식물 잎의 모양을 결정하는 유전자

(RCO Gene expression in the leaf of hairy bittercress (Cardamine hirsuta). Credit: P. Huijser)

 인간의 키,머리색깔, 성별, 피부색 등은 유전자에 의해서 결정됩니다. 작은 유전자의 차이도 큰 변화를 만들 수 있죠. 하지만 DNA 염기 서열을 모두 분석한 현재에도 전체 유전자의 일부만 기능이 밝혀진 상태입니다. 아직 우리는 구체적으로 유전자가 어떻게 사람과 나무를 만드는지 다 알지 못합니다. 하지만 연구를 통해서 하나씩 비밀이 드러나고 있습니다. 

 막스 플랑크 식물 육종 연구소 Max Planck Institute for Plant Breeding Research (MPIPZ)의 과학자들은 배춧과의 식물의 유전자를 조사해서 비교적 적은 수의 유전자가 잎의 모양을 결정짓는다는 사실을 밝혀냈습니다. thale cress (Arabidopsis thaliana), hairy bittercress (Cardamine hirsuta)라는 비교적 가까운 두 식물에서 찾아낸 유전자는 homeobox gene 인 RCO (REDUCED COMPLEXITY, 잎의 복잡도를 감소시킨다는 뜻)와 LM1 입니다. 이 유전자들은 잎의 크기와 복잡성을 결정짓는 유전자입니다. 

 연구팀에 따르면 이 유전자들이 만들어내는 단백질은 일종의 억제제로써 잎의 모양을 다양하게 만들지만, 대신 크기는 줄어든다고 합니다. 다양한 모양의 잎사귀는 햇빛을 받을 가능성을 높일수도 있지만, 너무 작은 잎은 결국 광합성의 효율을 떨어뜨리므로 적당한 수준에서 조절할 필요가 있습니다. 

 이 조절은 물론 자연 선택에 의해 이뤄집니다. 주변에 공간이 많은 환경에서는 큰 잎을 선호할테고 주변에 공간이 비좁은 상태에서는 크기를 손해보더라도 비쭉하게 나온 독특한 모양을 하므로써 틈새로 쏟아지는 햇빛을 받으려고 할 것 입니다. 따라서 이런 진화압에 맞춰 RCO 유전자와 이를 활성화시키는 유전자가 조절된 것으로 보입니다. 

 이번 연구에서는 생각보다 작은 수의 DNA가 잎의 모양을 결정한다는 사실이 밝혀졌습니다. 하지만 모든 식물에서 같은 유전자가 관여하지 않을수도 있습니다. 분명 식물마다 다른 잎의 모양은 식물의 생존에서 매우 중요한 역할을 하고 있을 것이고 모두 DNA의 지배를 받을 것입니다. 앞으로 그 연구를 통해서 식물이 잎의 모양을 만드는 방식을 더 상세히 알아낼 수 있을 것입니다. 이는 DNA가 생물체를 어떻게 만들고 조절하는지 알아내는 과정 중 하나일 것입니다. 

 참고 

Francesco Vuolo et al. Coupled enhancer and coding sequence evolution of a homeobox gene shaped leaf diversity, Genes & Development (2016). DOI: 10.1101/gad.290684.116 

 http://phys.org/news/2016-11-small-piece-dna-large-effect.html#jCp