국내 연구진이 외부 햇빛 조건에 따라 식물 씨앗의 발아 여부를 결정하는 데 중요한 역할을 하는 유전자를 찾아냈다.

KAIST 생명과학과 최길주 교수는 애기장대라는 식물 중 어두운 곳에서 싹이 트는 돌연변이체를 조사해 빛이 없어도 싹이 트게 하는 유전자를 발견, '솜너스(Somnus)'라고 이름 붙였다고 27일 밝혔다.

솜너스는 로마신화에 나오는 '잠의 신'에서 따온 것으로 이 유전자가 씨의 잠자는 상태를 조절한다는 의미를 담고 있다. 이 연구결과는 국제학술지 '플랜트 셀(Plant Cell. 5월호)'에 게재됐다.

씨앗은 보통 수분과 온도 등 외부 조건이 맞으면 싹을 틔우지만 빛이 없으면 싹을 틔운 뒤 광합성을 할 수 없기 때문에 빛 역시 발아에 중요한 요인이 된다. 이런 이유로 야생 식물들은 대부분 오랜 진화과정을 통해 빛이 있을 때만 발아하는 광발아성을 갖고 있다.

지금까지 연구에서는 씨앗 내 앱식산과 지베렐린이라는 물질이 씨의 휴면과 발아 조절에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌으나 그 조절 메커니즘은 알려져 있지 않았다.

빛이 없으면 앱식산이 증가하고 지베렐린이 감소하면서 씨앗의 휴면이 길어져 발아가 억제되고 빛이 있으면 앱식산이 감소하고 지베렐린이 증가하면서 발아가 촉진된다.

최 교수팀은 이번 연구에서 돌연변이 애기장대에서 솜너스 유전자를 찾아내고 이 유전자가 빛의 존재 여부에 따라 앱식산과 지베렐린의 양을 조절한다는 사실을 밝혀냈다.

연구진은 인공적으로 돌연변이를 일으킨 애기장대 씨앗 중 어두운 곳에서 싹이 트는 것만 골라 재배한 뒤 다시 씨를 받아 발아시키는 과정을 거쳐 어두운 곳에서 싹이 트는 돌연변이체를 찾아냈다.

이들은 이어 이 돌연변이체에서 특정 유전자 변이를 찾아냈으며 이 유전자가 앱식산 합성 유전자의 발현을 촉진하고 지베렐린 합성 유전자의 발현을 낮추는 기능을 한다는 사실을 밝혀냈다.

즉 솜너스 유전자가 제 기능을 하면 씨속에 앱식산이 늘어나고 지베렐린이 줄어드는 반면 솜너스 유전자가 기능을 못하면 앱식산이 줄어들고 지베렐린이 늘어나 빛이 없어도 싹이 튼다는 것이다.

최 교수는 "솜너스 돌연변이체들은 빛이 없는 곳에서 발아하지만 성장은 정상적으로 이루어진다"며 "이 유전자는 발아과정에서만 중요한 역할을 하는 것 같다"고 말했다.

그는 또 "이 연구는 그동안 잘 알려져 있지 않았던 발아과정에 대한 이해를 높였다는 점에서 의미가 있다"며 "씨앗의 발아 성질을 유전공학적으로 조절할 수 있는 유전자를 찾았다는 점에서 종자산업 등에 활용이 가능할 것"이라고 말했다.