식물이 추위를 만나면 유전자를 읽고 처리하는 방식도 달라질까요?

상세 설명

저온 같은 비생물적 스트레스는 식물의 생산성과 지리적 분포를 제한하기 때문에, 식물이 이런 스트레스에 적응하는 과정을 이해하려는 연구가 이루어져 왔다. 저온 노출은 다양한 생리적·생화학적·분자적 변화를 일으키므로, 연구진은 그 반응을 견고하고 전반적으로 살펴보고자 했다. 연구진은 유전자 발현 연속 분석법인 SAGE(Serial Analysis of Gene Expression)를 이용해 애기장대(Arabidopsis thaliana)가 저온 스트레스를 받는 시간 경과에 따른 전사체 변화를 추적했다.

연구진은 4°C 처리 후 30분부터 1주일까지 여러 시점에 채취한 애기장대 잎 조직으로 SAGE 라이브러리 5개를 만들었다. 주석이 달린 유전자 16,629개에 해당하는 고품질 SAGE 태그 240,000개 이상을 통해 스트레스 인지부터 동결 내성 획득까지의 전사체 변화를 살펴봤다. SAGE 데이터를 유전자 식별자별로 나타내 더 견고한 통계 분석과 플랫폼 간 비교, 공통 발현 양상을 보이는 유전자의 식별이 가능해졌다.

다섯 라이브러리를 동시에 통계 분석한 결과 저온 반응 유전자 920개가 확인됐으며, 이 중 이전의 마이크로어레이 기반 전반적 발현 분석과 겹친 것은 24%에 불과했지만 영향을 받은 기능 범주는 비슷했다. 발현이 차등 조절된 유전자들을 군집화해 동결 내성 발달과 상관관계가 있는 새로운 유전자좌를 찾을 수 있었다. 이들의 프로모터 서열을 분석한 결과 CBF와 ABA 조절에 독립적인 유전자 부분집합이 드러났으며, 이는 상호 보완적인 신호전달 경로를 밝히는 데 도움이 될 수 있다. SAGE 데이터에서는 저온에서 대체 pre-mRNA 처리 사건이 증가하고 안티센스 전사가 억제되는 모습도 나타나, 식물 반응의 복잡성이 강조됐다.

저자들은 대체 전사체 처리가 스트레스로 유도된 전사체의 유연성을 높이는 데 중요한 역할을 하는 것으로 보인다고 결론지었다. 연구진은 식물이 저온 스트레스로부터 스스로를 보호하는 능력을 조절하기 위한 유망한 표적으로 새로운 유전자와 시스 작용 서열을 확인했다. 또한 이번 분석이 차세대 염기서열 분석 기술의 적용과 함께 이루어질 정량적 서열 태그 기반 전사체 분석을 해석하는 맥락적 틀을 제공한다고 보았다.