최신 연구에 따르면 식물의 잎이 서로 접촉하면 생체 신호 네트워크가 형성되어 '이웃'에게 환경 스트레스에 대한 조기 경고를 보내며, 이를 통해 식물군 전체가 강한 빛 등 스트레스에 견디는 능력이 크게 향상되는 것으로 나타났다.능력. 연구팀은 이 현상이 식물 간의 관계에 대한 우리의 전통적인 이해를 변화시킬 것으로 예상된다고 지적했습니다. 식물은 단순한 경쟁자가 아니라 열악한 환경에서 "따뜻함을 위해 함께 모이는 것"입니다.
이 연구는 미주리 대학의 식물학자 Ron Mittler 팀에 의해 완료되었습니다. 이 논문은 사전 인쇄 플랫폼 BioRxiv에 게시되었지만 아직 동료 검토를 거치지 않았습니다. 그들은 모델 식물인 애기장대(Arabidopsis thaliana)를 대상으로 선택하고 식물을 두 그룹으로 나누어 한 그룹은 잎이 서로 닿을 정도로 매우 가깝게 심었고, 다른 그룹은 잎이 서로 닿지 않도록 일정 거리를 두고 심었습니다.
연구진은 이러한 '잎사슬'을 확립한 뒤 강한 햇빛과 유사한 고강도 빛으로 두 그룹의 식물에 스트레스를 준 뒤 전해질 누출과 잎의 안토시아닌 함량을 측정해 손상 정도를 평가했다. 전해질의 누출이 많을수록 세포막의 손상이 심각해지고, 안토시아닌의 축적은 식물이 빛 스트레스를 받고 있음을 나타내는 대표적인 지표입니다.
그 결과, 잎이 서로 접촉한 식물은 잎 손상이 적고 안토시아닌 축적이 적으며 빛 스트레스에 대한 저항성이 더 높은 것으로 나타났습니다. 반대로, 서로 접촉하지 않고 단독으로 자란 식물은 안토시아닌 수치가 상당히 높았고 피해도 더 심각했습니다. Mittler는 식물 중 하나에 자극이나 스트레스를 가하면 접촉하는 모든 식물에 신호를 보내 전체 "터치 네트워크"의 개인이 더 관대해지도록 한다고 Mittler는 말합니다.
이르면 2022년 초, 서로 접촉한 식물이 지상부 사이에 전기 신호를 전송할 수 있다는 연구 결과가 입증됐다. 이를 바탕으로 이 연구는 다음과 같은 질문을 더 던졌습니다. 식물의 스트레스 저항성을 강화하는 데 단순한 "접촉" 자체가 충분한가요? 그 메커니즘을 밝히기 위해 연구팀은 화학적 신호를 정상적으로 전달할 수 없는 유전자 변형 돌연변이를 도입하고, 신호를 보내는 '발신자', 중간의 '매개자', 마지막의 '수신자' 등 세 식물로 구성된 '신호 사슬'을 설계했다.
중간 식물이 야생형으로 대체되었을 때 최종 수용자는 가벼운 스트레스로부터 보호받을 수 있었습니다. 중간체가 결함이 있는 돌연변이로 대체되었을 때 말단 식물은 이러한 보호 층을 잃었습니다. 이는 접촉 사이의 화학적 신호 전달이 스트레스에 대한 저항력 강화에 중요하다는 것을 나타냅니다. 이 실험 설계는 또한 과산화수소의 주요 역할을 지적합니다. 관련 분비는 식물 개체군의 저항성을 향상시키는 핵심 연결고리로 간주됩니다.
전통적인 견해는 식물이 공간, 빛, 영양분을 두고 경쟁하는 관계에 가깝다는 것입니다. Mittler는 진화론적인 "교환" 관점을 제안했습니다. 포식자가 많고 환경적 압박이 높은 상황에서 그룹으로 성장하고 물리적 접촉을 유지하면 전반적인 생존 가능성이 더 높아질 수 있습니다. 압박감이 거의 없고 자원이 충분한 이상적인 환경에서는 혼자 성장하는 것이 개인의 자원 활용을 극대화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이번 연구에 참여한 코넬대학교 식물생물학자 피유시 자인(Piyush Jain)은 이번 연구에서 채택된 실험 설계가 "사려 깊고 독창적"이며 아직 상대적으로 알려지지 않은 지상 식물 간의 의사소통 경로를 더 탐색하는 데 도움이 되었다고 말했습니다. 그는 이 디자인이 오랜 질문, 즉 과도한 빛 스트레스에 저항하는 식물의 능력에서 화학적, 전기적 신호의 역할에 대한 답이라고 언급했습니다.
이 연구가 아직 인쇄 전 단계에 있고 그 결론은 더 독립적인 실험을 통해 검증될 필요가 있지만 환경 스트레스 하에서 식물이 어떻게 "서로를 지원"하는지에 대한 새로운 단서를 제공했습니다. 관련 메커니즘이 더욱 명확해짐에 따라 농업 재배 및 작물 배치 시 식물 간의 접촉으로 인해 발생하는 '자연적 공동 방어 시스템'을 사람들이 보다 의식적으로 활용할 수 있게 될 수 있습니다.