식물의 코 ‘기공’ 움직임 조절하는 단백질 발견

▲ GLR3.1,GLR3.5 칼슘채널이 세포 내 칼슘 및 식물발달에 미치는 영향.

IBS, GLR3.1/GLR3.5 단백질 칼슘채널 식물 생장과 밀접한 관련 있어

식물이 이산화탄소를 받아들이고 산소와 물을 내보내는 통로인 ‘기공’의 움직임을 조절하는 단백질이 발견됐다.

기초과학연구원(IBS)은 식물노화ㆍ수명연구단 곽준명 그룹리더(DGIST 뉴바이올로지 교수) 연구진이 모델식물인 애기장대를 이용해 공변세포에서 ‘GLR단백질(GLR3.1/GLR3.5) 칼슘채널’을 처음 발견했다고 6일 밝혔다.

연구진은 특정 아미노산이 이 칼슘채널을 활성화해 세포로 칼슘이온(Ca2+)을 유입시키는 역할을 하는 것을 전기ㆍ생리학적 방법으로 입증했다.

공변세포는 빛ㆍ수분ㆍ이산화탄소ㆍ온도 등 다양한 조건에 반응해 기공을 열고 닫는 역할을 한다.

공변세포 세포막에 있는 칼슘채널이 열려 칼슘이온이 공변세포 안으로 들어오면 일련의 세포신호 반응을 거쳐 세포 내 삼투압이 떨어지고 공변세포 속 수분이 밖으로 빠져나가 부피가 줄어 기공이 닫히게 되는 것이다.

기공은 식물의 잎 표면에 미세한 구멍으로 평방센티미터(1㎠) 당 수만개씩 있다.

식물은 기공을 통해 광합성에 필요한 이산화탄소를 받아들이고, 광합성 부산물인 산소와 물을 대기 중으로 내 식물이 숨을 쉬는 ‘코’로 불린다.

이러한 기공의 움직임을 조절하는 세포 메커니즘은 식물의 생존과 생장에 필수적이다.

그 중 칼슘이 가장 중요한 작용 인자로 알려졌다.

세포 내 칼슘이온은 동식물 세포 모두에서 보편적으로 사용되는 신호전달 물질로, 공변세포 내 칼슘이온 농도는 특히 기공을 닫는데 관여해 식물의 수분 유출을 막는다.

그러나 공변세포 내 칼슘이온의 통로인 칼슘채널에 대해서는 아직 연구가 많이 진행되지 않았다.

연구진은 GLR 단백질로 이뤄졌을 것이라 추정됐던 새로운 칼슘채널의 존재를 확인하고자 아미노산 20가지를 애기장대 잎에 적용했다.

그 결과, L형 메티오닌(L-Methionine) 아미노산이 GLR3.1과 GLR3.5 단백질로 이루어진 칼슘채널과 반응하는 것을 확인했다.

또 R3.1/GLR3.5 유전자가 정상인 공변세포와 두 단백질의 해당 유전자를 뺀 돌연변이체 공변세포를 만들어 각각 L-메티오닌을 처리하고 관찰하자 정상 공변세포에서는 칼슘이 이동하면서 생기는 전류가 세포막에 흐르는 것을 확인했다.

그러나 두 유전자가 결여된 돌연변이체 공변세포에서는 칼슘의 이동에 따른 전류가 검출되지 않았다.

즉, L-메티오닌이 GLR단백질로 이루어진 칼슘채널을 열리게 해 세포 내로 칼슘이온을 유입하게 하는 것을 증명한 것이다.

이번 연구결과는 6일 셀 (Cell) 자매지인 ‘셀 리포츠 (Cell Reports)’에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@

▲ 곽준명 IBS 식물 노화수명 연구단 그룹리더.