[더탑 토토사이트필요성]

식물은 외부 환경으로부터 내부 조직을 보호하기 위해 큐티클로 덮여있는 표피(Epidermis)라는 방어층을 갖추고 있으며, 이는 병원균(생물적 스트레스)과 기후, 물리적 손상 등 다양한 비생물적 스트레스로부터 중요한 1차 방어선 역할을 한다. 그러나 식물체, 특히 잎의 표피가 손상되면, 비표피세포(엽육세포 등)가 외부로 노출되며 외부 감염에 취약해진다. 식물이 이러한 상처를 어떻게 치유하는지에 대해서 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

기존 더탑 토토사이트들은 어린 조직이나 뿌리 수준에서 상처 반응을 부분적으로 설명하였지만, 광합성 기능과 환경 적응에 중요한 잎에서의 상처 치유 메커니즘은 거의 알려져 있지 않다. 특히, 상처로 인해 외부로 노출된 비표피세포(엽육세포 등)는 큐티클(Cuticle)을 쌓을 수 있는 능력이 없기 때문에, 리그닌(Lignin)-수베린(Suberin)과 같은 다른 세포벽 물질을 통한 손상 복구 과정에 대해서만 어느 정도 논의되어 왔다.

[더탑 토토사이트성과/기대효과]

식물 잎에 상처가 생기면, 그 자리를 덮던 표피가 손상되어 내부 세포들이 외부에 노출된다. 이번 더탑 토토사이트에서는 이렇게 노출된 내부 세포들이 표피처럼 변신하여, 스스로를 보호하는 다층 방어막을 만들어낸다는 사실을 처음으로 규명하였다.

더탑 토토사이트진은 애기장대(Arabidopsis)의 성숙한 잎을 이용해 상처 회복 과정을 정밀하게 관찰한 결과, 상처 부위 바로 아래의 엽육세포들이 두 단계에 걸쳐 새로운 방어층으로 전환된다는 사실을 확인했다.

먼저 형성되는 첫 번째 방어층(P1)은 상처를 빠르게 덮으며 초기 큐티클을 형성한다. 이 큐티클은 일차적인 물리적 차단막 역할을 하며, 이후 P1 세포는 스스로 죽음을 맞이함으로써 방어막 성숙을 완성한다. 이 과정에는 식물 호르몬 에틸렌과 RbohE 단백질이 생성하는 활성산소 신호가 관여해, 큐티클의 성숙과 세포 사멸을 유도한다. P1은 말하자면 임무를 완수한 뒤 자발적으로 사라지는, 희생적 역할을 수행하는 셈이다.

두 번째 방어층(P2)은 P1이 사멸한 자리를 이어받아 살아 있는 최외곽 세포층이 되며, 이후 이 층은 리그닌과 수베린을 축적해 더욱 견고한 방어막을 형성한다. 이때는 자스몬산 신호와 RbohD에 의해 생성되는 활성산소가 중요한 조절자로 작용한다.

흥미롭게도 이 두 보호층(P1, P2)의 형성과 기능 전환은 원래 표피세포의 운명을 결정하는 ATML1이라는 전사인자에 의해 정교하게 조절됨이 밝혀졌다. 즉, 상처 부위의 내부 세포들이 표피처럼 변신해 식물체를 보호하는 데, 그 핵심에는 세포 운명을 재설정하는 유전적 프로그램이 작동하고 있는 것이다.

이처럼 식물은 상처를 입으면 주변 세포들의 정체성과 역할을 유연하게 바꾸어가며, 다층적이고 역동적인 방어막을 구축한다. 특히 기존에는 표피에서만 만들어진다고 여겨졌던 큐티클을 동반한 구조물이 내부 세포를 통해 새롭게 형성된다는 점에서, 식물의 치유 능력에 대한 새로운 시각을 제시한 더탑 토토사이트이다.

이번 더탑 토토사이트는 식물 상처 회복에 대한 새로운 이해를 제시할 뿐 아니라, 향후 작물의 병해 저항성 향상이나 상처 회복력 증진을 위한 생명공학적 응용 가능성도 열어줄 것으로 기대된다.

[본문]

토토사이트 생명과학부 이유리 부교수 더탑 토토사이트팀은 식물의 잎이 상처로 인해 손상되었을 때, 치유 방식이 단순한 봉합이 아닌 정교한 생물학적 재구성이 동반된다는 사실을 새롭게 밝혔다.

식물은 외부 환경으로부터 내부 조직을 보호하기 위해 큐티클(Cuticle)로 덮여 있는 표피(Epidermis)라는 방어층을 가지고 있으며, 이는 병원균(생물적 스트레스)뿐만 아니라 기후나 물리적 손상 등 다양한 비생물적 스트레스로부터 중요한 1차 방어선 역할을 한다. 그러나 특히 잎의 표피가 손상될 경우, 엽육세포 등 비표피세포가 외부에 노출되면서 외부 감염에 취약해지게 된다. 이러한 손상 상황에서 식물이 상처를 어떻게 치유하는지에 대해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

더탑 토토사이트팀은 식물 잎의 상처 회복 과정에서, 상처로 노출된 비표피세포가 표피세포로 전환되며 큐티클을 쌓는다는 사실을 최초로 규명하였다. 더탑 토토사이트에 따르면, 잎 표면이 손상되면 바로 아래의 노출된 비표피세포들이 일시적으로 표피세포의 역할을 수행하는 두 개의 보호층을 형성한다.

