나고야 대학의 다카하시 요헤이 특임 준 교수와, 캘리포니아 대학 샌디에고교의 줄리안 슈로더 교수들은, 2 종류의 유전자에 코드되는 단백질 키나아제가 서로 결합·해리하는 것으로, 식물이 이산화탄소(CO2) 농도의 변화를 감지하고 있는 것을 세계에서 처음으로 밝혔다.
식물은 잎 표면의 기공을 통해 대기 중에서 이산화탄소 (CO2)를 흡수하여 광합성을 수행한다.이 때 기공을 개방하기 위해 수분의 대기 중으로의 유출도 촉진되지만, CO2 농도가 높은 환경에서는 기공을 폐쇄한다.이 때문에 식물에는 CO2의 농도 변화를 감지하여 기공의 개방 상태를 조절하고 CO2 획득에 따른 수분 손실의 비율을 제어하는 구조가 있다고 여겨지지만 식물의 "CO2 센서"의 실체 그리고 CO2 농도 변화의 감지 기구는 불명했다.
연구 그룹은 단백질 키나아제(단백질 인산화효소※) 중 MAP 키나아제 패밀리로 분류되는 MPK4/12와 Raf-like MAP3 키나아제 패밀리로 분류되는 HT1이라는 2개의 키나아제에 주목했다.모델 식물 애기장대를 이용한 해석에 의해, 고농도 CO2 환경에서는, MPK41/2와 HT1이 결합함으로써 기공을 폐쇄시켜 수분을 유지하고, 저농도 CO2 환경에서는 해리함으로써, 하류의 단백질 키나아제 CBC1 를 활성화시켜 기공을 개방하고, CO2 흡수를 효율화하는 것을 알았다.즉, 기공 개폐는 CO2 센서 MPK4/12-HT1 복합체가 CO2 농도 환경에 따라 결합·해리하여 발생하고 있었다.
이번 연구 성과는 오랫동안 알 수 없었던 식물의 CO2 센서를 동정하고 그 작용 기구를 해명한 것으로, 식물의 물 이용 효율(광합성으로 고정하는 CO2량과 증산으로 잃는 물의 양의 비율)이나 대기 CO2 흡수의 증진을 향한 장래의 신기술 개발의 기점으로서도 기대된다고 하고 있다.
※단백질에 인산기를 부가함으로써, 그 단백질의 활성이나 국재, 상호작용 등을 조절하는 효소.
