상처 입은 식물, 위험 신호 울려 스스로 보호한다 [지금은 과학]

[아이뉴스24 정종오 기자] 상처입은 식물은 위험 신호를 인식하는 감지 수용체를 통해 방어막을 스스로 구축한다. 상처에 대한 저항성을 높인다. 세포벽이 손상됐을 때 어떤 물질이 실제 위험 신호로 작용하고 어떤 수용체가 이를 감지하는지는 명확히 밝혀지진 않았다.

기초과학연구원(IBS, 원장 장석복) 유전체 교정 연구단(단장 구본경) 식물연구팀은 세포벽을 이루는 당 분자조각과 식물 수용체 사이 상호작용을 대규모로 분석하는 고속 스크리닝 기술을 구축했다.

람노갈락투로난-I(RG-I, 식물 세포벽을 이루는 펙틴의 주요 구성 성분 중 하나인 다당류)를 위험 신호로 인식하는 감지 수용체 6종을 발견했다. 연구팀은 RG-I가 식물 면역반응을 활성화하고 병원균에 대한 저항성을 높인다는 사실도 함께 규명했다.

식물의 세포벽은 외부 병원균의 침입을 막는 첫 번째 방어막이다. 병원균이 세포벽을 분해하면 다양한 당 분자 조각이 생성된다. 이 가운데 일부는 식물 스스로에게 '공격받고 있다'는 위험 신호로 작용해 면역반응을 유도한다.

지금까지 이러한 신호와 감지 수용체 일부만 알려져 있었다. 세포벽을 구성하는 수많은 당 분자조각과 수백 개의 후보 수용체를 하나씩 검증해야 하는 한계 때문에 새로운 위험 신호를 찾기가 어려웠다.

IBS 연구팀은 식물 수용체 단백질 357종과 세포벽 당 분자 조각 122종을 한 번에 분석할 수 있는 고속 스크리닝 플랫폼을 구축했다. 두 종류의 분석 집합체를 교차 반응시켜 총 4만3554개의 상호작용을 분석한 결과, RG-I와 선택적으로 결합하는 새로운 감지 수용체 6종을 발견했다. 이 수용체 그룹을 ARM(Awareness of RG-I Maintenances)이라 이름 붙였다.

연구팀은 식물에 RG-I를 투여해 면역반응을 분석했다. 그 결과 면역 신호 전달 경로가 활성화되고 방어 유전자들의 발현이 많이 증가하는 것을 확인했다. RG-I는 기존에 알려진 일부 면역 신호와 다른 반응 양상을 보였다.

식물이 위험 신호의 종류에 따라 서로 다른 면역 신호 전달 체계를 작동시킬 가능성도 제시했다. 병원균 감염 전에 RG-I를 투여한 식물의 경우, 병원성 세균에 더 강한 저항성을 보였다. 이는 식물이 병원균 침입에 앞서 방어 체계를 미리 준비했음을 의미한다.

연구팀은 특정 유전자를 정밀하게 제어할 수 있는 크리스퍼(CRISPR) 유전자가위 기술을 이용해 ARM 수용체 6종이 모두 제거된 식물을 제작했다. 위험 신호인 RG-I는 ARM 수용체와 결합해 식물 면역을 활성화하는데 감지체인 ARM 수용체가 제거된 식물은 RG-I를 투여하더라도 이를 인식하지 못해 면역 효과가 많이 떨어졌다.

정상 식물보다 병원균 감염에 훨씬 취약해졌다. 이는 ARM 수용체가 식물 면역 체계를 가동하는 핵심 구성요소임을 입증한 결과다.

교신저자 이두화 초빙연구위원은 “이번 플랫폼의 가장 큰 강점은 수만 건의 상호작용을 정량적 데이터로 축적할 수 있다는 점”이라며 “앞으로 새로운 위험 신호와 이를 인식하는 수용체를 훨씬 빠르게 찾아 식물 면역 연구와 병에 강한 작물 개발에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과(논문명: High-Throughput Glycan Array Screening Reveals Rhamnogalacturonan-I as a ligand for Arabidopsis Leucine-Rich Repeat Receptor Kinases Involved in Plant Immunity)는 국제학술지 ‘Molecular Plant’에 6월 17일 온라인으로 실렸다.