[똑똑한 식물에게서 배운다]자가불화합성 [ self-incompatibility , 自家不和合性 ]

in AVLE 일상last month (edited)

식물은 똑똑하다
식물과학자들이 밝혀내어
우리가 알고 있는 것보다
훨씬 더 똑똑하다

식물은
본능적으로
더 강한 다음 세대를 남겨
푸른 지구별에서 멸종하지 않으려고 한다
같은 뿌리의 가족
암술 수술은
결혼하지 않는다
근친 결혼을 피해간다
그것이 밝혀낸
자가불화합성 [ self-incompatibility , 自家不和合性 ]이다

이쯤에서
거시적 안목으로 한 나라의 문화
미시적 안목으로 한 직장의 문화를 생각한다
고인물은 썩는다
특히 공직 사회는 더 빨리 썩는다
따박따박 나오는 월급과 연봉을 받으며
끼리끼리 모여서 승진 점수나 따지고
남이 잘 되는 것을 꺼리는 문화는
그 조직을 찌들게 한다

다른 나라, 다른 조직의 문화를
적극 융합하는 사고
남의 말을 존중하고 귀 기울이는
가루받이 정신이
그 직장의 문화를 건강하게 발전시킨다
오늘은 똑똑한 식물에게 배운다
오늘 그대는
다른 뿌리 꽃밥을 받아들이며
나팔관 속으로 끌어당겨
늘 새로운 삶을 향해 가고 있는가
새로운 사고, 혁신적인 사고로
다음 시대를 살아갈
새 생명을 잉태하고 있는가
/백두대간생태 수목원에서
강릉 **학교 교직원이 수목원에 숲 해설을 들으러 온다고 해서 할 말을 적어보다
2024-06-18

식물학백과
자가불화합성
[ self-incompatibility ]

유전적으로 동일한 식물체의 꽃가루를 암술에서 인식/분해하여 자가수정을 막고 타가수정을 유발시킴으로써 유전적 다양성을 증대시키는 현상을 자가불화합성이라고 한다.1)2) 지구상의 약 50%의 속씨식물에서 관찰된다. 속씨식물은 중복수정을 통하여 후대 종자를 형성하는데, 자가불화합성 식물체의 경우 중복수정 초기 단계에서 암술머리에 위치하는 세포들이 자신과 동일한 유전자형을 가지고 있는 꽃가루를 인식하게 된다. 그 결과 꽃가루관 성장을 정지시키거나 꽃가루 내의 핵산을 분해하여 자가수정을 방지한다.

십자화과, 가지과, 양귀비과에 속하는 식물체에서 보여지는 자가불화합성에 대한 유전적인 요인이 밝혀졌다.1)2) 이 식물들에서의 자가불화합성은 S-locus에 있는 다수의 유전자에 의해 조절된다. 한 종류의 유전자는 수술/꽃가루 특이적으로 발현하며, 다른 종류의 유전자는 암술 특이적으로 발현한다. 자가불화합성은 꽃가루 특이적 S-단백질이 암술머리(stigma)에서 발현하는 암술 특이적 S-단백질을 인식하는 단백질-단백질 상호작용에 의해서 일어난다. 자가불화합성은 식물 종에 따라 크게 배우자적 불화합성(gametophytic self-incompatibility)과 체세포적 불화합성(sporophytic self-incompatibility)로 구분한다.

체세포적 불화합성
자가불화합의 유무가 화분을 만드는 모기관인 꽃밥(anther)의 이배체에서 생성된 S-단백질과 암술의 이배체 세포가 만든 S-단백질의 상호작용에 의해서 일어난다. 꽃가루 생성 시 바깥쪽 막(pollen coat)은 이배체인 꽃밥의 S-locus에서 생성된 단백질을 포함하고 있고 이 단백질이 불화합성을 결정하게 된다.

체세포적 자가불화합성 (출처: )

배우자적 불화합성
자가불화합의 유무가 암술의 이배체 세포가 만든 S-단백질과 꽃가루의 반수체에서 만들어지는 S-단백질간 상호작용에 의해서 일어난다. 식물 자가불화합성에서 보다 보편적인 기작이다.

배우자적불화합성 (출처: )

십자화과 자가불화합성
십자화과는 체세포적 불화합성이 일어나며 자가불화합성이 결정되면 암술머리에서 꽃가루 신장이 거의 일어나지 않는 불화합이 초기에 결정되는 형태로 일어난다. 십자화과의 S-locus는 3개의 유전자(SRK, SP11, SLG)로 구성되어 있다.

자가불화합성기작 (출처:한국식물학회)

암술특이 결정자
십자화과에서 자가불화합성의 암술특이 결정자는 S-locus 당단백질(glycoprotein; SLGs)과 S-locus receptor kinase(SRK)들이다. SRK 단백질은 꽃가루 특이 결정자를 인식하며, SLG는 SRK의 활성을 증대시키는 역할을 한다. 두 유전자 모두 암술머리 특이적 유전자 발현양상을 보이며, 개화가 시작되기 직전에 유전자 발현이 시작된다.

수술특이 결정자
십자화과에서 자가불화합성의 수술 특이적 인자는 S-locus protein 11(SP11)과 S-locus cysteine-rich(SCR)로 밝혀졌다. 두 단백질 모두 약밥(tapetal cell)에서 특이적으로 발현한다. 꽃가루 성숙 과정 중 SP11과 SCR 단백질은 꽃가루막으로 이동, 집적하게되고 수분시 수술 특이적 인자로 역할한다.

