연구원들은 식물 사이의 눈에 보이지 않는 '공중 통신'을 비디오로 포착합니다.

스트레스를 받거나 위협을 받으면 식물은 "비명을 지르며" 작은 휘발성 물질을 방출하여 다른 식물에게 뭔가 잘못되었음을 알립니다. 새로운 연구에서는 이러한 방어 메커니즘이 어떻게 작동하는지와 녹색 식물이 특정 휘발성 유기 화합물(VOC)을 통해 경고 메시지를 보내는 방법을 설명합니다.

이 연구는 기계적으로 손상된 식물이 주변 식물에 다양한 방어 반응을 유도할 수 있는 휘발성 유기 화합물을 방출한다고 설명합니다. 이 VOC 기반 신호는 환경 위협으로부터 식물을 보호하도록 설계되었습니다. 그러나 지금까지 VOC 감각 전달의 정확한 메커니즘은 거의 알려지지 않았습니다.

유리 아라타니(Yuri Aratani)가 이끄는 사이타마 대학의 분자 생물학 전문 팀이 혁신적인 이미징 방법을 개발했습니다. 일본 연구자들은 부상을 입거나 곤충에 의해 피해를 입은 식물에서 방출된 휘발성 유기 화합물을 손상되지 않은 식물로 운반하기 위한 펌프를 설치하고 형광 현미경을 사용하여 진행 중인 생화학적 정보 전달 과정을 관찰했습니다.

과학자들은 토마토 식물의 잎과 일반적인 겨자 잡초인 Arabidopsis thaliana를 먹기 위해 애벌레(Spodopteralitura)에게 먹이를 주었습니다. 방출된 VOC는 곤충이 없는 두 번째 애기장대 식물로 옮겨졌습니다. 식물은 칼슘 이온의 흐름이 존재할 때 녹색 형광을 발하는 형광 바이오센서를 세포에서 발현하도록 유전적으로 변형되었습니다.

연구진은 이러한 칼슘 신호전달 방식이 인간 세포에서도 사용되는 의사소통의 한 형태이며, 식물 의사소통에도 효과적임을 확인했다. 이 연구에서는 손상되지 않은 식물이 손상된 식물로부터 휘발성 유기 화합물을 받으면 잎을 통해 파급되는 칼슘 신호 펄스를 보낸다고 설명합니다.

연구자들은 "녹색 잎 휘발성 물질"(Z-3-HAL 및 E-2-HAL)로 알려진 두 가지 공기 중 화합물을 확인했습니다. 이 화합물은 보호 세포, 엽육 세포(잎의 내부 조직) 및 표피 세포(가장 바깥층)의 잎에서 칼슘 농도를 증가시키는 원인이 됩니다. 기공(식물이 공기로부터 이산화탄소를 "호흡"하는 작은 구멍)을 닫는 식물 호르몬으로 처리했을 때 칼슘 신호 전달 과정이 크게 약화되었습니다.

사이타마현의 생물학자인 토요타 마사츠구는 이 연구가 마침내 식물이 공중의 경고 메시지에 반응하는 "언제, 어디서, 어떻게"라는 복잡한 이야기를 밝혀냈다고 믿습니다. 토요타는 인간에게 보이지 않는 이 미묘한 통신 네트워크가 식물의 방어 메커니즘에서 근본적인 역할을 한다고 말합니다.