식물은 잎 표면에 있는 미세한 구멍인 기공으로 산소와 물을 대기 중으로 내보낸다. 기공은 식물에선 ‘코’인 셈이다. 이런 기공의 움직임을 조절하는 단백질을 국내 연구진이 최초로 발견했다.

기초과학연구원(IBS) 식물 노화·수명 연구단 곽준명(대구경북과학기술원 뉴바이올로지 교수) 그룹리더 연구진은 식물의 유전 연구에 주로 사용되는 애기장대를 이용해 특정 아미노산이 세포 속에 칼슘이온을 유입시키는 역할을 한다는 사실을 밝혀내고 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’ 7일자에 발표했다.

세포 내 칼슘이온은 동식물 모든 세포에서 보편적으로 사용되는 신호전달 물질로, 식물에서는 기공을 움직이는 데 중요한 역할을 한다. 특히 입술처럼 한 쌍이 마주 붙어 기공을 이루는 공변세포는 빛, 수분, 이산화탄소, 온도, 흔들림 등 다양한 환경조건에 따라 기공을 여닫는다. 하지만 식물의 칼슘채널(칼슘이온이 오가는 통로)에 대해서는 아직까지 규명된 사실이 많지 않다.

●세포 내 칼슘이온 채널 첫 발견

연구진은 새로운 칼슘채널의 존재를 확인하기 위해 애기장대 잎에 20가지 종류의 아미노산 용액을 발라 공변세포에서 그동안 알려지지 않았던 ‘GLR 3.1/GLR 3.5 칼슘채널’을 처음 발견했다.

또 L-메티오닌이라는 아미노산이 칼슘채널을 활성화시켜 세포 내로 칼슘이온을 유입시키고, 기공으로 정상적으로 움직이게 만든다는 사실도 전기·생리학적 방법으로 입증했다.

연구진이 GLR 3.1/GLR 3.5 채널이 정상적인 공변세포와 이 채널을 제거한 공변세포에 L-메티오닌 처리를 해 관찰한 결과 정상 공변세포에서는 칼슘이 이동하면서 만들어 내는 전류가 검출되기도 했다. L-메티오닌이 GLR 단백질로 이뤄진 칼슘채널을 여는 데 중요한 역할을 한다는 것이다.

●“식물 성장에 영향 주는 요인 확인”

연구진은 실제로 이 유전자들이 결여된 애기장대에서 과일이나 채소에서 칼슘이 부족해 생기는 ‘배꼽썩음병’ 증상과 똑같이 꽃대 말단에서 칼슘 부족으로 인한 세포 괴사가 일어난다는 것도 관찰했다.

곽준명 교수는 “이번 연구는 GLR 단백질 칼슘채널이 식물의 성장과 발달에도 상당한 영향을 미치는 것을 확인했다는 데 의의가 있다”고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr