일주기 시계 유전자 PRR9의 노화 조절 유전자 ORE1 조절 경로(IBS 제공)© News1

국내 연구진이 식물의 낮과 밤을 인지하는 일주기 생체시계가 잎의 노화를 조절할 수 있다는 사실을 규명했다.기초과학연구원(원장 김두철) 식물 노화·수명 연구단(단장 남홍길, DGIST Fellow) 연구팀은 식물이 하루(24시간 주기)를 인지하도록 하는 일주기 생체시계 유전자가 주요 노화 유전자의 발현에 영향을 미쳐 잎의 노화를 조절할 수 있음을 규명했다고 5일 밝혔다.

식물은 하루 주기를 인지하는 일주기 생체시계 시스템을 지니고 있다. 이 시스템을 통해 언제 잎을 펼치고 피울지 등 생애에 중요한 시기를 결정할 수 있다. 

최근 식물 노화에 관여하는 유전자들의 발현이 이러한 일주기 리듬에 영향을 받는다는 단서가 보고되기 시작했지만 일주기 생체시계와 노화 유전자 발현과의 상관 관계를 구체적으로 규명한 연구는 없었다.

지구에 사는 거의 모든 생명체는 지구 자전으로 생기는 주기적인 환경 변화에 적응하기 위한 내부 시스템을 갖고 있다. 생명체의 다양한 생리 활동을 24시간 주기인 일주기 리듬에 맞춰 조직화하는 이 시스템을 ‘일주기 생체시계’라고 한다. IBS 연구팀은 모델 식물인 애기장대(Arabidopsis)를 이용해 식물의 일주기 시계를 조절하는 유전자 PRR9(PSEUDO-RESPONSE REGULATORS 9)가 식물 노화 핵심 유전자인 오래사라1(ORESARA1; ORE1)의 발현을 직·간접적으로 조절, 결국 잎의 노화에도 영향을 미친다는 사실을 발견하는 데 성공했다.

PRR9는 식물의 일주기 생체시계를 담당하는 여러 유전자 중 아침에 활성화되는 특성이 있다.

PRR9는 오래사라1 유전자를 직접 활성화 시키거나 오래사라1 유전자의 발현을 막는 마이크로 RNA를 억제하는 간접적인 방식으로 잎의 노화를 촉진하는 것으로 확인됐다.

특히 PRR9 유전자가 오래사라1 유전자를 직접 활성화 시키는 경우 PRR9가 관장하는 일주기 리듬에 따라 오래사라1 유전자의 발현 정도 또한 하루 단위 내에서도 진동(Oscillation) 형태의 주기를 띠는 것으로 확인됐다.

앞서 IBS 연구팀은 2009년 시간이 흐름에 따라 애기장대의 오래사라1 유전자와 관련된 노화 회로를 밝힌 바 있다.

이번 연구는 단순히 시간의 흐름에 따른 노화가 아닌 일주기 리듬에 따른 보다 세밀한 노화의 메커니즘을 규명했다는데 의의가 있다.

남홍길 연구단장은 “이번 연구는 24시간 주기로 진동하는 일주기 리듬을 지닌 생체시계가 노화를 조절하는 생애 시계에 관여하고 있음을 시사한다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 지난달 30일자 온라인 판에 게재됐다.


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