식물의 개화 시기를 결정하는 호르몬들에 대해 알아보도록 하겠습니다.
개화와 종자가 생성되는 시기는 식물의 환경에 따라서 정확하게 조율되어야 합니다. 온대기후에서는 서리가 내리는 늦은 가을이 오기 전에 식물이 종자가 성숙시킬 수 있도록 충분히 빠르게 개화해야 합니다. 종자가 얼마나 빠르게 발달하는가에 따라 봄부터 가을까지의 성장 시기에 사이에 개화가 일어납니다.
낮의 길이가 계절적으로 변화를 알려주는 정확하고 일관된 지표라 하더라도 어떤 식물들은 다른 신호에 의존하는 경우도 있습니다. 장미, 토마토, 오이, 옥수수 등의 식물들은 온도와 물의 가용성 등과 같은 신호에 의존하게 되는데 이들 식물을 중일식물이라고합니다. 일부 중일 식물들은 발아 후 적절한 발달단계에 도달하게 되면 개화를 합니다. 온화한 기후에서 1년이상 생장하는 중일식물은 한번 개화한 후, 다음 개화기까지의 사이에 있는 겨울의 추운온도를 필요로 하는 경우도 있습니다. 열대식물인 망고는 중일식물입니다. 열대 기후는 연중 생식할 수 있으며, 낮의 길이도 거의 변화가 없기 때문입니다.
온대지방에 사는 많은 식물들의 개화는 장일식물 또는 단일식물로 낮의 길이의 일관된 계절적 변화에 의해 촉진됩니다. 이들 식물들은 실제로는 중단되지 않은 암기의 기간에 반응하는 것입니다. 붓꽃, 상추, 시금치, 접시꽃 등과 같은 장일식물은 식물종에 따라 밤의 길이가 짧아야 개화를 합니다. 도꼬마리, 국화, 과꽃, 감자, 미역취등의 단일식물은 중단 없는 암기가 임계시기를 초과해야 개화합니다. 즉, 도꼬마리는 중단없는 암기가 8.5시간보다 더 길게 지속되어야만 개화하지만, 장일식물인 시금치는 중단 없는 암기가 10시간이나 그 이하로 유지되어야지만 개화를 합니다.
광색소라고 불리는 피토크롬 호르몬
식물은 복잡한 생화학적 반응에 따라 변하는 내부에 있는 생물시계를 사용하여 암기의 길이를 측정합니다. 만약 암기에 있는 식물이 어떤 특정 파장의 빛에 노출되었다면 피토크롬의 분자는 마치 스톱워치를 멈췄다가 다시 맞추는 것처럼 시계를 다시 조정하게 됩니다. 그래서 8시간의 암기가 4시간 후에 몇 분 동안 을 받아 중단되었을 경우, 그 식물은 빛이 쪼여져서 간격이 벌어진 시간 다음부터 중단되지 않은 4시간에 대해서만 암기로 반응합니다.
개화에 영향을 주는 작용 이외에도 피토크롬은 종자의 발아, 어두운 땅속에서 싹이 튼 식물에서 줄기의 신정, 새로 발달한 잎의 팽창, 엽록체의 발달, 그늘에 가려진 식물체가 햇빛에 노출되기 위한 줄기의 신장 등을 조절해 줍니다.
빛의 신호에 반응하는 화성소 호르몬
1930년대에 시작된 실험에서 식물생리학자들은 장일식물 혹은 단일식물의 단 한 개의 잎을 개화가 일어나기에 적절한 명기와 암기의 일정에 노출시킴으로써 심지어 정단분열조직이 전혀 빛을 받지 않은 상태에서도 개화를 유도할 수 있다는 것을 발견하였습니다. 이러한 실험들은 미지의 물질이 잎에서 생성되어 정단분열조직으로 이동하여 개화를 촉진할 것이라는 가설을 증명해 주었습니다. 이 가정의 개화호르몬은 화성소(라틴어로 “flor”은 “꽃”이라는 뜻이고 “gen”은 “만들다”는 뜻임 )라고 이름 붙여졌습니다. 화성소 분자는 2007년이 되어서야 비로소 분리되어 연구자이 FT라는 유전자를 밝혀냈습니다. 이 유전자는 잎에서는 활성화되어 있지만 정단분열조직에서는 활성을 갖지 않았습니다. FT는 잎에서 생성되어 체관을 통해서 정단분열조직으로 이동하는 단백질을 유도합니다. 이러한 경로는 쌍자엽식물과 단자엽식물들을 포함한 여러 종류의 다른 식물체에서 확인되었으며, 최종적으로 FT단백질이 화성소인 것으로 확인되었습니다.
식물이 피코크롬을 사용하여 명기-암기 주기를 측정하고 이 주기에 반응하여 화성소를 생성하기 때문에 피토크롬이 화성소 합성을 을 유도하는 FT유전자의 발현을 조절한다는 분명한 증거를 제공해 주는 것입니다. 과학자들은 이러한 조절이 일어나는 복잡한 작용을 밝히기 위해 더욱 연구 중에 있습니다.
이상으로 식물의 개화시기를 결정하는 여러가지 호르몬에 대해 알아보았습니다.