전분화능

분화가 완료된 식물 체세포라 할 지라도 모든 조직으로 분화할 수 있는 잠재력을 보유하고 있어서 특정 환경에 노출 시 독립된 개체로 재생하는 능력을 말한다. 전분화능은 동물과 식물에서 공통적으로 관찰되지만 동물의 경우 배아줄기세포에 한정되어 있고, 식물은 상대적으로 많은 수의 세포 또는 조직이 전분화능을 유지하고 있다. 이런 특성으로 인해 식물에서 조직배양, 삽목 등을 용이하게 할 수 있으며 식물 무성생식의 주요 근간이 된다.

목차

식물의 정단분열조직으로부터 분화되어 나온 성숙 세포는 주변 세포들과 계속적인 상호관계를 통해 세포 분화 및 증식이 조절된다.¹⁾ 동물은 생육기간동안 많은 세포들이 계속적으로 재생되면서 대체되지만 식물 세포는 대체되지 않고 정단분열조직에 의해 식물생장이 조절된다. 성숙된 체세포를 분리하면 주변세포들과의 상호관계가 단절이 되고, 그 결과 식물세포는 분화의 초기상태로 돌아간다. 이를 탈분화라고 하는데 이에 관련된 유전인자들이 활성화 된다. 탈분화된 세포는 분화를 거쳐 새로운 하나의 식물체로 성장한다. 예를 들어 토끼풀의 하배축 표피세포를 이용한 경우, 체세포배(somatic embryo)가 형성되고 후에 줄기와 뿌리가 분화된다.¹⁾ 일부 식물의 경우 캘러스 형성 후 기관 분화가 이루어진다. 따라서 식물조직이 하나의 세포 상태일때는 주변 세포들에 의해서 탈분화, 증식이 억제되지만 분리된 상태에서는 전분화능력으로 인해 식물체 전체로 분화할 수 있는 능력이 나타나게 된다. 고착화 형태로 생육하는 식물체는 이러한 전분화능력으로 다양한 환경적인 요인에 유연성을 가질 수 있다. 

식물의 캘러스 (출처: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Callus1.jpg )

1900년도 초기에 식물체에 상처를 유발하면 캘러스(callus)라 불리는 새로운 형태의 조직이 생겨 상처부위를 덮는 현상을 발견하였다.²⁾ 캘러스 조직배양 시 기관형성이 발생하는 것을 관찰하였고 후에 미분화세포로 정의 되었다. 캘러스 관찰을 통해 식물세포의 탈분화 능력에 대한 관심이 증대되었다. 1950년 Carlos Miller와 Folke Skoog는 성체식물의 뿌리 세포 분리 후 기내배양을 통하여 유전적으로 동일한 식물체를 얻을 수 있었다.³⁾ 이 시기에 세포분열 및 증식에 주요 역할을 하는 식물호르몬인 옥신, 사이토키닌이 발견되면서 조직배양 연구가 활성화 되었고 식물 전분화능에 대한 다양한 연구가 진행되었다.

1. Sugiyama M (2015) Historical review of research on plant cell dedifferentiation. J Plant Res, 128: 349-359
2. Blackman FF, Matthaei GLC (1901) On the reaction of leaves to traumatic stimulation. Ann Bot, 15: 533–546
3. Skoog F, Miller CO (1957) Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissues cultured in vitro. Symp Soc Exp Biol, 11: 118–131