학문
식물이 외부 병원체 침입에 맞서 싸우는 방어 메커니즘이 궁금해요
식물은 동물처럼 이동성 면역 세포가 없는데도 곰팡이나 세균의 감염에 어떻게 대항하는지 궁금합니다. 감염 부위 세포를 스스로 죽이는 과민성 반응과 살리실산을 이용해 식물 전체로 방어 신호를 보내는 시스템성 획득 저항성이 알고 싶어요.
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 식물은 동물처럼 병원체를 찾아 이동하는 면역세포가 없지만, 각각의 세포가 병원체를 감지하고 스스로 방어할 수 있는 면역체계를 갖추고 있습니다. 식물의 방어는 크게 병원체가 침입하지 못하도록 막는 물리적 장벽과, 침입한 병원체를 감지한 뒤 활성화되는 세포 수준의 면역반응으로 나눌 수 있습니다.
이때 가장 먼저 작동하는 것은 표피, 큐티클, 세포벽 같은 물리적 방어벽인데요, 잎의 표면을 덮는 큐티클은 병원체가 식물 내부로 쉽게 들어가는 것을 막고, 세포벽 역시 세균이나 곰팡이의 침투를 어렵게 합니다. 기공 역시 중요한 방어 지점입니다. 식물은 기공을 단순히 기체가 드나드는 구멍으로 사용하는 것이 아니라, 주변에서 병원체의 신호를 감지하면 기공을 닫아 침입 가능성을 낮추기도 합니다.
병원체가 이러한 장벽을 뚫고 들어오면 식물세포는 병원체가 가진 특정한 분자적 특징을 인식합니다. 세균의 세포 구성 성분이나 곰팡이에서 유래한 물질 등이 감지되면 방어 신호가 활성화되고, 세포 내부에서는 활성산소가 빠르게 증가하며 방어 관련 유전자의 발현이 촉진되며, 결과적으로 세포벽을 더욱 단단하게 만들거나 항균성 물질인 파이토알렉신 등을 만들어 병원체의 증식을 억제합니다. 또한 말씀해주신 과민성 반응은 식물 면역에서 특히 흥미로운 방어 방식인데요, 병원체가 침입한 주변 세포가 스스로 죽어버리는 방식인데, 얼핏 보면 식물이 병원체에게 공격당해 세포를 잃는 것처럼 보입니다. 하지만 실제로는 감염 부위에 세포가 죽은 영역을 만들어 병원체가 살아 있는 주변 조직으로 퍼지는 것을 차단하는 효과가 있으며, 일종의 감염된 지역을 희생시켜 전체를 보호하는 방어 전략인 셈입니다.
이때 중요한 역할을 하는 물질 중 하나가 살리실산입니다. 감염이 발생하면 식물 내부의 살리실산 관련 신호체계가 활성화되고, 방어 유전자들의 발현이 촉진되는데요, 특히 감염 부위에서 만들어진 방어 신호는 식물체의 다른 부분으로 전달되어 아직 병원체에 감염되지 않은 조직도 방어 능력을 높일 수 있습니다. 이러한 현상을 시스템성 획득 저항성이라고 합니다. 시스템성 획득 저항성이 형성되면 식물의 다른 조직에서는 병원체에 대응하는 여러 방어 관련 유전자가 미리 활성화되기 쉬운 상태가 됩니다. 따라서 이후 같은 종류 또는 일부 다른 병원체가 공격했을 때 훨씬 빠르고 강한 방어반응을 일으킬 수 있습니다. 동물의 면역기억과 완전히 동일한 개념은 아니지만, 한번 감염을 경험한 식물이 이후의 공격에 대비해 전신적인 방어 상태를 갖춘다는 점에서 유사성이 있다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
식물은 세포막 수용체로 병원체 신호를 감지해 방어 유전자를 켜고 항균물질을 만듭니다. 강한 감염에는 주변 세포를 빠르게 죽이는 과민성 반응으로 확산을 막으며, 살리실산 신호로 식물 전체에 시스템성 획득 저항성을 유도합니다.