< 뿌리의 장애물 회피 원리 모식도 >
뿌리가 장애물에 닿는 터치가 발생하면 칼슘 신호가 발생함. 아직 원리는 알 수 없지만, 이 현상이 PIN 단백질을 활성화시켜 옥신 호르몬을 이동시킴.
이후 부분적인 옥신 축적이 첫 번째 휘어짐을 발생시킴. 휘어진 뿌리는 중력의 영향으로 옥신의 재분배가 이루어지며, 이로 인해 두 번째 휘어짐이 발생.
휘어진 뿌리는 계단 모양을 유지하며 장애물의 끝에 다다를 때까지 장애물을 탐색하며 성장함.

 - 식물 성장 호르몬 재분배에 의한 뿌리의 장애물 회피 원리 규명
 - 식물의 환경 적응 원리에 대한 이해도 제고 및 농업적 형질 향상에 적용 기대


□ 순수 국내연구진이 뿌리가 자신의 성장 방향을 조절하여 장애물을 회피하는 원리를 규명하였다. 이는 향후 식물이 어떻게 물리 자극을 인식하여 반응하는 지 밝힐 수 있는 초석이 될 것으로 기대된다.

 ㅇ 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 식물시스템공학연구센터 이효준 박사팀(교신저자/제1저자: 이효준 박사)이 수행한 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 식물학 분야의 세계적 저널인 뉴 파이톨로지스트(New Phytologist)에 발표되었다.     

     (논문 및 저널명 : PIN-mediated polar auxin transport facilitates root-obstacle avoidance(New Phytologist, IF7.23), 첨부파일 참조)

□ 식물의 뿌리가 장애물을 만났을 때 이를 어떻게 효율적으로 회피하는 지에 대해 아직까지 알려져 있지 않았다. 

 ㅇ 식물의 뿌리는 장애물이 많은 환경에서도 이를 피해 땅 속으로 파고 들어가는데, 이 과정이 매우 효율적으로 알려져 있다. 이 과정에서 식물이 장애물과 만났을 때 터치 자극*이 발생하는데, 이에 대한 연구는 초기 단계에 머물러 있고, 터치 자극이 뿌리에서 어떤 방식으로 작동하는 지에 대해 알려져 있지 않았다.

     * 터치자극 : 식물이 다른 물체와 물리적인 접촉이 일어났을 때 발생하는 식물 내 신호. 인간의 촉각과 유사

□ 연구팀은 식물 성장 호르몬 ‘옥신’이 뿌리 내에서 빠르게 재분배되어 장애물을 만났을 때 뿌리가 한쪽 방향으로 휘어지게 한다는 사실을 발견하였다.

 ㅇ 연구팀은 옥신의 재분배가 옥신을 이동시켜주는 단백질(PIN 단백질)에 의해 이루어지며, 이 과정이 뿌리가 장애물과 만난 뒤 1시간 이내 시작된다는 것을 밝혔다.

 ㅇ 또한 식물이 터치 자극을 받았을 때 칼슘 신호가 활성화되는데, 이 칼슘 신호가 PIN 단백질에 의한 옥신 재분배를 유도한다는 사실을 밝혀 최초로 물리 자극과 식물 호르몬과의 접점을 규명하였다.

□ 연구책임자인 이효준 박사는 “현재 규명하지 못한 식물의 물리자극 인지 분야에 실마리를 제공할 수 있는 발견”이라며, “식물의 물리자극은 덩굴성 식물의 행동, 뿌리의 장애물 회피, 해충피해 저감 등과 관계가 깊어, 이에 대한 원리를 밝힌다면 다양한 농업적 형질을 향상시킬 수 있으며 식물의 환경 적응 원리에 대한 이해도를 높일 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 ㅇ 또한 본 연구는 굴광성과 굴중성의 원리를 밝힌 해당 분야 최고 권위자인 지리 프리믈(Jiri Friml)에 의해 특별 해설(Commentary) 형식으로 소개되었다.

     (논문명 : Auxin guides roots to avoid obstacles during gravitropic growth)


<그림 설명>

- 그림 1. 

  
  뿌리가 장애물에 닿기 전 (a), 첫 번째 휘어짐 (b), 두 번째 휘어짐 (c)에서 나타나는 옥신의 뿌리 내 분포도 


- 그림 2. 장애물 회피 유전자 규명

  
  여러 종류의 PIN 유전자 중 PIN2 의 기능이 망가진 pin2 돌연변이 식물만 장애물 회피 기작이 망가짐