일본 고베 대학 및 기타 기관의 연구팀은 최근 거의 완전히 지하에 서식하는 외래 식물인 발라노포라(Balanophora)에 초점을 맞춘 최신 결과를 발표했습니다. 이 식물은 오랫동안 광합성을 포기했고 일부 종은 더 이상 유성 생식도 거의 하지 않았으며 여전히 자연 생태계에서 성공적으로 생존하고 확산되고 있습니다.

연구에서는 뱀 식물이 일반적인 식물처럼 에너지를 얻기 위해 광합성을 위해 엽록체에 의존하지 않는다는 점을 지적했습니다. 대신 기생 식물로 작용하여 다른 식물의 뿌리 깊숙이 자신의 하스토리아를 삽입하고 숙주가 제공하는 영양분을 직접 흡수합니다. 대부분의 경우 어둡고 습한 지하 토양에 숨어 있으며 개화기 동안 잠깐 동안만 "나타납니다". 더욱 극단적인 것은 이들 종 중 일부가 거의 전적으로 무성 생식으로 전환하여 수정 없이 형성되는 종자로만 개체군을 유지한다는 것입니다.

고베 대학의 식물학자 스에츠구 겐지씨는 자신의 장기적인 목표는 "'식물'이라는 개념의 진정한 의미를 다시 생각해 보는 것"이라고 말했습니다. 그래서 그는 특히 광합성을 포기한 식물에 매료되었습니다. 그는 이 극적인 진화 과정에서 식물의 게놈, 세포 구조, 번식 방식에 어떤 깊은 변화가 일어났는지 뱀뱀 연구를 통해 밝히고자 한다.

이 연구의 핵심 중 하나는 계통발생 관계, 색소체 게놈 진화, 생식 전략과 뱀뱀의 서식지 조건 간의 일치성을 최초로 체계적으로 통합한 것입니다. 연구팀은 과거 산발적인 연구가 게놈 감소, 생태적 적응, 번식 방법에 집중됐지만, 이 세 가지 단서를 동일한 틀에서 종합적으로 검토하지 못했다고 지적했다.

연구진은 가파르고 습한 산림에서 수년간의 현장 조사를 통해 많은 수의 샘플을 축적했으며 현지 자연 관찰자와의 장기적인 협력에 의존했습니다. 동시에 그들은 오키나와 과학 기술 연구소 대학원 대학 및 기타 기관의 고도로 감소된 게놈을 전문으로 하는 연구팀과 협력하여 여러 종의 뱀 곰팡이에 대한 계통 발생 및 색소체 게놈 분석을 완료했습니다. 결과는 테스트된 모든 종들이 극도로 "슬림" 색소체 게놈을 가지고 있으며 이러한 "최소화"는 이 그룹의 공통 조상 동안 발생했으며 이후 다양한 기존 종으로 분화되었음을 보여줍니다.

표면적으로 이러한 색소체는 "사멸" 직전에 있는 것처럼 보이지만 추가 분석에 따르면 많은 수의 단백질이 여전히 합성되어 색소체로 운반되는 것으로 나타났습니다. 이는 광합성 기능이 완전히 포기되었음에도 불구하고 색소체는 여전히 대사 과정에서 중요한 역할을 하며 여전히 식물 세포에서 없어서는 안 될 핵심 구조 중 하나임을 나타냅니다. 따라서 연구팀은 뱀뱀이 "게놈을 최대한 압축한다는 전제 하에 색소체의 필수 대사 기능을 유지하는" 극단적인 사례를 보여주며, 이는 식물 소기관 기능의 유지와 상실의 경계를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다고 믿고 있다.

이번 연구에서는 일반적인 광합성의 상실과 달리 무성생식 능력은 뱀뱀에서 여러 차례 독립적으로 진화한 특징이라는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 수분 매개자나 짝 개체 없이 직접 무성생식으로 씨앗을 형성하는 능력이 이 분류군의 초기 확산에 중요한 역할을 하여 일본 혼슈에서 오키나와를 거쳐 대만에 이르는 일련의 섬과 산 환경으로 퍼질 수 있었을 것이라고 추측합니다.

Kenji Suetsugu는 지난 10년 동안 뱀 머리 수분과 씨앗 분산에 대한 연구를 통해 낙타 귀뚜라미나 바퀴벌레와 같이 겉보기에 "눈에 띄지 않는" 절지동물이 수분과 분산에 예기치 않게 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다고 지적했습니다. 그러나 수분 매개자가 드물거나 개체가 극도로 분산되어 있는 환경에서는 무성 결실이 번식 성공을 보장하는 "보조" 메커니즘이 되는 경우가 많으며 일부 종에서는 점차 주요 또는 거의 유일한 번식 방법으로 진화했습니다.

"계통유전학은 뱀뱀의 진화 역사, 환원된 색소체의 대사 유지, 의무적 사구체의 기원을 명확히 한다"라는 제목의 이번 연구는 식물학 저널인 "New Phytologist"에 게재되었습니다. 이 논문은 비광합성 기생 식물이 어떻게 소기관 기능을 유지하고, 생태적 틈새에 적응하고, 번식 전략을 최적화하는지 이해하기 위한 새로운 관점을 제공할 뿐만 아니라, 기생 식물과 기주 사이의 상호 작용 메커니즘을 추가로 분석하기 위한 중요한 기초로 간주됩니다.

Kenji Suetsugu는 그와 같은 사람들이 오랫동안 어둡고 습한 숲에서 지하 식물을 추적해 온 사람들에게 그들의 "이야기"가 게놈 수준에서 점차적으로 연결되는 것을 보는 것이 특별한 의미가 있다고 말했습니다. 연구의 다음 단계는 이 게놈 결과를 특정 생화학적 대사 측정과 결합하여 뱀 색소체가 생산하는 대사 산물과 이러한 제품이 숙주 뿌리 시스템 내에서 성장하고 기생 생활 방식을 유지하는 데 어떻게 도움이 되는지 알아내는 것입니다.

/ScitechDaily에서 편집됨