[표지로 읽는 과학] 옥수수 꽃가루 탄생의 비밀

미국 스탠퍼드대 연구팀은 옥수수 수꽃을 관찰해 세포단위에서 개별적으로 복잡한 단계를 거쳐 생식세포(꽃가루)를 만들어낸다는 사실을 알아냈다. 사진 브래드 넴스, 사이언스 제공

옥수수는 수꽃과 암꽃이 따로 핀다. 수꽃은 표지 사진처럼 줄기 끝에 총채처럼 퍼지며 피고, 암꽃은 옥수수 꽃봉오리 끝에서 수염처럼 자란다(옥수수 수염). 옥수수는 수꽃이 피었다가 진 다음 암꽃이 피기 때문에, 다른 식물개체의 꽃가루가 날아와 암꽃과 함께 수분한다. 그러면 암꽃이 갈색으로 변하면서 꽃의 개수만큼 옥수수알이 탄생한다.

국제학술지 '사이언스'는 5일 옥수수 수꽃의 모습을 담은 사진을 표지에 실었다. 미국 스탠퍼드대 생물학과 브래드 넴스 박사후연구원과 버지니아 월봇 교수팀은 옥수수 수꽃의 꽃밥을 관찰해 화분모세포가 꽃가루(화분)가 되기 위해 감수분열을 시작하는 순간, 세포 단위에서 얼마나 복잡한 단계를 거치는지 알아냈다.

연구진은 옥수수 수꽃의 꽃밥에서 감수분열 중인 화분모세포를 분리해 꽃가루로 발달하는 과정을 관찰했다. 그리고 단일세포 RNA 염기서열을 분석해 감수분열 초기 전사체가 어떻게 바뀌는지도 분석했다.

그 결과 화분모세포가 감수분열에 들어가는 최초 시기, 전사체가 여러 단계를 거쳐 변화한다는 사실을 알아냈다. 옥수수 유전자가 발현된 산물 5000개 중 약 26.7%에 해당하는 1335개가 이 과정을 거치면서 2배 이상 달라졌다. 

놀랍게도 체세포 분열에서는 이런 일이 일어나지 않았다. 동일한 유전자가 발현되더라도 각각 체세포 분열과 감수분열을 거치면서 다른 산물이 된다는 것이 밝혀졌다.

동물과 달리 식물은 발달 초기단계에 생식세포가 없으며, 번식기를 앞두고 필요할 때 만들어낸다. 또한 체세포와 감수분열 시 돌연변이가 발생해도 식물은 생식세포를 만들어낸다. 연구팀은 이 연구결과를 통해 식물은 개별 세포 단위에서 복잡한 단계를 거치면서 전사체들을 조절해 생식세포를 발달시키기 때문이라고 분석했다. 

[이정아 기자 zzunga@donga.com]