60℃ 기온에서도 잘 자라는 식물의 기전이 밝혀졌다.
9일(현지시간) 미국 미시간주립대학 연구팀은 데스밸리에 서식하는 '티데스트로미아 오블롱기폴리아'(Tidestromia oblongifolia)가 고온에서도 잘 견디면서 적응할 수 있는 매커니즘을 밝혀냈다.
오블롱기폴리아는 미국 캘리포니아주가 원산지인 다년생 식물로, 식물이 생존할 수 없는 고온의 환경에서 오히려 활발히 성장하고 번성한다. 연구팀은 오블롱기폴리아가 여름철 데스밸리와 같은 고온의 환경을 형성하자 불과 10일만에 3배 더 성장했다고 밝혔다. 같은 조건에서 다른 내열성 식물들은 완전히 성장을 멈췄다.
연구팀이 생리학 테스트, 라이브 이미징, 게놈 분석 등을 이용해 분석한 결과, 이 식물은 기온이 오르면 빠르게 생물학적 시스템을 조정해 환경에 적응하는 것으로 나타났다. 열에 노출된지 24시간 내에 유전자 수천 개가 활동을 조정하고, 엽록체 등 세포의 구성과 모양까지 바꿔 식물 조직의 손상을 막고 광합성 효율을 높인다는 것이다.
우선 식물의 미토콘드리아가 엽록체로 가까이 이동하고, 엽록체는 컵 모양으로 바뀐다. 이 변화는 이전에는 다른 식물에서 관찰되지 않은 것이다. 이러한 모양은 이산화탄소 포집 효율을 높여 에너지 생산성을 높인다. 또 고온에서 광합성 기능을 원활히 유지시키는 루비스코 효소의 생산량을 늘린다.
오블롱기폴리아는 극한의 더위에 노출된지 단 이틀만에 에너지 생산효율을 높이고, 2주만에 최적의 광합성 온도가 45℃까지 상승했다고 연구팀은 설명했다. 이는 기록된 식물 가운데 가장 높은 수준이다.
연구팀은 이번 연구결과가 지구온난화 및 폭염에 생존할 수 있는 작물 개발에 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 이미 연구팀은 오블롱기폴리아의 유전자와 세포구조를 식량 작물에 적용하는 후속 연구에 착수했다.
연구를 주도한 이승연 미시간주립대 교수는 "지금까지 기록된 식물 중 가장 내열성이 뛰어난 T. 오블롱기폴리아는 식물이 극한의 온도에 적응할 수 있는 능력이 있음을 보여준다"며 "이 메커니즘을 복제할 수 있다면 더워지는 세상에서 농업을 변화시킬 수 있다"고 말했다.
이번 연구결과는 '커런트 바이올로지'(Current Biology) 학술지에 게재됐다.
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