「마녀의 잡초」로서 두려워하는 스트라이가 등의 하마우츠보과의 기생 식물은, 숙주 식물의 퀴논 화합물을 인식하는 것으로 기생을 개시해, 수분이나 양분을 횡단해 곡물의 수확량을 대폭 줄인다.지금까지 기생 식물이 어떻게 퀴논 화합물을 인식하는지, 또 비기생 식물도 퀴논 화합물을 인식할 수 있는지는 불분명했지만, 이번에 식물에서의 퀴논 화합물의 인식에 관여하는 새로운 수용체가 발견되었다.이화학연구소와 중부대학의 공동연구팀이 발표했다.
본 연구자들은 우선 비기생 식물의 애기장대에게 퀴논 화합물의 DMBQ를 투여하면 세포 내의 칼슘 이온 농도가 상승하는 것을 확인.그래서 세포내 칼슘 농도의 마커를 이용하여 DMBQ에 반응하지 않는(퀴논 화합물을 인식할 수 없는) 변이체를 특정하고, 전체 게놈 시퀀싱 해석을 실시한 결과, 원인 유전자 CARD1의 동정에 성공하였다. CARD1은 수용체-유사 키나아제를 암호화하고, 퀴논 화합물의 인식에 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다고 한다.
또한 CARD1 의존성의 발현 유전자가 상처, 면역, 스트레스에 대한 반응에 관여하고 있으며, CARD1 변이체에서는 병원균에 대한 저항성이 저하되는 것도 발견.미생물은 다량의 퀴논 화합물을 생산하는 것으로 알려져 있기 때문에, CARD1은 퀴논 화합물을 인식함으로써 병원체에 대한 방어 반응을 유도할 수 있다.
게다가, 스트라이가와 같은 하마우츠보과의 기생 식물 코시오가마에서도, DMBQ 처리시에 세포내 칼슘 농도가 상승하여, 이것이 코시오가마의 흡기(기생하기 위한 특수 기관) 형성에 중요한 역할을 하는 것이 판명되었다.코시오가마와 스트라이가의 CARD1 상동 유전자를 애기장대의 CARD1 변이체에 도입하면, DMBQ 인식 기능을 상보할 수 있었기 때문에, 기생 식물에서도 마찬가지로 퀴논 화합물이 인식되고 있는 것이 나타났다.
본 성과는 향후 기생 식물의 기생 기구의 이해와 새로운 방제법의 개발, 및 식물의 면역 기구의 해명과 병원 내성의 향상 등에 기여할 것으로 기대된다.
논문 정보:【Nature】Quinone perception in plants via leucine-rich-repeat receptor-like kinases
