학문
냉철한라마35
식물의 중력 자라남 굴중성 현상에서 침강성 녹말체의 역할이 궁금해요
식물의 뿌리는 땅 밑 방향으로 자라고 줄기는 위쪽으로 자라는 굴중성 반응에서 중력을 감지하는 세포 내부 구조가 궁금합니다. 뿌리골 세포에 위치한 녹말체(평형석)가 중력 방향으로 침강하면서 옥신 분포를 바꾸는 원리가 알고 싶어요.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요, 냉철한라마35님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 식물이 중력을 감지하여 뿌리는 땅속으로, 줄기는 하늘로, 자라게 하는 굴중성의 핵심은 뿌리골무 세포 속 무거운 녹말체가 중력에 따라 가라앉으면서 성장 호르몬인 옥신을 한쪽으로 쏠리게 재배치하기 때문이랍니다.
■ 평형세포 속 녹말체의 침강과 생체 신호 전달
뿌리 맨 끝을 감싸는 뿌리골무의 중심부에는 중력을 감지하는 특수한 평형세포들이 모여 있습니다. 이 세포 안에는 녹말 알갱이를 가득 채워 세포질보다 비중이 훨씬 무거운 녹말체, 즉 아밀로플라스트가 자리 잡고 있는데요. 화분이 옆으로 기울어지면 무거운 녹말체들이 중력에 이끌려 세포 바닥 쪽으로 천천히 가라앉습니다. 침강한 녹말체는 세포벽 근처의 소포체와 액틴 필라멘트 같은 세포골격을 물리적으로 누르고 자극하는데요. 이 물리적 압력이 칼슘 이온의 유입을 유도하면서 세포 내 화학 신호로 빠르게 전환된답니다.
■ 핀 단백질의 재배치와 조직별 옥신 반응 차이
칼슘 신호가 켜지면 옥신을 세포 밖으로 퍼내는 핀(PIN) 단백질 수송체가 중력 방향인 세포 아래쪽 세포막으로 신속히 이동합니다. 그 결과 성장 호르몬인 옥신이 뿌리의 아래쪽 세포층으로 집중적으로 배출되고 축적되는데요. 여기서 뿌리와 줄기의 옥신 민감도 차이가 자라나는 방향을 완전히 갈라놓습니다. 줄기 세포는 옥신 농도가 높을수록 세포 신장이 촉진되지만, 뿌리 세포는 옥신에 매우 민감하여 고농도의 옥신이 오히려 세포의 길이 생장을 억제합니다. 결국 옥신이 적은 뿌리 위쪽 세포만 활발하게 길쭉해지면서 뿌리 끝이 땅 밑을 향해 아래로 휘어 자라게 되거든요.
정리하자면,
뿌리골무 평형세포의 무거운 녹말체가 중력을 받아 아래로 침강하면 핀 단백질을 통해 옥신이 아래쪽으로 집중 이동하며, 뿌리 세포는 고농도 옥신에 의해 신장이 억제되어 위쪽 세포만 길어짐으로써 땅속을 향해 굽어 자라는 정교한 생체 조절을 완성합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
뿌리골무의 평형세포에서는 녹말체가 중력 방향으로 가라앉아 PIN 단백질의 위치를 바꾸고, 옥신이 아래쪽에 더 모이게 합니다 .뿌리에서는 높은 옥신이 세포 신장을 억제 해 위쪽이 더 자라 아래로 굽고, 줄기에서는 반대로 신장을 촉진해 위로 굽습니다.
식물의 굴중성은 뿌리 끝 뿌리골 세포에 위치한 고밀도 녹말체 평형석의 물리적 침강으로 발생하는 현상입니다.
식물이 기울어지면 세포질보다 밀도가 높은 녹말체가 중력 방향으로 침강하게 됩니다.
그럼 침강하는 녹말체가 세포 내 소포체 및 소포체-세포골격 네트워크를 압박하여 물리적 신호를 발생시키는데, 이 자극으로 LAZY 단백질과 옥신 배출 수송체인 PIN 단백질이 세포의 아래쪽 세포막으로 집중적으로 이동합니다.
그럼 아래쪽에 집중된 PIN 수송체에 의해 성장 호르몬인 옥신이 줄기나 뿌리의 아래쪽 방향으로 집중 배출됩니다.
그 결과 아래쪽에 축적된 고농도 옥신이 세포 신장을 억제하여, 위쪽 세포가 더 빨리 자라 뿌리가 땅속으로 휘는 양성 굴중성이 발생하게 되고, 아래쪽에 축적된 옥신이 세포 신장을 촉진하여, 아래쪽 세포가 더 빨리 자라 줄기는 위으로 휘는 음성 굴중성이 발생하게 됩니다.