식물의 면역체계가 지닌 대가

Science

식물의 면역체계가 지닌 대가

장종엽엔에스 2014. 12. 1. 14:29

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=253476&cont_cd=GT
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-11-27
식물들은 다수의 병원균(pathogen)에 의해 영원히 공격을 받아가며 생존하고 있다. 곰팡이, 박테리아, 바이러스 및 다른 병원균들과의 전투에서 승리하기 위해 식물들은 복잡하면서도 효과적인 면역 시스템(immune system)을 개발해왔다. 인간과 마찬가지로 이들도 식물 자신의 단백질이 외래의 것으로 인지되는 경우 이들의 타깃에 과하게 면역 작용이 일어나기도 한다. 그러한 자가면역반응들은 조직에 문제를 일으키거나 성장을 억제하기도 하며 이 두 가지 경우가 함께 나타나기도 한다. 독일, 튀빙엔 막스플랑크 생물학연구소(Max Planck Institute for Developmental Biology in Tübingen, Germany)의 연구자들은 이제 자가면역의 가장 일반적인 범인을 찾고자 하는 연구를 수행했다. 결과는 놀랍게도 면역 시스템 자신에 존재하는 요소들이 다른 면역 수용체들을 침입자로 오인하는 것으로 나타났다. 동물의 경우와 유사하게, 식물에 있어서의 면역은 다양한 면역 수용체에 의존한다. 이와 관련해 막스플랑크 생물학연구소(Max Planck Institute for Developmental Biology)는 "식물들은 종종 NLR 면역 유전자(NLR immune gene)라 불리는 것들을 수백 개 가지고 있으며 이들 각각은 자신의 고유한 NLR 세포를 지니고 있다. 결과적으로 이로 인해 미생물 특유의 저항성 스펙트럼이 만들어진다"고 말했다. 이러한 방식을 이용해 식물들은 성공적으로 다양한 병원균들을 물리칠 수 있다. 이들 각각이 고유한 인지 스펙트럼을 지니고 있기 때문에 병원균이 이들 전체를 모두 피하는 것은 매우 어렵다. 하지만 이러한 엄청난 다양성은 또한 문제를 일으킬 수도 있는데 문제가 일어나면 식물들은 자신의 단백질과 외래의 단백질들을 구분하지 못하고 모두 공격한다. 이러한 문제는 특히 교배를 통해 태어난 자손에서 서로 다른 두 개의 면역 시스템이 존재하는 경우 일어난다. 교배가 일어난 후, 자가면역의 유전적인 기준을 연구하기 위해 막스플랑크 생물학연구소의 연구자들은 자연종 아라비돕시스 사이에서 6400개의 교배종을 만들어냈다. 모식물주들은 전세계의 다양한 곳에서 얻었고, 그 종의 모든 유전적인 밴드갭(bandgap)을 커버할 수 있을 정도의 수였다. 그런 다음 교배종들을 대상으로 이들 사이에서 자가면역의 증거를 찾아보았다. 대략 50번의 교배를 거쳐 자가면역 증상이 나타나기 시작했다. 대부분의 경우에서 교배종들은 시딩(seeding) 전에 죽었고 더 이상의 교배가 불가능했다. 이러한 현상은 병원균이 없는 상황에서도 일어나기 때문에 이것은 이 식물의 면역 시스템에 의해 식물 자신의 단백질이 외래의 것으로 인지되었기 때문에 일어난 것이다. Weigel에 따르면 면역 유전자들 사이의 어떤 조합은 너무 치명적이기도 하다. 또한 어떤 우연한 조합은 식물 자신에 이롭기도 한데, 이 경우 식물에 해를 끼치지 않으며 병원균에 대한 저항성은 증가시킨다. 하지만 역시나 잘못된 조합의 경우 치명적이다. 그러나, 각각의 이러한 좋은 특성들이 충분히 뛰어나다고 해서, 이들을 조합하는 경우 동일한 결과를 만들어낼까? 연구자들은 융합종들 사이에서 나타난 자가면역의 경우는 빙산의 일각에 불과하다고 말한다. 그들은 이에 대해 "우리는 자가면역과 관계가 있는 엄격한 종들을 선별하였기 때문에 조직에 피해가 생기는 경우를 관찰하지 못하고 성장이 억제되는 것만을 관찰할 수 있었다"고 말했다. 어떤 면역 수용체가 특별히 위험하고 어떤 조합을 가장 피해야 하는지를 분석함으로써, 막스플랑크 생물학연구소의 연구자들은 아라비돕시스뿐만 아니라, 여러 작물들에서 성장과 방어 사이의 최적의 조합을 찾아낼 수 있었다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 ["Species-wide Genetic Incompatibility Analysis Identifies Immune Genes as Hot Spots of Deleterious Epistasis." Cell, 20 November 2014. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.10.049]를 참고하기 바란다. 그림: 이번 실험에 이용된 세계 여러 곳의 아라비돕시스의 모습 C2.jpg http://phys.org/news/2014-11-immunity-price.html

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=253476&cont_cd=GT

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-11-27

식물들은 다수의 병원균(pathogen)에 의해 영원히 공격을 받아가며 생존하고 있다. 곰팡이, 박테리아, 바이러스 및 다른 병원균들과의 전투에서 승리하기 위해 식물들은 복잡하면서도 효과적인 면역 시스템(immune system)을 개발해왔다.

