바이오인

미국 펜실바니아주립대학의 과학자들이 식물의 화분(pollen) 생성에 필수적인 유전자를 발견하였다. 이 연구결과는 Genes and Development지(2002년8월1일)에 발표될 예정이다. 이 연구를 통해 receptor-linked protein kinase로 알려진 단백질이 약(anther)에서의 화분 생성에 중요한 역할을 하고 있음이 처음으로 밝혀졌다. 식물육종가들은 이 정보를 이용해 중요농작물에서 수분(pollination)을 제어할 수 있게 될 것이다.라고 이 연구를 이끈 Hong P. Ma 박사는 말했다.

화분 생성에 관련된 유전자와 이 유전자의 영향을 밝히기 위하여 과학자들은 아라비돕시스(arabidopsis)에서 돌연변이체 집단을 만들고 이 가운데에서 화분생성능력을 상실한 돌연변이체를 선발했다. 그리고 그들은 돌연변이체의 화분생성과정이 정상 식물체와 어떻게 다른지를 조사하였고, 유전학적인 기법을 사용하여 돌연변이에 의해 불활성화된 유전자를 찾아내었다.

돌연변이체에서 과학자들은 microsporocyte 세포들을 조사하였는데, 이 세포들은 보통 감수분열(meiosis)과정을 거쳐 4개의 microspore가 되고 이들은 화분(pollen)으로 발달한다. 돌연변이체에서 감수분열과정은 정상적으로 진행되었으나 결국은 화분이 형성되지 않았다. 정상식물체에서는 꽃의 약(anther) 내부에 tapetum이라는 조직이 형성된다. microsporocyte는 microspore로 분열하기 전에 tapetum 내부를 채운다. 그러나 돌연변이체에서는 tapetum 조직이 형성되지 않았다.라고 Ma 박사는 말했다.

과학자들은 이 유전자를 Excess Microsporocytes 1 (EMS1)이라고 이름지었으며, 이는 이 유전자가 적절하게 작동하지 않을 때 나타나는 현상을 나타낸다.

이 연구에서 과학자들은 DNA 분자의 여러 위치들로 이동해 다니는 transposon 유전자를 이용하여 돌연변이를 유발하였다. 과학자들은 이 transposon을 포함하고 있는 돌연변이체들 가운데 화분을 생성하지 않는 돌연변이체를 조사하였던 것이다. 그리고나서 그들은 분자유전학적인 기법으로 transposon의 위치를 밝힘으로써, transposon의 삽입에 의해 불활성화된 화분생성 유전자를 찾아내었다. 과학자들이 이 transposon을 화분생성 유전자 내부로부터 다른 위치로 이동시켰을 때, 식물체의 화분생성능력이 회복되었다.

과학자들은 EMS1 유전자가 코딩(coding)하는 단백질의 특성과 기능을 조사하였다. 이 단백질은 receptorkinase proteins 라고 알려진 매우 보편적인 단백질 그룹의 특성을 가지고 있는데, 세포막 외부에 돌출된 수용체(receptor)가 특정 분자들과 결합한다. 이 결합에 의해 생긴 분자구조의 변화로 세포내부에 있는 부분인 protein kinase가 phosphate와 다른 단백질간의 반응을 촉매한다.라고 Ma 박사는 말했다.

우리들의 연구결과와 동물세포에서의 이와 비슷한 단백질의 기능에 근거하여, 우리들은 EMS1 단백질이 화분형성에 필수적인 tapetum 층의 형성을 촉진하는 protein kinase로 작용할 것이라고 가정한다. EMS1 단백질로부터의 신호가 없으면 tapetum으로 발달해야 할 세포들이 microsporocyte가 되고 tapetum이 없으면 microsporocyte는 microspore로 분열할 수 없다. 이러한 우리들의 가설이 입증되면, 이것은 약 세포의 발달과정을 제어함으로써 식물의 임성(fertility)을 조절하는 receptor kinase를 코딩하는 첫 번째 유전자가
될 것이다.라고 Ma 박사는 말했다.

Ma박사는 이러한 유형의 유전자가 벼, 밀, 콩 등 중요한 농작물에도 존재할 것이며, 적당한 유전자를 불활성화시킴으로써 웅성불임식물체를 만들 수 있을 것으로 기대한다고 말했다. 우리들이 이 유전자와 기능을 밝혀냈기 때문에, 식물육종가들은 transposon을 이용하지 않는 더욱 안정적인 방법으로 이 유전자를 불활성화 시킬 수 있을 것이다.라고 Ma 박사는 말했다.

웅성불임식물체를 이용함으로써 얻는 한가지 잇점은 일대잡종품종 종자를 값싸게 대량으로 생산하는 것이다. 또 다른 잇점은 화훼식물 등 종자보다는 꽃이 중요한 작물에서 종자생성을 억제하여 꽃의 수량을 증대시키고 수명을 연장시킬 수 있을 것이다. 또 한가지 가능성으로서, 웅성불임유전자변형식물체를 이용하면 유전자변형식물체의 생태계 확산을 통제할 수 있을 것이다.

*참조홈페이지 http://www.science.psu.edu/alert/Ma7-2002.htm