최초 육상 식물의 비밀이 밝혀졌다.
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2024-05-07 21:56:33
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- 특별한 유전자로 인해 적응이 가능해져
- 최초의 육상 식물이 담수 조류에서 발생
- 단서는 꽃 피는 식물에서 꽃과 과일의 발달을 담당하는 소위 MADS 박스 유전자에 있다.
우리의 물고기 같은 조상은 오래전에 물에서 육지로 모험을 떠난 유일한 생물은 아니었고 확실히 최초의 생물도 아니었다. 그들이 바다를 떠날 때쯤에는 식물들이 그들을 위해 무성한 녹색 카펫을 깔아준 지 오래였고, 애초에 육지의 다른 모든 생명체가 가능해졌다. 그들은 토양을 비옥하게 만들고 대기를 산소가 풍부하게 만들었다.
그러나 소위 배아식물(Embryophyta)이라고 불리는 최초의 육상 식물이 정확히 어떻게 약 5억 5천만 년 전에 육지에 정착할 수 있었는지는 여전히 큰 미스터리로 남아 있었다. 물 밖에서는 온도 변화, 가뭄, 자외선 등 수많은 적대적인 조건에 직면했기 때문이다.
열쇠로서의 조류 DNA
그러나 확실한 것은 최초의 육상 식물이 담수 조류에서 발생했다는 것이다. 가장 가까운 친척은 실모양의 튼튼한 멍에 조류(Zygnematales)이다. 4,000종의 이 그룹에서 육상 식물은 공통 조상을 공유한다. 요크 조류의 유전 암호를 알면 육상 식물의 기원에 더 가까워질 수 있다.
네브래스카-링컨 대학의 Xuehuan Feng이 이끄는 연구원들은 이제 처음으로 4가지 다른 Joch 조류 계통의 게놈을 해독하고 육상 식물의 시작에 대한 단서를 찾았다. 특히 초점은 꽃 피는 식물에서 꽃과 과일의 발달을 담당하는 소위 MADS 박스 유전자에 있었다.
"MADS 박스 유전자는 다른 식물에서도 발생하며 아마도 오늘날 육상 식물의 특징인 다양한 기관과 구조를 발달시킬 수 있다는 사실에 일반적으로 책임이 있을 것이다"고 공동 저자인 예나 대학의 Lydia Gramzow는 설명했다.
특별한 유전자로 인해 적응이 가능해졌다.
실제로 분석된 요크 조류는 Feng과 그의 팀이 보고한 것처럼 두 가지 다른 버전으로 자체 MADS 상자 유전자를 가지고 있다. 하나는 현대 육상 식물의 전형이고, 다른 하나는 조류에서만 발생한다. “우리의 가정은 진화 과정에서 조류의 전형적인 MADS 박스 유전자가 육상 식물의 조상에서 사라졌으며 오늘날 육상 식물의 특징인 변종이 우위를 점했다는 것이다”고 Gramzow는 말했다.
이는 아마도 육상 식물의 조상이 가혹한 육상 생활에서 살아남을 수 있는 세포 구조와 기관을 개발할 수 있게 했을 것이다. 무엇보다도 연구진은 초기 육상 식물이 강렬한 자외선과 가뭄으로부터 자신을 더 잘 보호하기 위해 특수 효소를 사용해 세포벽을 재구성한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 또한 최초의 육상 식물이 변동하는 환경 조건에 보다 유연하게 반응할 수 있게 해주는 몇 가지 중요한 신호 유전자도 발견했다.
시간이 지남에 따라 육상 식물의 적응은 점점 더 정교해져서 제방이나 강에서 멀리 떨어진 곳에서도 충분한 물에 접근할 수 있었고 결국에는 전체 숲을 형성할 수 있었다.
참고
Nature Genetics, 2024; doi: 10.1038/s41588-024-01737-3)
University of Nebraska-Lincoln, Friedrich-Schiller-Universität Jena
- 특별한 유전자로 인해 적응이 가능해져
- 최초의 육상 식물이 담수 조류에서 발생
- 단서는 꽃 피는 식물에서 꽃과 과일의 발달을 담당하는 소위 MADS 박스 유전자에 있다.
최초의 육상 식물의 비밀이 밝혀졌다.
