연구자들은 벼의 꽃가루관 성장을 위한 펩타이드를 확인했습니다.

Jul 11, 2023

2023년 8월 10일

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사실 확인된

교정하다

부산대학교

이중 수정은 꽃 피는 식물의 복잡한 메커니즘으로 두 개의 정자 세포가 배아 주머니와 융합됩니다. 이를 달성하려면 꽃밥에서 방출된 꽃가루가 식물의 암술머리와 상호작용하고, 수분을 공급하고, 꽃가루관으로 발아해야 합니다. 따라서 꽃가루 관의 발아와 신장은 이중 수정에 중요하며 이는 결국 작물의 곡물 수확량에 영향을 미칩니다.

수정 과정에는 신호 전달에 관여하는 급속 알칼리화 인자(RALF)라는 펩타이드 호르몬이 필요합니다. 연구에 따르면 RALF는 꽃가루 관 성장에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 그러나 쌀과 같은 외떡잎 식물에서의 역할은 아직 밝혀지지 않았습니다.

이제 부산대학교 생명과학과 환경생화학과 김유진 조교수와 경희대학교 김의정 박사과정 학생이 이끄는 한국 연구진이 이를 규명하고 특성화했습니다. 쌀(Oryza sativa)에 들어 있는 2개의 RALF 펩타이드. 그들의 연구는 Journal of Integrative Plant Biology에 온라인으로 게재되었습니다.

연구팀은 Rice Genome Annotation Project 데이터베이스의 단백질 서열을 분석하여 41개의 RALF 유전자를 식별했습니다. 그 중 OsRALF17과 OsRALF19는 특히 꽃가루와 꽃가루관에서 다량으로 발현되었다. 연구자들은 다중 클러스터링된 규칙적인 간격의 회문 반복(CRISPR)/CRISPR 관련 단백질 9(Cas9) 시스템을 사용하여 해당 펩타이드를 특성화했습니다.

그들은 꽃가루 특이적 RALF 유전자 중 하나 또는 둘 모두가 발현되지 않는 녹아웃 돌연변이를 생성했습니다. OsRALF17 및 OsRALF19 발현이 부족하면 꽃가루 수화, 발아 및 관 성장에 결함이 있는 벼에서 거의 전체 수컷 불임이 발생하여 수컷 생식 및 종자 생산에 매우 중요합니다. 흥미롭게도, 합성 OsRALF17 및 OsRALF19 펩타이드를 녹아웃 돌연변이에 외인적으로 적용했을 때 생식력 결함 중 일부가 반전되었습니다.

김 박사는 RALF의 실제 적용을 설명하면서 "RALF 펩타이드는 천연 화학 호르몬 및 생물 조절제 역할을 하여 식물의 수정을 조절할 수 있습니다."라고 말합니다.

생체 조절제로서 외인성 OsRALF의 잠재력을 테스트하기 위해 팀은 두 가지 펩타이드를 낮은 농도로 일반 벼 식물에 첨가하여 꽃가루 관 신장을 향상시켰습니다. 또한, OsRALF는 더 높은 농도에서 꽃가루 관의 발아와 성장을 억제하기 때문에 효과는 용량 의존적인 것으로 보입니다. 따라서 OsRALF는 튜브 성장의 균형을 제어할 수 있습니다.

마지막으로 연구진은 OsRALF17과 OsRALF19의 작용 메커니즘을 이해하기 위해 전사체 및 단백질체학 실험을 수행했습니다. 그들은 두 펩타이드가 모두 Oryza sativa 남성 유전자 전달 결함 2(OsMTD2)라는 단백질 수용체에 결합하고 활성 산소종을 통해 신호를 전달한다는 사실을 발견했습니다. 이는 꽃가루 관 발아를 촉진하고 벼의 무결성을 유지합니다.

이 연구는 잠재적으로 농업에 도움이 되는 벼의 수정에서 RALF와 OsMTD2의 역할에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. "벼는 가장 중요한 식량 작물 중 하나이며, 전 세계 기후 변화로 인해 더 나은 작물 생산을 위해서는 새로운 유전자 자원과 품종이 필요합니다. 새로운 품종 개발에는 웅성 불임 계통이 필요하므로 RALF 펩타이드 또는 RALF 돌연변이 계통을 통해 웅성 생식력을 조절하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 또한, 쌀의 유용한 유전자 자원은 다른 작물에 적용될 수 있습니다.”라고 김 박사는 결론지었습니다.