식물 세포는 접촉을 감지할 수 있습니다

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신경이 없어도 식물은 무언가가 자신에게 닿고 놓아주는 때를 감지할 수 있다고 워싱턴 주립대학교가 주도한 연구에서 밝혀졌습니다.

일련의 실험에서 개별 식물 세포는 다른 식물 세포에 칼슘 신호의 느린 파동을 보냄으로써 아주 미세한 유리 막대의 접촉에 반응했으며, 해당 압력이 해제되면 훨씬 더 빠른 파동을 보냈습니다. 과학자들은 식물이 접촉에 반응할 수 있다는 것을 알고 있었지만, 이번 연구에서는 식물 세포가 접촉이 시작되고 종료될 때 서로 다른 신호를 보내는 것으로 나타났습니다.

WSU 생물학과 교수이자 교수인 Michael Knoblauch는 "식물 세포가 얼마나 섬세하게 민감한지, 즉 무언가가 닿으면 식별할 수 있다는 것은 매우 놀라운 일입니다. 그들은 압력을 감지하고, 압력이 방출되면 압력 강하를 감지합니다."라고 말했습니다. Nature Plants 저널 연구의 수석 저자입니다. "식물이 동물과 매우 다른 방식으로, 신경 세포 없이 아주 미세한 수준으로 이런 일을 할 수 있다는 것은 놀라운 일입니다."

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Knoblauch와 그의 동료들은 상대적으로 새로운 기술인 칼슘 센서를 포함하도록 특별히 사육된 유채과 야채와 담배 식물을 사용하여 12개 식물에 대해 84번의 실험을 수행했습니다. 이 식물 조각을 현미경 아래에 놓은 후, 그들은 본질적으로 사람 머리카락 크기 정도의 작은 유리 막대인 마이크로 캔틸레버를 사용하여 개별 식물 세포에 약간의 접촉을 가했습니다. 터치의 힘과 지속 시간에 따라 복잡한 반응이 많이 보였지만 터치와 제거의 차이는 분명했습니다.

세포에 접촉을 가한 지 30초 이내에 연구자들은 세포질 칼슘이라고 불리는 칼슘 이온의 느린 파동이 해당 세포에서 인접한 식물 세포를 통해 약 3~5분 동안 이동하는 것을 보았습니다. 접촉을 제거하면 1분 이내에 소멸되는 보다 빠른 파동이 거의 즉각적으로 나타납니다.

저자들은 이러한 파동이 세포 내부의 압력 변화로 인해 발생하는 것으로 믿고 있습니다. 투과성 막을 가진 동물 세포와 달리 식물 세포 역시 쉽게 뚫리지 않는 강력한 세포벽을 갖고 있어 가볍게 접촉하는 것만으로도 일시적으로 식물 세포의 압력이 증가합니다.

연구자들은 작은 유리 모세관 압력 프로브를 식물 세포에 삽입하여 압력 이론을 기계적으로 테스트했습니다. 세포 내부의 압력이 증가하거나 감소하면 접촉이 시작되고 중지될 때 유사한 칼슘 파동이 발생합니다.

"인간과 동물은 감각 세포를 통해 접촉을 감지합니다. 식물의 메커니즘은 내부 세포 압력의 증가 또는 감소를 통해 나타나는 것으로 보입니다."라고 Knoblauch는 말했습니다. "그리고 그것이 어떤 세포인지는 중요하지 않습니다. 우리 인간에게는 신경 세포가 필요할 수 있지만 식물에서는 표면의 모든 세포가 이것을 할 수 있습니다."

이전 연구에 따르면 애벌레와 같은 해충이 식물 잎을 물면 잎의 맛을 떨어뜨리거나 심지어 해충에게 독성을 갖게 만드는 화학 물질을 방출하는 등 식물의 방어 반응을 시작할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이전 연구에서도 식물을 닦는 것이 다른 유전자를 활성화하는 칼슘 파동을 유발한다는 사실이 밝혀졌습니다.

현재 연구에서는 접촉과 놓아주기 사이의 칼슘파를 구별할 수 있었지만 식물의 유전자가 해당 신호에 정확히 어떻게 반응하는지는 아직 밝혀지지 않았습니다. 이 연구에 사용된 칼슘 센서와 같은 새로운 기술을 통해 과학자들은 그 미스터리를 풀 수 있다고 Knoblauch는 말했습니다.

"향후 연구에서는 어떤 신호(만지거나 손을 떼는 경우)가 다운스트림 이벤트를 트리거하는지 알기 위해 이전에 수행된 것과 다른 방식으로 신호를 트리거해야 합니다."라고 그는 말했습니다.

참고 자료: Howell AH, Völkner C, McGreevy P 등. 포장 세포는 접촉과 놓아주기를 구별합니다. Nat 식물. 2023. 도이:10.1038/s41477-023-01418-9