었다. 흥미롭게도, 내피(endodermis)로 불리는 뿌리의 ‘안쪽 피부 (inner-skin)’가 그 과정에 가장 핵심이었다. 이 조직 층은 토양 환경으로부터 뿌리 시스템으로 어떤 물질이 유입될 수 있는지를 제한하는 반투성 경계 (semipermeable barrier)처럼 작용하기 때문에 특히 중요하다고 한다. 즉, 내피가 토양에서 물질들에 대한 필터로 작용하는 것 이외에, 앱시스산과 함께, 식물이 위험한 환경에서 생장하지 못하게 하는 경계병의 역할도 한다는 것이다. 농 지의 관계가 토양 염도(soil salinity)에 주요 기여자(contributor)이며, 그리고 기후 변화에 따른 해수면이 상승됨에 따라, 식물, 특히 작물이 염에 반응하는 방식에 대한 이러한 이해는 해안지대와 같이 염분이 더 많은 토양에서 자랄 수 있는 변이체 식물의 개발로 이어질 수 있을 것이라고 한다. 녹색형광이 지근의 내피층을 표시.jpg http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-01/ci-bhs012313.php

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