인간과 마찬가지로 이들도 식물 자신의 단백질이 외래의 것으로 인지되는 경우 이들의 타깃에 과하게 면역 작용이 일어나기도 한다. 그러한 자가면역반응들은 조직에 문제를 일으키거나 성장을 억제하기도 하며 이 두 가지 경우가 함께 나타나기도 한다. 독일, 튀빙엔 막스플랑크 생물학연구소(Max Planck Institute for Developmental Biology in Tübingen, Germany)의 연구자들은 이제 자가면역의 가장 일반적인 범인을 찾고자 하는 연구를 수행했다. 결과는 놀랍게도 면역 시스템 자신에 존재하는 요소들이 다른 면역 수용체들을 침입자로 오인하는 것으로 나타났다.

동물의 경우와 유사하게, 식물에 있어서의 면역은 다양한 면역 수용체에 의존한다. 이와 관련해 막스플랑크 생물학연구소(Max Planck Institute for Developmental Biology)는 "식물들은 종종 NLR 면역 유전자(NLR immune gene)라 불리는 것들을 수백 개 가지고 있으며 이들 각각은 자신의 고유한 NLR 세포를 지니고 있다. 결과적으로 이로 인해 미생물 특유의 저항성 스펙트럼이 만들어진다"고 말했다.

이러한 방식을 이용해 식물들은 성공적으로 다양한 병원균들을 물리칠 수 있다. 이들 각각이 고유한 인지 스펙트럼을 지니고 있기 때문에 병원균이 이들 전체를 모두 피하는 것은 매우 어렵다. 하지만 이러한 엄청난 다양성은 또한 문제를 일으킬 수도 있는데 문제가 일어나면 식물들은 자신의 단백질과 외래의 단백질들을 구분하지 못하고 모두 공격한다. 이러한 문제는 특히 교배를 통해 태어난 자손에서 서로 다른 두 개의 면역 시스템이 존재하는 경우 일어난다.

교배가 일어난 후, 자가면역의 유전적인 기준을 연구하기 위해 막스플랑크 생물학연구소의 연구자들은 자연종 아라비돕시스 사이에서 6400개의 교배종을 만들어냈다. 모식물주들은 전세계의 다양한 곳에서 얻었고, 그 종의 모든 유전적인 밴드갭(bandgap)을 커버할 수 있을 정도의 수였다. 그런 다음 교배종들을 대상으로 이들 사이에서 자가면역의 증거를 찾아보았다. 대략 50번의 교배를 거쳐 자가면역 증상이 나타나기 시작했다. 대부분의 경우에서 교배종들은 시딩(seeding) 전에 죽었고 더 이상의 교배가 불가능했다. 이러한 현상은 병원균이 없는 상황에서도 일어나기 때문에 이것은 이 식물의 면역 시스템에 의해 식물 자신의 단백질이 외래의 것으로 인지되었기 때문에 일어난 것이다.

Weigel에 따르면 면역 유전자들 사이의 어떤 조합은 너무 치명적이기도 하다. 또한 어떤 우연한 조합은 식물 자신에 이롭기도 한데, 이 경우 식물에 해를 끼치지 않으며 병원균에 대한 저항성은 증가시킨다. 하지만 역시나 잘못된 조합의 경우 치명적이다. 그러나, 각각의 이러한 좋은 특성들이 충분히 뛰어나다고 해서, 이들을 조합하는 경우 동일한 결과를 만들어낼까?

연구자들은 융합종들 사이에서 나타난 자가면역의 경우는 빙산의 일각에 불과하다고 말한다. 그들은 이에 대해 "우리는 자가면역과 관계가 있는 엄격한 종들을 선별하였기 때문에 조직에 피해가 생기는 경우를 관찰하지 못하고 성장이 억제되는 것만을 관찰할 수 있었다"고 말했다. 어떤 면역 수용체가 특별히 위험하고 어떤 조합을 가장 피해야 하는지를 분석함으로써, 막스플랑크 생물학연구소의 연구자들은 아라비돕시스뿐만 아니라, 여러 작물들에서 성장과 방어 사이의 최적의 조합을 찾아낼 수 있었다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 ["Species-wide Genetic Incompatibility Analysis Identifies Immune Genes as Hot Spots of Deleterious Epistasis." Cell, 20 November 2014. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.10.049]를 참고하기 바란다.

그림: 이번 실험에 이용된 세계 여러 곳의 아라비돕시스의 모습

C2.jpg

http://phys.org/news/2014-11-immunity-price.html