꽃 피는 시기를 결정하는 단백질 기능이 밝혀졌다. 식물의 후성유전학적 메커니즘을 이해하는데 기여할 것으로 보인다.
기초과학연구원(IBS) 식물 노화·수명 연구단 곽준명 그룹리더와 김윤주 연구위원은 쉐메이 첸 리버사이드 캘리포니아대 교수팀과 공동 연구로 `애기 장대`를 이용해 후성유전학적 유전자 발현 메커니즘을 밝히는데 성공했다고 19일 밝혔다.
연구팀은 개화 시기나 꽃 기관 형성 조절에 관여한다는 PWR단백질이 히스톤 탈아세틸화 효소 중 하나인 HDA9와 복합체를 이뤄 식물 성장과 개화시기를 조절한다는 사실을 밝혀냈다.
식물은 동물처럼 적극적으로 움직일 수 없기 때문에 생존을 위해 외부 환경 변화에 민감하게 대응한다. 식물은 후성유전학적 메커니즘으로 발달, 성장, 적응, 노화 등의 생애 전반에 걸쳐 중요한 유전적 결정을 내린다. 후성유전학적 조절 메커니즘은 DNA에 담긴 유전정보의 변화 없이 DNA 주변부와 DNA에 결합하는 단백질복합체의 구조 변화로 유전자 발현을 조절하는 방식이다.
여러 후성유전학적 조절 메커니즘 중 하나로 알려진 히스톤 아세틸화·탈아세틸화 히스톤 아세틸화 과정은 히스톤 아세틸화 효소와 탈아세틸화 효소에 의한 뉴클레오솜의 구조 변형으로 이뤄진다. 히스톤 아세틸화 효소가 뭉쳐져 있는 히스톤 단백질에 아세틸기 아세틸기를 붙여 뉴클레오솜의 연결을 느슨하게 하면, DNA 전사가 가능해 유전자 발현이 촉진된다. 반대로 탈아세틸화 효소가 느슨하게 연결된 히스톤 단백질의 아세틸기를 떼면 뉴클레오솜이 다시 뭉쳐, 유전자 발현 정도가 감소하게 된다.
PWR 단백질은 개화 시기 조절과 꽃의 기관 형성 기능을 수행한다는 사실이 기존에 알려져 있었으나 구체적인 작용 메커니즘은 밝혀진 바가 없었다. 연구진은 PWR 단백질과 HDA9의 해당 유전자를 각각 결여시킨 돌연변이체를 관찰했다. 정상 식물보다 히스톤 단백질의 아세틸화가 증가하며, 그에 따른 개화 유전자 발현도 증가되는 것을 확인했다.
두 돌연변이체에서 아세틸화되는 히스톤 단백질들의 유전체 상 위치와 발현이 증가하는 유전자들의 종류가 상당히 유사했는데 그 결과 두 개체 모두 정상 식물보다 개화시기가 빨랐고, 열매 끝이 뭉툭한 모양이었다. 즉, HDA9와 PWR 단백질은 동일한 유전적 경로로 탈아세틸화 작용을 수행, 식물의 성장과 개화 시기 조절에 관여함을 밝혀냈다.
연구 결과는 `미국국립과학원회보(PNAS)` 온라인판에 5일(미국 동부시간) 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
