Divergence of a Nodulation-Related Gene, GmNARK among Legume Species

Abstract

공기 중의 질소분자는 작물이 직접 이용할 수 없어 콩과작물의 뿌리에 공생하는 뿌리혹박테리아는 공기 중의 질소를 질산염 형태로 만들어 식물이 아미노산이나 단백질을 합성할 수 있게 해준다. 뿌리혹박테리아가 식물의 뿌리에 침입하면 박테로이드(bacteroid)의 형태로 고정되어 군데군데 크고 뚱뚱한 모양의 뿌리혹(Nodule)을 형성한다. 뿌리혹의 수가 증가하여 콩과작물의 질소고정이 늘어나면 생장이 증가하여 수량증대가 가능하다. GmNARK는 뿌리혹의 수를 조절(Autoregulation)하는 콩의 대표적인 유전자이다. 뿌리혹이 형성된 뿌리에서 뿌리혹박테리아가 Q signal이라는 신호를 줄기로 전달하면 GmNARK로부터 만들어진 LRR receptor kinase가 이 신호에 반응하여 SDI신호를 유도하고, 이는 다시 뿌리로 전달되어 뿌리혹의 형성을 억제한다. GmNARK는 Q signal 신호수용에 관련된 LRR 도메인, 세포막에 단백질을 고정시켜주는 Transmembrane 도메인, 뿌리혹 수 조절 신호를 전달하는 Kinase 도메인으로 구성되어 있다. 콩 이외의 콩과작물의 유전자 중에서 이와 같은 세 가지 도메인을 공통적으로 가지고 있는 homolog(진화 과정에서 유효한 관계가 있는 유전자들이나 단백질을 나타냄)들은 애기장대의 AtCLV1, 알팔파의 MtSUNN, 벌노랑이의 LjHAR1 등이 있다. 이 연구의 목적은 녹두와 팥을 비롯한 다양한 콩과작물에서 위의 GmNARK 유전자의 homolog들을 찾고, 이를 애기장대의 AtCLV1, 알팔파의 MtSUNN, 벌노랑이의 LjHAR1 등과 같은 콩과의 다른 homolog들과 비교하여 이들 사이의 유연관계를 밝히는 것이다. 이를 통해 콩과작물의 질소비료를 줄일 수 있는 방안을 모색하고, 생육과 수량이 우수한 작물을 육종하는 데에 기여할 것으로 기대할 수 있다.