학문
냉철한라마35
식물이 계절과 밤낮 길이를 인식해 꽃을 피우는 광주기성이 궁금해요
장일식물과 단일식물이 계절 변화에 따라 개화 시기를 결정할 때, 실제로는 낮의 길이가 아니라 지속적인 암기의 길이가 핵심이라는 사실이 궁금합니다. 피토크롬 색소가 빛을 감지하여 플로리겐 개화 호르몬을 형성하는 원리가 알고 싶어요.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요, 냉철한라마35님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 식물이 계절에 맞춰 꽃을 피우는 광주기성은 낮의 길이가 아닌 지속적인 밤의 길이가 결정하며, 잎의 피토크롬이 빛을 감지해 개화 유도 물질인 플로리겐을 만들어 줄기 끝 생장점으로 보내는 정교한 신호 전달 기작이랍니다.
■ 한계 암기의 지속성과 광중단 현상
단일식물과 장일식물을 가르는 핵심 기준은 낮이 아니라 연속된 어둠의 길이입니다. 국화 같은 단일식물은 밤의 길이가 특정 기준인 한계 암기보다 길어야 꽃이 피는데요. 반대로 시금치 같은 장일식물은 밤의 길이가 한계 암기보다 짧아야 개화합니다. 긴 밤 중간에 잠깐 붉은빛을 비추는 광중단이 발생하면, 단일식물은 어둠이 끊겨 개화하지 못하고 장일식물은 밤이 짧아진 것으로 여겨 꽃을 피우는데요. 결국 식물은 낮의 길이가 아니라 방해받지 않는 밤의 지속 시간을 측정한답니다.
■ 피토크롬의 광전환과 플로리겐 이동
빛을 감지하는 센서는 잎 세포 속 광수용 단백질인 피토크롬입니다. 피토크롬은 적색광을 흡수하는 불활성형과 원적색광을 흡수하는 활성형으로 교대 변환되는데요. 낮 동안 햇빛을 받아 활성화된 피토크롬은 생체 시계 유전자와 상호작용하여 개화 신호를 조절합니다. 개화 조건이 갖춰지면 잎의 체관 조직에서 개화 유도 단백질인 에프티(FT), 즉 플로리겐이 합성되는데요. 이 단백질이 체관을 타고 줄기 끝 분열조직으로 이동해 꽃눈 형성 유전자를 켜면서 마침내 꽃이 피어난답니다.
정리하자면,
식물의 개화는 낮이 아닌 연속적인 밤의 길이에 의해 결정되며, 잎의 피토크롬이 명암 주기를 감지해 합성한 플로리겐 단백질이 줄기 끝 생장점으로 이동하여 꽃눈을 분화시키는 과학적 원리로 이루어집니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
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채택된 답변광주기성의 핵심은 낮의 길이가 아니라 연속된 밤의 길이입니다.
식물 잎에 있는 피토크롬 색소가 적색광과 원적색광의 빛을 감지하는 스위치 역할을 합니다.
낮 동안 태양광을 받으면 피토크롬은 활성형인 Pfr 상태로 전환되지만, 밤이 되면 Pfr은 비활성형인 Pr 상태로 천천히 돌아가며 밤의 길이를 측정합니다.
그래서 밤 중간에 짧은 빛을 비추면 식물은 밤이 끊어진 것으로 인식해 개화가 억제되거나 반대로 촉진되기도 하죠.
이는 식물에 따른 차이인데, 국화나 코스모스 같은 단일식물은 연속적인 밤이 임계 시간보다 길어야 개화하고, 시금치나 상추 같은 장일식물은 연속적인 밤이 임계 시간보다 짧아야 개화합니다.
그래서 측정된 암기 조건이 맞으면 생체시계 단백질이 안정화되고 FT 유전자가 활성화되는데, FT 유전자에서 만들어진 단백질이 바로 개화 호르몬인 플로리겐입니다.
이후 플로리겐은 체관을 통해 줄기 끝 생장점으로 이동하여 잎 대신 꽃눈을 만들도록 지시하는 것입니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
광구기성은 대개 낮보다 연속된 밤의 길이를 기준으로 개화를 조절합니다. 잎의 피토크롬이 빛의 파장을 감지해 생체시계와 함께 FT유전자 발현을 조절하고, 만들어진 플로리겐 단백질이 생장점으로 이동해 꽃눈 형성을 촉진합니다.
안녕하세요. 질문해주신 식물의 광주기성은 식물이 계절의 변화를 감지하여 적절한 시기에 꽃을 피우도록 하는 매우 정교한 생체시계 시스템입니다. 흔히 장일식물은 낮이 길어질 때, 단일식물은 낮이 짧아질 때 꽃이 핀다고 표현하지만, 정확하게는 식물이 연속적으로 유지되는 암기의 길이를 측정하는 것이 핵심입니다. 예를 들어 단일식물은 일정 시간보다 긴 연속적인 밤이 유지되어야 개화가 촉진되고, 그 밤을 중간에 짧은 빛으로 끊어주면 개화하지 않는 경우가 있습니다. 따라서 식물에게 밤은 단순히 빛이 없는 시간이 아니라 계절을 판별하는 중요한 신호입니다.
이 과정에서 중요한 역할을 하는 것이 피토크롬이라는 광수용체인데요, 피토크롬은 적색광과 근적외광을 감지하면서 서로 다른 두 형태 사이를 전환합니다. 낮 동안 빛을 받은 식물에서는 피토크롬의 형태가 변화하고, 밤이 되면 어둠 속에서 다시 다른 형태로 전환됩니다. 식물은 이러한 변화와 자신의 생체시계를 함께 이용해 현재 밤이 얼마나 지속되고 있는지를 판단합니다.
빛과 생체시계의 정보는 잎에서 개화 신호를 조절하는 유전자들의 발현에 영향을 줍니다. 특히 장일식물에서는 특정 조건에서 CONSTANS라는 전사인자의 활성이 증가하면서 개화 유전자인 FLOWERING LOCUS T의 발현이 촉진되는데요, 이때 FT 단백질이 흔히 식물의 플로리겐으로 불리는 개화 신호의 핵심 성분입니다. FT는 잎에서 만들어진 뒤 체관을 통해 생장점으로 이동하여 다른 단백질과 함께 개화 프로그램을 활성화합니다.
단일식물에서는 이러한 광주기 신호가 반대 방향으로 작용하여 충분히 긴 암기가 유지되었을 때 개화 신호가 활성화됩니다. 감사합니다.