공격을 받을 때 식물은 화학 물질을 방출하여 다른 부분에 방어 체계를 구축하기 시작하도록 경고한다. 새로운 연구는 이 내장 보안 시스템이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하는 것을 목표로 한다.
식물은 어떻게 위험을 '냄새'맡는가? 이것이 EU가 자금을 지원하는 PERVOL 프로젝트가 던지는 질문이다. "식물 잎은 곤충의 공격을 받으면 즉시 휘발성 화학 물질의 독특한 혼합물을 방출하기 시작한다. 이를 휘발성 물질이라고 한다."고 베른 대학 식물 과학 연구소의 교수인 프로젝트 책임자 Matthias Erb는 설명한다.
이러한 휘발성 물질은 식물의 다른 부분에서 감지되어 공격에 대한 보다 강력한 대응을 구축할 수 있게 한다. Erb가 알고 싶었던 것은 식물이 이러한 휘발성을 감지하는 방법이었다. 동물과 유사한 수용체를 사용하는가? 그들은 지각된 신호를 방어 반응으로 어떻게 변환시키는가?
"식물이 휘발성 물질을 인식하는 방식을 이해하는 것은 식물 신호 연구의 경계를 넓힐 것이다. 또한 이러한 인식을 잠재적인 농업 응용 프로그램으로 변환할 수 있는 문을 열 수 있을 것이다."
경계를 허물다
PERVOL 프로젝트의 경우 혁신적인 휘발성 샘플링 시스템을 개발하는 것으로 경계를 허물기 시작했다. 이 시스템은 로봇 기술, 맞춤형 기류 시스템 및 양성자 전달 반응 질량 분석기를 결합한다. 시스템은 TOFWERK, abon LIFE SCIENCES 및 BIBUS의 지원으로 개발되었다.
Erb는 "우리 시스템은 100가지가 넘는 표본의 휘발성 지문을 동시에 기록할 수 있다. 30분 주기의 해상도 분석을 통해서 식물 휘발성 연구 분야에서 새로운 표준을 설정할 수 있었다."
이 시스템을 가지고 연구자들은 다음으로 식물이 휘발성 물질을 감지하는 것에 대한 유전적 기초와 생물학적 결과를 파악해 보기 시작했다.
"우리는 옥수수 식물이 인돌(indole)과 헥세닐 아세테이트(hexenyl acetate)라는 두 가지 휘발성 신호를 통합하여, 풀을 씹어 먹는 초식 동물에 대한 저항력을 향상시키는 강력하고 구체적인 방어 기제 반응을 한다는 것을 발견했다."
연구자들은 또한 벼 식물을 연구했는데, 여기서 인돌은 특정 미토겐 활성화 키나제 경로를 포함하여 식물의 초기 방어 신호 전달 경로의 전개를 향상시킨다는 것을 발견했다.
인돌 인식 시, 이 키나제는 자스모네이트 스트레스 호르몬의 생성을 증가시켜 궁극적으로 더 강한 방어를 유도한다.
식물 휘발성 물질에 대한 새로운 통찰력
유럽연구위원회(ERC)의 지원을 받은 PERVOL 프로젝트는 식물에서 초식 동물로 인하여 발산하는 휘발성 물질을 인식하는 데 필요한 초기 신호 구성 요소들을 식별하는 데 성공했다.
Erb는 "많은 식물들에서 고해상도 휘발성 물질을 검사하며 휘발성 신호를 교환하는 식물 사이에서 발생하는 빠르고 역동적인 상호작용에 눈을 뜨게 되었다"고 말한다.
"또한 이 매혹적인 현상의 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공함으로써 식물의 휘발성 물질 연구 분야를 발전시키게 되었다."
프로젝트 기간 동안 연구자들은 식물의 휘발성 감지에 관여할 가능성이 있는 알려지지 않은 기능을 가진 일련의 새로운 후보 유전자들도 발견했으며 추가 연구도 계획하고 있다.
Erb는 "우리는 식물 간의 휘발성 물질 정보의 빠른 교환을 더 탐구하고 휘발성 물질감지 체계과 잠재적 수용체에 대한 탐색을 계속할 계획이다"라고 결론지었다.
- 기간 : 2017.03.01~2022.02.28. (Horizon 2020)
- 예산 : 200만 유로 (EU 지원 100%)
- 주관 : UNIVERSITAET BERN (Switzerland)
