[표지로 읽는 과학] 고도에 적응하는 식물 유전자

네이처 제공

국제학술지 네이처는 16일 표지로 에콰도르 침보라소의 알타르 화산에서 자라는 식물의 모습을 실었다. 초록 잎사귀가 난 나무들과 갈색 관목들, 잔디가 깔린 너머로 높은 지형임을 상징하는 만년설이 쌓인 봉우리들이 보인다. 안데스산맥에 자리잡은 해발 5319m의 알타르 산 같은 극한 고도는 생명체들에겐 도전의 장소다. 고도가 높아질수록 산소가 부족하고 온도도 떨어지기 때문이다.

하지만 식물들은 극한 고도에 적응하면서 생명을 이어가고 있다. 꽃을 피우는 속씨식물들은 해발 6400m 높이까지 적응하며 자라기도 한다. 마이클 홀스워스 영국 노팅엄대 생명과학부 교수 연구팀은 15일 식물이 극한 고도에 적응하기 위해 산소의 대기 중 비율을 나타내는 부분압을 읽을 수 있도록 유전적으로 적응했다고 네이처에 발표했다. 연구결과는 1일 온라인으로 먼저 공개됐다.

연구팀은 유채와 토마토, 양귀비, 야생잔디 등 고지대와 저지대에 걸쳐 자라는 다양한 속씨식물군을 분석했다. 그 결과 속씨식물의 엽록소 전구체가 산소 부분압에 따라 정상 상태를 유지하는 수준이 다른 것으로 나타났다. 산소 부분압에 따라 엽록소 합성 초기 단계를 억제하는 화학물질을 분비해 광합성 수준을 조절하는 것이다.

연구팀은 주변 산소 수준을 확인해 성장 고도를 감지함으로써 내부 생화학적 과정을 최적하는 식물 유전자가 대부분 식물에서 발견되는 것을 확인했다. 기후변화로 야생종과 농작물이 낮은 온도를 쫓아 더 높은 고도로 이동하는 가운데 식물이 고도를 감지하는 유전적 원리는 더 높은 고도에서 작물이 자라는 능력을 향상시키는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

홀스워스 교수는 “대기 산소 수준이 고도 인식의 핵심 결정 요인인 것을 확인했다”며 “여러 식물 종에서도 같은 원리를 활용한다는 것은 식물 생태학에 새 패러다임을 제공한다”고 말했다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]