시체꽃의 유명한 악취 뒤에 숨은 비밀

티탄 아룸의 특이한 냄새는 흔히 시체꽃이라고 불리는데, 그 냄새가 썩은 살점을 연상시키기 때문에 전 세계의 온실에 호기심 많은 방문객들이 모여듭니다. 과학자들의 호기심을 돋우는 또 다른 요소는 시체꽃이 꽃이 피기 직전에 열생성이라는 과정을 통해 스스로를 따뜻하게 하는 경향이 있다는 것입니다. 이는 식물에서 잘 이해되지 않는 드문 특성입니다.

이제 Dartmouth가 주도한 연구에서 시체 꽃의 후드 아래를 들여다보며 식물이 꽃을 피울 때 열과 냄새 나는 화학 물질을 생산하는 기본적인 유전적 경로와 생물학적 메커니즘을 밝혀냈습니다. PNAS Nexus 에 11월 4일에 게재된 논문에서 생물학 교수인 G. Eric Schaller가 이끄는 과학자들은 시체 꽃 냄새의 새로운 성분인 푸트레신이라는 유기 화학 물질을 식별했습니다.

샬러와 그의 협력자들은 생명과학 온실에 보관된 다트머스 대학의 21년 된 시체꽃인 모피(Morphy)가 여러 번 개화하는 것을 이용해 유전적, 화학적 분석을 위한 조직 샘플을 수집했습니다.

타이탄 아룸은 단일 꽃이 아니라, 스패딕스라고 불리는 거대한 중앙 줄기 안에 숨겨진 작은 꽃들이 모여 있는 것으로, 키가 12피트까지 자랄 수 있으며 이 식물의 가장 눈에 띄는 시각적 특징입니다. 이 식물은 수년간 꽃이 피지 않을 수 있습니다. 일반적으로 5~7년 간격이지만, 꽃이 피면 하룻밤 사이에 꽃이 핍니다. 샬러는 "꽃이 피는 일은 드물고 수명이 짧아서 이 현상을 연구할 수 있는 시간이 짧습니다."라고 말합니다.

꽃이삭 밑부분에 있는 주름진 꽃잎 같은 층인 스페이드가 펼쳐져 중앙 줄기 주위에 컵 모양이 생기고, 안쪽은 짙은 빨간색이나 적갈색입니다. 꽃이삭은 가열되기 시작하여 주변 온도보다 화씨 20도까지 올라가고, 곧 식물의 특징적인 향이 방출되는데, 이는 식물을 번식시키는 파리와 썩은 고기 딱정벌레를 끌어들이는 악취 나는 유황 기반 화합물의 칵테일에서 유래합니다.

Morphy가 2016년에 개화했을 때, 연구자들은 꽃이삭 온도가 최고조에 달할 때부터 시작하여 3일 동안 9개의 조직 샘플을 수집했습니다. 꽃이삭의 입술과 바닥, 그리고 부록으로 알려진 꽃이삭의 우뚝 솟은 뾰족한 부분입니다. 그들은 나중에 두 개의 추가 잎 샘플을 수집품에 추가했습니다.

당시 샬러 연구실에서 교환 연구원으로 일하던 알비나 줄피카르는 조직에서 고품질 RNA를 추출하는 방법을 알아냈고, 이를 통해 연구팀은 RNA 염기서열 분석을 수행하고 식물을 가열하고 냄새를 발생시키는 데 유전자가 어떤 역할을 하는지 파악할 수 있었습니다.

"이것은 어떤 유전자가 발현되고 있는지, 그리고 맹장이 가열되어 냄새를 낼 때 어떤 유전자가 특별히 활성화되는지 보는 데 도움이 됩니다." 식물 호르몬이 성장하고 환경의 변화에 ​​대응하는 능력을 조절하는 방법을 연구하는 분자 생물학자인 샬러의 말입니다. 그는 또한 단편 소설, 특히 공포 소설 작가로 일합니다. 그는 "시체 꽃은 두 세계 모두에 잘 어울립니다."라고 말합니다.

열생성, 즉 열을 생성하는 능력은 동물에서는 흔하지만 식물에서는 드뭅니다. 동물 세포에서 분리 단백질이라는 단백질 종류가 화학 에너지를 저장하는 과정을 방해하여 대신 열로 방출한다고 샬러는 말합니다.

RNA 분석 결과, 대체 산화효소로 알려진 이러한 단백질의 식물 대응물과 관련된 유전자는 개화가 시작될 때 추출된 조직, 특히 부속지에서 더 높은 발현을 보였습니다. 또한 당시에는 유황 수송 및 대사에 관련된 유전자도 활성화되었습니다.

연구팀은 이러한 유전자에 의해 작동하는 메커니즘을 추적하기 위해 후속 개화 기간에 식물에서 조직을 분리한 다음 미주리 대학의 협력자들과 협력하여 질량 분석법이라는 기술을 사용하여 단백질을 구성하는 분자인 다양한 아미노산의 수준을 식별하고 측정했습니다.

RNA 분석에서 예측한 대로, 그들은 메티오닌이라는 황 함유 아미노산의 높은 수치를 검출했습니다. 메티오닌은 가열하면 쉽게 증발하여 매운 냄새를 내는 것으로 알려진 황 기반 화합물의 전구체입니다. 몇 시간 후에 추출한 조직에서는 메티오닌 수치가 빠르게 떨어졌습니다.

샬러의 말에 따르면 놀라운 점은 포엽에서 채취한 조직에서 다른 아미노산 수치가 높게 검출되었다는 것입니다. 이 아미노산은 썩기 시작한 죽은 동물에서 발견되는 냄새 물질인 푸트레신이라는 화합물을 생성하는 전구체 역할을 합니다.

이 연구는 시체꽃의 냄새에 대한 비밀을 분자 수준에서 밝힌 최초의 연구이고, 타이탄 아룸이 온도를 조절하는 과정을 결정하며, 수분매개자를 끌어들이는 시체 향수를 만드는 데 꽃송이의 다른 부분이 하는 역할을 식별한 것입니다.

샬러는 모피의 경우 더 많은 미스터리가 있다고 말합니다. 그는 현재 개화를 예고하는 요인을 이해하고, 함께 보관된 표본이 개화를 동기화하여 냄새 수준을 전체적으로 높여 더 많은 수분매개자를 유인하는지 여부에 주력하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241111122833.htm