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연구성과

연구성과

생명과학부 이일하 교수팀, 양서식물 매화마름으로 수생식물 진화적 적응 기작 규명

2018.03.15

□ 논에서 자라는 자생 양서식물 매화마름을 이용해 수중 적응 진화적 기작 규명
  • 육상식물은 고생대 실루리아기에 첫 출현하여 데본기의 건조 기후에 적응하면서 육상생태계를 우점하였으나, 중생대 백악기 이후 해수면 상승이 급격히 이루어지면서 육상식물의 수생식물로의 진화 적응이 광범위하게 이루어짐. 양서식물은 이 과정 중 과도기 식물로 수생식물의 진화적 적응 기작을 밝히는 좋은 소재임.
  • 매화마름은 한국 강화군 등지의 논에 자생하는 멸종위기 식물로, 육상 환경과 수중 환경 모두에서 생존할 수 있는 양서형 생활사를 가짐.
  • 중생대 백악기 급격한 해수면 상승으로 육상과 수중에서 모두 생존할 수 있는 양서식물의 적응 진화가 일어났고, 이후 수생식물로의 진화가 이루어짐. 이때 수중 생활에 적합한 원통형 잎이 만들어지는 진화적 적응이 나타남. 양서식물은 수생에서는 원통형 잎을 만들고, 육상에서는 위-아래 비대칭의 잎을 형성하는 잎 이형성(heterophylly)이 나타남.
  • 본 연구진은 매화마름의 육상형 잎과 수생형 잎에서의 유전자 발현을 분석하여 육상에서는 건조환경 스트레스를 견디게 하는 호르몬 아브시스산이 작용하여 잎의 위-아래 비대칭 구조를 만들게 하고, 수생에서는 수중의 무산소 스트레스를 견디게 하는 호르몬 에틸렌이 작용하여 잎의 비대칭을 없애고 원통형 잎을 만들게 함을 보임. 그 결과 수중에서는 잎 전체가 아랫면처럼 되는 현상(abaxialization)이 일어남.
  • 이 연구 결과는 원통형 잎을 가지는 수생식물의 진화적 적응 기작을 분자 수준에서 이해하게 해 줌.
  • 이 연구 결과는 삼성 미래기술 육성사업의 지원을 받았음
□ 연구 결과의 의의
  • 본 연구결과의 학술적 의의는 1) 한국에 자생하는 멸종위기 식물 매화마름을 분자생물학 연구에 최초로 활용하였다는 점과 2) 이를 통해 수중 환경 적응을 위한 잎 형태 이형성 전략의 독창적 메커니즘을 발견하였다는 것에 있음.
  • 본 연구의 기술적 의의는 지구온난화에 의해 해수면 상승이 우려되고 이로 인한 경작지 감소, 작물생산량 저하 등의 문제를 극복할 수 있는 원천 기술의 플랫폼을 마련할 수 있다는 것.

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