육상식물은 고생대 실루리아기에 첫 출현해 데본기의 건조 기후에 적응하면서 육상생태계를 우점하였으나, 중생대 백악기 이후 해수면 상승이 급격히 이루어지면서 육상식물의 수생식물로의 진화 적응이 광범위하게 이뤄졌다. 양서식물은 이 과정 중 과도기 식물로 수생식물의 진화적 적응 기작을 밝히는 좋은 소재다. 매화마름은 한국 강화군 등지의 논에 자생하는 멸종위기 식물로, 육상 환경과 수중 환경 모두에서 생존할 수 있는 양서형 생활사를 가졌다.
중생대 백악기 급격한 해수면 상승으로 육상과 수중에서 모두 생존할 수 있는 양서식물의 적응 진화가 일어났고, 이후 수생식물로의 진화가 진행됐다. 이때 수중 생활에 적합한 원통형 잎이 만들어지는 진화적 적응이 나타났다. 양서식물은 수생에서는 원통형 잎을 만들고, 육상에서는 위-아래 비대칭의 잎을 형성하는 잎 이형성(heterophylly)이 나타났다.
이일하 교수 연구팀은 매화마름의 육상형 잎과 수생형 잎에서의 유전자 발현을 분석해 육상에서는 건조환경 스트레스를 견디게 하는 호르몬 아브시스산이 작용하여 잎의 위-아래 비대칭 구조를 만들게 하고, 수생에서는 수중의 무산소 스트레스를 견디게 하는 호르몬 에틸렌이 작용해 잎의 비대칭을 없애고 원통형 잎을 만드는 것을 확인했다. 그 결과 수중에서는 잎 전체가 아랫면처럼 되는 현상(abaxialization)이 일어났다. 이 연구 결과는 원통형 잎을 가지는 수생식물의 진화적 적응 기작을 분자 수준에서 이해할 수 있도록 해준다. 이번 연구는 삼성 미래기술 육성사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 이규화 선임기자 david@dt.co.kr
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