첫 번째 보호층(P1)은 큐티클을 쌓아 상처 부위를 직접 봉합하는 역할을 하며, 이 과정에는 에틸렌과 활성산소 신호전달이 관여한다. 특히, RbohE라는 단백질이 생성한 활성산소는 P1 세포의 세포 사멸을 유도하여 표면에 왁스층이 형성되도록 한다.

두 번째 보호층(P2)은 이후 형성되며, 리그닌(Lignin)과 수베린(Suberin)을 축적하여 코르크와 유사한 막을 형성한다. 이 과정은 주로 자스몬산 신호에 의해 조절되며, RbohD 단백질이 생성한 활성산소가 여기에 중요한 역할을 한다.

이러한 두 보호층의 형성과정은 ATML1이라는 표피세포화를 매개하는 전사인자에 의해 조절됨이 확인되었다.

본 더탑 토토사이트는 식물 잎의 손상 시 세포 운명이 재프로그래밍되고 다층 보호 장벽이 단계적으로 형성되는 생존 전략을 제시하였으며, 향후 작물의 병 저항성 및 생산성 증진 더탑 토토사이트에 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 더탑 토토사이트결과는 식물 분야의 세계적 권위 학술지인 네이처 플랜츠(Nature Plants, IF 15.8)에 “Wounding Induces Multi-Layered Barrier Formation in Mature Leaves via Phytohormone Signaling and ATML1-Mediated Epidermal Specification”라는 제목으로 2025년 7월 14일 (한국시간 오후 6시) 온라인상 게재되었다.

본 더탑 토토사이트는 서경배 과학재단(SUHF), 중견더탑 토토사이트자지원사업(한국더탑 토토사이트재단), 한국더탑 토토사이트재단 선도더탑 토토사이트센터(SRC, 식물가소성 더탑 토토사이트센터)의 지원을 받아 수행되었다.

4한국학 통일학지원

Wounding Induces Multi-Layered Barrier Formation in Mature Leaves via Phytohormone Signaling and ATML1-Mediated Epidermal Specification

Jung-Min Lee, Woo-Taek Jeon, MinsoHan, Min-SoChoi, Myung Kwon, Kyungyoon Kim, Sujeong Je, Hoon Jung, Geon Heo, Youngsung Joo, YasuyYamaoka, and Yuree Lee#
((Nature Plants, in press, https://www.nature.com/articles/s41477-025-02028-3)

[용어설명]

표피세포(表皮細胞, epidermal cell): 식물의 가장 바깥층을 이루는 세포로, 주로 잎, 줄기, 뿌리 등의 표면을 덮고 외부 환경으로부터 식물을 보호하는 역할을 한다. 표피세포는 보통 단층으로 배열되어 있으며, 투명하고 엽록체가 거의 없다. 외부의 수분 손실을 막기 위해 큐티클이라는 왁스질 층으로 덮여 있는 경우가 많다. 일부 표피세포는 기공을 형성하는 공변세포나, 털처럼 돌출된 형태로 발달해 기능을 보조하기도 한다.

엽육세포(葉肉細胞, mesophyll cell): 식물 잎의 내부에 존재하는 세포로, 광합성을 담당하는 주요 세포이다. 엽록체를 많이 가지고 있어 햇빛을 받아 이산화탄소와 물로부터 포도당을 합성하는 역할을 한다. 보통 형태와 기능에 따라 길게 배열된 주맥형 엽육세포(Palisade cell)와, 불규칙하게 퍼져 있고 세포 사이 공간이 넓은 해면형 엽육세포(Spongy cell)로 나뉜다. 엽육세포는 식물이 광합성을 통해 에너지를 생산하는 데 핵심적인 역할을 한다.

큐티클(Cuticle): 표피의 바깥쪽을 덮고 있는 얇고 단단한 층으로, 외부 환경으로부터 내부 조직을 보호하는 역할을 한다. 식물에서는 표피 세포의 바깥쪽에 왁스질 성분으로 형성되어 수분 손실을 방지하고, 병원균 침입을 막는다.

리그닌(Lignin): 식물 세포벽에 존재하는 복잡한 고분자 화합물로, 주로 목질화된 조직에 많이 포함되어 있다. 셀룰로오스와 함께 세포벽을 구성하며, 세포벽을 단단하고 견고하게 만들어 식물의 기계적 지지력을 높이고 물관을 통한 수분 이동을 돕는다. 또한, 병원균의 침입을 막는 방어 역할도 한다. 리그닌은 주로 목본식물(나무)에서 많이 발견되며, 이 때문에 줄기나 뿌리가 단단한 성질을 갖게 된다.

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▲애기장대 잎에 상처를 가한 뒤 상처 부위의 회복 과정을 모식도로 나타낸 그림(좌)과, 상처 직후 노출된 부위가 시간이 지남에 따라 노출된 엽육세포에 큐티클(Cuticle)을 쌓아 1차 방어벽을 형성하고, 리그닌(Lignin)과 수베린(Suberin)을 축적하며 방어벽을 강화하는 과정을 나타낸 세포 단면도(우). 본 모식은 식물의 상처 부위가 자가 회복 과정을 통해 상처 딱지와 같은 구조적·화학적 방어벽을 재구축하는 일련의 과정을 시각적으로 설명한 것이다.