과학자들이 밀접하게 관련된 Joch 조류의 유전 암호 해독
친환경 성공 사례:
유전학자들은 최초의 육상 식물이 어떻게 가뭄이나 기온 변동과 같은 가혹한 조건을 견딜 수 있었는지 발견했다. 그 비밀은 육상 식물이 더욱 발전하여 세포 보호막을 만드는 데 사용되었던 고대 담수 조류 유전자에 있다. 이는 밀접하게 관련된 Joch 조류의 유전암호에서 볼 수 있는데, 이 조류는 이제 처음으로 해독되었다.
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| ▲ 최초의 육상 식물은 혹독한 환경을 견뎌야 했다. pixabay |
우리의 물고기 같은 조상은 오래전에 물에서 육지로 모험을 떠난 유일한 생물은 아니었고 확실히 최초의 생물도 아니었다. 그들이 바다를 떠날 때쯤에는 식물들이 그들을 위해 무성한 녹색 카펫을 깔아준 지 오래였고, 애초에 육지의 다른 모든 생명체가 가능해졌다. 그들은 토양을 비옥하게 만들고 대기를 산소가 풍부하게 만들었다.
그러나 소위 배아식물(Embryophyta)이라고 불리는 최초의 육상 식물이 정확히 어떻게 약 5억 5천만 년 전에 육지에 정착할 수 있었는지는 여전히 큰 미스터리로 남아 있었다. 물 밖에서는 온도 변화, 가뭄, 자외선 등 수많은 적대적인 조건에 직면했기 때문이다.
열쇠로서의 조류 DNA
그러나 확실한 것은 최초의 육상 식물이 담수 조류에서 발생했다는 것이다. 가장 가까운 친척은 실모양의 튼튼한 멍에 조류(Zygnematales)이다. 4,000종의 이 그룹에서 육상 식물은 공통 조상을 공유한다. 요크 조류의 유전 암호를 알면 육상 식물의 기원에 더 가까워질 수 있다.
네브래스카-링컨 대학의 Xuehuan Feng이 이끄는 연구원들은 이제 처음으로 4가지 다른 Joch 조류 계통의 게놈을 해독하고 육상 식물의 시작에 대한 단서를 찾았다. 특히 초점은 꽃 피는 식물에서 꽃과 과일의 발달을 담당하는 소위 MADS 박스 유전자에 있었다.
"MADS 박스 유전자는 다른 식물에서도 발생하며 아마도 오늘날 육상 식물의 특징인 다양한 기관과 구조를 발달시킬 수 있다는 사실에 일반적으로 책임이 있을 것이다"고 공동 저자인 예나 대학의 Lydia Gramzow는 설명했다.
특별한 유전자로 인해 적응이 가능해졌다.
실제로 분석된 요크 조류는 Feng과 그의 팀이 보고한 것처럼 두 가지 다른 버전으로 자체 MADS 상자 유전자를 가지고 있다. 하나는 현대 육상 식물의 전형이고, 다른 하나는 조류에서만 발생한다. “우리의 가정은 진화 과정에서 조류의 전형적인 MADS 박스 유전자가 육상 식물의 조상에서 사라졌으며 오늘날 육상 식물의 특징인 변종이 우위를 점했다는 것이다”고 Gramzow는 말했다.
이는 아마도 육상 식물의 조상이 가혹한 육상 생활에서 살아남을 수 있는 세포 구조와 기관을 개발할 수 있게 했을 것이다. 무엇보다도 연구진은 초기 육상 식물이 강렬한 자외선과 가뭄으로부터 자신을 더 잘 보호하기 위해 특수 효소를 사용해 세포벽을 재구성한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 또한 최초의 육상 식물이 변동하는 환경 조건에 보다 유연하게 반응할 수 있게 해주는 몇 가지 중요한 신호 유전자도 발견했다.
시간이 지남에 따라 육상 식물의 적응은 점점 더 정교해져서 제방이나 강에서 멀리 떨어진 곳에서도 충분한 물에 접근할 수 있었고 결국에는 전체 숲을 형성할 수 있었다.
참고
Nature Genetics, 2024; doi: 10.1038/s41588-024-01737-3)
University of Nebraska-Lincoln, Friedrich-Schiller-Universität Jena
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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