신호전달체계
암술 특이적 인자인 SRK 단백질과 수술 특이적 인자인 SP11/SCR 단백질이 물리적 상호작용을 하며, 이를 통해 하위 신호전달체계가 활성화된다. SRK 단백질은 또 다른 암술머리 특이적 단백질인 Armadillo-repeat-containing 1(ARC1)와 결합한다. ARC1은 U-box E3 ligase를 암호화한다. ARC1은 SRK에 의해 인산화, 활성화가 순차적으로 일어나게 된다. 활성화된 ARC1은 암술머리에 존재하는 다양한 단백질의 ubiquitination을 일으키고, 그 결과 단백질 분해를 촉진하게 된다. 또 다른 단백질은 M locus protein kinase(MLPK)이며, 이 유전자의 돌연변이체는 자가화합성을 상실한다.

가지과 자가불화합성
가지과 자가불화합성은 배우자적 불화합성 형태로 일어나며 암술대(style)에서 꽃가루관 신장 저해에 의한 불화합성이다. 가지과의 S-locus는 두 개의 유전자(S-RNase와 SLF/SFB)로 이루어져 있다.

암술특이 결정자
가지과 자가불화합성의 결정자는 암술대 발현 특이적 S-locus ribonuclease(S-RNase)이다. 자가수분 시 S-RNase는 꽃가루관(pollen tube)내로 유입된 후 화분의 RNA를 분해하는 역할을 한다.

수술특이 결정자
S-locus F-box of haplotype(SLF)와 S-haplotype-specific F-box(SFB)가 가지과의 수술 특이적 결정자로 밝혀졌다. 이 단백질은 꽃가루에서 E3 ubiquitin ligase 역할을 할 것으로 예측되어진다.

양귀비과(Papaveraceae) 자가불화합성
양귀비과 자가불화합성도 배우자적 불화합성 형태로 일어나지만 가지과와는 다른 방식으로 일어난다. S-locus는 두 개의 유전자로 예측되고 있다. 암술 특이적 인자는 암술머리 특이적 세포외 단백질(S-proteion)로 알려졌으며, 수술 특이적 인자는 아직까지 밝혀지지 않았지만 칼슘 수송과 연관된 수용체인 S-protein binding protein(SBP)로 예측되고 있다. 두 인자 간의 의 결합은 꽃가루관 내의 칼슘농도를 급격히 증가시킨다. 그 결과 하위 신호전달체계가 활성화 된 후 꽃가루관 신장 억제 후 화분을 사멸시키는 것으로 알려졌다.

참고문헌

  1. Takayama S, Isogai A (2005) Self-incompatibility in plants. Annu Rev Plant Biol, 56: 467-89
  2. Silva NF, Goring DR (2001) Mechanisms of self-incompatibility in flowering plants. Cell Mol Life Sci, 58: 1988-2007
    출처
    제공처 정보
    식물학백과
    제공처 한국식물학회 http://www.kspb.kr/

1957년에 설립된 한국식물학회는 사회 일반의 이익에 공여하기 위하여 식물과학의 기초 및 응용에 관한 학술발전 및 지식의 보급을 위하여 활동하고 있으며, 과학과 기술의 진흥에 기여해 오고 있다. 매년 겨울과 가을에 정기 학술대회를 개최하며, SCIE에 등재된 Journal of Plant Biology를 발행하고 있다.
[네이버 지식백과] 자가불화합성 [self-incompatibility] (식물학백과)

유전적인 자가불화합성 (출처: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Genetics_of_Self-Incompatibility_(5169271315).jpg )
[네이버 지식백과]
자가불화합성 [self-incompatibility] (식물학백과)

두산백과
자가불화합성[ self-incompatibility , 自家不和合性 ]

요약 같은 꽃이나 같은 그루의 다른 꽃 화분이 수분하여도 여러 가지 이유로 수정하지 않는 현상으로 동형불화합성과 이형불화합성이 있는데, 전자는 암술과 수술에 아무런 형태의 분화가 없으며 후자는 암술과 수술 길이, 암술머리의 생김새, 화분 형태와 크기 등에서 분화가 나타난다. 이런 현상은 고등식물인 사과·배·복숭아·백합·피튜니아 등에서 많이 볼 수 있다.
양성화에서 암·수 양쪽의 생식기관이 동시에 성숙해도, 화분이 발아하지 못하고 화분관이 암술대로 들어가지 못하며 화분관의 생장속도가 느려지거나 멈추어 수정하지 못한다. 이런 현상은 고등식물인 사과·배·복숭아·백합·피튜니아 등에서 많이 볼 수 있다.

불화합성에는 동형불화합성과 이형불화합성이 있는데, 앞의 것은 암술과 수술에 아무런 형태의 분화가 없으며 뒤의 것은 암술과 수술 길이, 암술머리의 생김새, 화분 형태와 크기 등에서 분화가 나타난다. 동형불화합성은 포자체형과 배우체형으로 나누는데, 포자체형은 화분을 형성한 포자체의 유전자형이 발아를 막는 경우이며 배우체형은 정핵과 난세포가 수정한 뒤 배우자 사이에 나타나는 부조화로 생긴다.
[네이버 지식백과] 자가불화합성 [self-incompatibility, 自家不和合性] (두산백과 두피디아, 두산백과)

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