스트리고락톤

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스트리고락톤

[ strigolactone ]

스트리고락톤은 식물 유래 테르페노이드(terpenoid; 이소프레노이드)계열의 식물호르몬이다. 스트리고락톤은 식물호르몬으로서 세 가지 주요 기능을 수행하는 것으로 알려져 있다. 첫째, 곁가지(측지) 발달 억제, 곁뿌리(측근) 발생 촉진, 줄기의 이차 생장 등 여러 식물 발달 및 생리 기능을 조절한다. 둘째, 식물 뿌리에서 분비되어 근균(arbuscular mycorrhizae)과의 공생적 상호작용을 촉진한다. 셋째, 숙주식물에 기생하는 기생식물의 종자발아를 촉진한다.1)  

목차

  1. 1.명칭의 유래
  2. 2.식물 생리 조절 활성
  3. 3.작용 기전 및 신호 전달
  4. 4.참고문헌

명칭의 유래

사하라 사막 남부의 아프리카에는 로마신화의 마녀 이름을 딴 스트리가(Striga, 꿀풀목 열당과 스트리가속의 기생식물)가 서식하고 있다. 이들은 주로 옥수수 뿌리에 기생하여 자라는데, 이는 옥수수 생산량을 심각하게 저해한다.

스트리가(Striga hermonthica) ()

과학자들은 옥수수 뿌리에서 분비되는 락톤구조를 갖고있는 세스퀴테르펜(sesquiterpene) 화합물에 의해 스트리가 식물들의 종자발아가 촉진됨을 규명하였고, 해당 화합물을 ‘스트리고락톤’으로 명명하였다.1)

대표적인 스트리고락톤인 스트리골(strigol)의 특징적인 화학 구조는 아래 그림과 같다. 유사한 구조를 가지는 오로반촐(orobanchol), 알렉트롤(alectrol), 소르고락톤(sorgolactone) 등의 천연 스트리고락톤 외에도 GR24 등의 합성 화합물 또한 스트리고락톤 활성을 가지는 것으로 알려져 있다.

스트리고락톤의 일반적인 구조 ()

식물 생리 조절 활성

  • 곁가지 생장 억제 및 곁뿌리 생장 촉진 : 식물의 곁가지 발달이 뿌리에서 줄기로 운반되는 미지의 신호물질에 의해 억제되다는 가설은 오래전부터 제시되어왔는데, 이 신호물질이 바로 스트리고락톤인 것으로 검증되었다.1) 스트리고락톤 합성에 결함이 있는 돌연변이 애기장대는 많은 곁가지를 가지는데, 외부에서 스트리고락톤을 처리하면, 곁가지 발달이 억제된다. 한편 스트리고락톤은 곁뿌리와 뿌리털의 생장을 촉진한다. 스트리고락톤은 전반적으로 줄기 생장에 비해 뿌리 생장을 촉진한다.2)
  • 흥미롭게도, 스트리고락톤의 생합성은 인산을 비롯한 토양 영양소의 결핍조건에서 증가한다. 이러한 영양소 결핍 조건에서, 스트리고락톤의 양이 증가하여 곁뿌리 발달이 촉진되면 흡수 표면적이 증가하여 영양소 흡수를 증가시킬 수 있다.2) 또한, 스트리고락톤은 토양으로부터 영양소 흡수를 촉진하는 또다른 방법인 뿌리와 근균과의 공생적 상호작용을 촉진하는 것으로 알려져 있다.
  • 스트리고락톤의 종자발아 촉진 활성은 흥미롭게도 기생식물에서만 관찰된다. 그 기전에 대해서는 아직 명확히 규명되지는 않았지만, 기생식물의 게놈에는 다수의(7-10개 이상) 카리킨 수용체 유사 유전자들이 발견되는데, 이들 중의 일부가 종자발아를 조절하는 스트리고락톤 수용체로 기능할 것으로 생각되고 있다.3)

작용 기전 및 신호 전달

스트리고락톤의 작용 기전은 모델식물인 벼와 애기장대에서 최근 활발히 연구되어 왔다. 현재 제시되고 있는 예상 작용 모델은 다음과 같다.2) 스트리고락톤 수용체는 DWARF14(D14)로 명명된 단백질로서 세포질과 핵에 분포한다. D14는 스트리고락톤과 반응하여, 가수분해를 통해 CLIM (covalently linked intermediate molecule)과 결합한다. 이 결합은 수용체 D14의 구조적 변형을 일으키고, 이는 F-box 단백질인 D3(벼)/MAX2(애기장대) 단백질과의 결합을 유도하게 된다. D3-D14 복합체는 D53(벼)/SMXL6-8(애기장대) 단백질의 유비퀴틴화를 유도하고, 이는 D53/SMXL6-8 단백질의 분해를 초래하게 된다. 이는 D53/SMXL 단백질에 의해 억제되어 있던 스트리고락톤 반응성 유전자들의 발현 유도로 이어지게 되는데, 이들 스트리고락톤 반응성 유전자들의 산물들은 여러 하위의 신호/기능을 조절함으로써 발달 및 생리적 변화를 유도한다.

스트리고락톤 신호 전달 기전 모델 (출처:소문수)

참고문헌

1. Xie X, Yoneyama K, Yoneyama, K (2010) The Strigolactone Story. Annual Review of Phytopathology, 48: 93–117
2. Yoshiya S, Shinjiro Y (2014). Strigolactone biosynthesis and perception. Current Opinion in Plant Biology, 21: 1–6
3. Waters MT, Gutjahr C, Bennett, T 등 (2017) Strigolactone Signaling and Evolution. Annual Review of Plant Biology, 68: 291–322