꽃의 개화·향기 방출 조절 '생체시계' 원리 규명

꽃이 피고 향기를 내는 것은 식물의 번식 성공을 결정짓는 핵심 요소다. 번식을 위해선 꽃가루 전달자의 행동 패턴에 맞춰 개화하고 향기를 방출하는 것이 중요하다는 의미다. 이러한 현상은 식물 내부의 '생체시계(circadian clock)'로 정교하게 조절된다. 국내 연구팀이 꽃의 개화와 향기 방출 시점을 정교하게 조절하는 원리를 분자 수준에서 규명, 꽃의 개화 시간과 향기 조절 기술로의 확장 가능성을 제시했다.

COL5 유전자에 의해 조절되는 코요태담배 꽃의 리듬을 나타낸 이미지(AI 생성). KAIST

KAIST는 생명과학과 김상규 교수 연구팀이 생체시계의 조절을 받는 식물 유전자가 꽃이 열리는 시간과 향기 방출의 일주기 리듬을 통합적으로 조절한다는 사실을 규명했다고 27일 밝혔다.

식물은 하루 주기에 맞춰 스스로 시간을 인식하는 생체시계로 생리 현상을 조절하는 것으로 알려졌다. 하지만 그간에는 꽃이 실제 어떤 과정을 거쳐 개화하고, 이 과정이 생체시계 유전자와 어떻게 연결되는지는 밝혀지지 않았다.

이를 규명하기 위해 연구팀은 밤에 개화해 향기를 방출하는 식물 '코요테담배(Nicotiana attenuata)'를 모델로 연구를 진행했다.

코요테담배는 미국 유타주 사막 지역에서 자생하는 식물이다. 밤에 활동하는 꽃가루 전달자를 유인하기 위해 야간에 꽃잎을 열고 향기를 방출하는 특징을 가졌다.

이러한 현상에 착안해 생물학자 린네는 '서로 다른 시간에 꽃이 피고 지는 식물을 한데 모으면 꽃의 개화 상태만으로도 시간을 알 수 있을 것'이라고 봤다.

이처럼 기존 연구는 꽃의 발달과 관련된 유전자 발현 변화를 분석하는 데 주로 초점이 맞춰져 실제 꽃이 열리는 현상과 이를 조절하는 유전자 기능을 직접 규명할 연구는 상대적으로 적었다.

(상단) 강문영 박사, (왼쪽부터) 최유리 박사, 김상규 교수. KAIST

이에 연구팀은 생체시계 유전자에 변이가 있는 돌연변이체를 분석하고, 분자생물학적 접근으로 꽃의 개화와 향기 방출이 어떻게 조절되는지를 조사했다.

이 결과 특정 생체시계 유전자가 꽃이 열리는 시점과 향기 방출의 리듬을 조절하는 데 핵심적 역할을 한다는 사실이 확인됐다. 식물이 생존과 번식에 가장 유리한 시간대에 꽃을 열고, 수분 매개자를 유인하도록 생체시계를 정교하게 활용하는 원리가 규명된 것이다.

이번 연구는 꽃의 개화와 향기 방출을 조절하는 유전자 네트워크를 생체시계의 관점에서 제시했다는 점에서 의미를 갖는다. 또 식물의 시간 조절 전략과 생태적 상호작용을 이해하는 데 단서를 제공, 향후 작물의 개화 시간 조절이나 향기 특성 개선에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

특히 관상식물이나 향기 작물에서 꽃의 향기 방출 패턴을 조절하거나, 수분 효율을 높이는 방향으로 유전자 조작 기술을 응용할 수 있을 것으로 연구팀은 내다본다.

김 교수는 "이번 연구는 식물의 생체시계가 꽃의 개화와 향기 방출 시간을 '어떻게' 연결하고 조절하는지에 관한 단서를 제시했다는 점에서 의미를 갖는다"며 "식물이 환경과 상호작용하면서 번식 전략을 최적화하는 원리를 이해하는 데 중요한 기초가 될 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 생명과학과 최유리·강문영 박사가 제1 저자로 참여해 수행했다. 연구 결과는 지난 1월 29일 국제학술지 '더 플랜트 셀(The Plant Cell)'을 통해서도 소개됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr