식물 성장에 있어 환경문제는 보통 식물의 생장 지연과 개화 지연 또는 중단을 수반한다. 본 연구에서 저자들은 개화시간 조절기인 GIGANTEA(GI)와 염분 조건 하에서 GI분해를 기반으로 하는 염분 스트레스에 대한 적응 사이의 연관성을 확인하고, 염분 스트레스로 인한 개화 지연을 확인하였다. 이 과정에서 광주기 및 일주기 시계 제어 스위치인 GI와 SNF1 관련 단백질 kinase인 SOS2가 기능적으로 상호작용하는 것 또한 발견하였다.
염분 스트레스가 없는 상황에서 GI:SOS2 복합체는 SOS2의 발현을 기반으로 하는 SOS1의 활성화를 억제한다. SOS1은 major plant Naþ/Hþ-antiporter로 염분스트레스에 대한 적응과 관련이 있는 유전자이다.
GI를 과발현하는 식물체에서는 향상된 염분 감도를 보이는 반면, gi 돌연변이는 향상된 염 내성과 지연된 개화기 표현형을 나타내는 것을 확인하였다. 염분에 의해 유도되는 GI의 분해는 SOS2 kinase의 방출에 의한 염분 저항성을 획득한다. 또한 GI-SOS2 상호작용이 상위 조절 작용을 매개하면서 애기장대에서 꽃의 전이와 적응적 환경 스트레스 내성 사이에 오랫동안 관찰되어왔던 연관성을 실제 분자 수준에서 설명할 수 있게 되었다.
GI integrates salinity stress response and flowering time.
애기장대에서 개화는 오랜 시간 햇빛에 노출됨에 따라 유도되고, GI는 광주기 조절에 핵심 구성 요소로 알려져 있다. GI는 개화와 관련된 CONSTANS (CO)의 정확한 발현 시간을 조절한다. 이런 선행연구들이 존재하는 와중에, 염분 스트레스가 광주기 개화의 타이밍에 영향을 미치는 신호를 제공하는지 여부를 조사하였다.
GI 단백질이 결핍된 애기장대에서 염도 상승의 개화에의 영향을 확인하였는데, 모든 GI 돌연변이 식물체는 NaCl이 없을 때 wild type보다 늦은 개화 시기를 보였다. 개화에 영향을 주는 것으로 밝혀져 있다고 한 CO / FT의 전사체의 발현량 역시 wild type의 염분 스트레스로 감소하는 것을 확인할 수 있었고 gi-1 에서는 애초에 낮은 수준의 발현량이 유지되고 유의한 변화가 없었다.
이 결과를 통해 애기장대에서 개화 시기를 조절하는데에 소금이 어떤 기능을 할 것으로 예측할 수 있게 되었다. 염분 스트레스 환경에서 proteasome 억제제인 MG132를 포함하는 경우 GI단백질의 정상 상태 수준에서의 NaCl에 의한 감소 현상이 사라졌는데, 이는 염분 스트레스 환경이 주어진 경우 GI가 proteasome complex의 영향을 많이 받음을 알 수 있었다. 이는 CO 상태를 통해 전달될 수 있어 염분에 따른 개화 지연이 발생할 수 있다는 것을 보인다. 이는 염분 스트레스에 의한 개화시기 지연이 GI에 좌우되는 이유 또한 설명할 수 있다.
Increased Na þ /H þ exchange activity in gi-1 plants.
뒤이어 저자들은 GI 활성이 염분 스트레스에 대한 반응 조절에 어떤 영향을 미치는지를 확인하고자 했다. GI -1 식물은 야생형에 비해 소금에 더 저항성을 보였고, GI 과발현 식물체에서는 식생이 감소하는 것을 보였다. 그러나 소금이 없는 경우에는 생식 성장이 과속화되었고, wild type보다 NaCl에 민감한 것을 확인했다. 이 결과를 통해 GI가 소금 스트레스에 대한 저항성을 형성하는 메커니즘에 저해제 등의 부정적인 요인으로 작용할 가능성을 확인하였다.
GI interacts with SOS2.
개화 시기 조절, 염분 저항성에 관여하는 것으로 밝혀진 GI가 어떤 분자와 상호작용을 통해 일련의 반응을 매개하는지 연구하고자 했고, SOS2와 직접적으로 결합 및 상호작용 하는 것을 밝힐 수 있었다.
GI inhibits SOS2-mediated SOS1 phosphorylation.
본 연구에서 저자들은 개화기 조절 유전자인 GIGANTEA (GI)가 염분 스트레스 적응 경로의 주요 구성요소임을 확인하였다. 이러한 결과물은 애기장대 식물체가 환경 스트레스에 어떻게 적응하고 견뎌내는지에 대한 물음에 분자수준에서 답할 수 있는 인사이트를 제공한다
https://www.nature.com/articles/ncomms2357
