“식물 낮과 밤 인지하는 ‘일주기 시계’, 잎 노화 조절한다”

IBS 식물 노화·수명 연구단 주도

식물이 하루(24시간 주기)를 인지하도록 하는 일주기 생체시계 유전자(DNA)가 주요 노화 유전자 발현에도 영향을 미쳐 잎의 노화를 조절한다는 사실을 기초과학연구원(IBS) 식물 노화·수명 연구단이 규명했다. 일주기 생체시계와 노화 유전자 발현과의 상관관계를 구체적으로 규명한 연구는 이번이 처음이다.

5일 연구진에 따르면 식물은 하루 주기를 인지하는 일주기 생체시계 시스템을 지니고 있다. 이 시스템을 통해 언제 잎을 펼칠 지, 꽃을 피울 지 등을 결정한다.

연구팀은 실험 모델 식물인 애기장대를 이용, 식물의 일주기 시계를 조절하는 유전자가 식물 노화 핵심 유전자인 ‘오래사라1’(ORESARA1; ORE1)의 발현을 직·간접적으로 조절하고, 결국 잎의 노화에도 영향을 미친다는 사실을 발견하는 데 성공했다.

남홍길 IBS 식물 노화·수명 연구단 연구단장(공동교신저자)/사진=IBS

연구진은 식물의 일주기 생체시계를 담당하는 여러 유전자 중 아침에 활성화되는 ‘PRR9’(PSEUDO-RESPONSE REGULATORS 9)라는 유전자가 오래사라1 유전자의 발현에 중요한 역할을 수행한다는 사실을 알아냈다.

PRR9은 오래사라1 유전자를 직접 활성화시키거나 오래사라1 유전자의 발현을 막는 마이크로 RNA를 억제하는 간접적인 방식으로 잎의 노화를 촉진했다.

특히 PRR9 유전자가 오래사라1 유전자를 직접 활성화시킨 경우, PRR9이 관장하는 일주기 리듬에 따라 오래사라1 유전자의 발현 정도 또한 하루 단위 내에서도 진동(Oscillation) 형태의 주기를 띠는 것으로 확인됐다.

예를 들면 PRR9 유전자는 아침 해가 뜬 뒤로 1시간 후에 활성화되는데, 이에 영향을 받아 오래사라1 유전자가 그로부터 3시간 정도 후에 활성화된다. 즉 주요 노화 유전자가 일주기 생체시계에 의해 조절된다는 결론에 이른다.


이번 연구는 잎의 노화에 관여하는 핵심 유전자 오래사라1의 발현이 선형적으로 조절되는 생체 회로 외 일주기 시계에 따라 진동 형태로 조절되는 생체시계 회로도 있음을 새롭게 밝힌 것이다.

남홍길 연구단장은 “이러한 생체시계 회로를 통해 식물 잎은 노화를 보다 미세하게 조절할 수 있다”고 말했다.