올해도 어김없이 따뜻한 봄이 왔다. 봄만 되면 일제히 꽃이 필까? 분명 봄과 가을은 기온이 비슷한데, 유독 봄이 온 걸 어떻게 알까.

봄과 가을에 피는 꽃은 분명 다르다. 개나리, 벚꽃나무, 사과·복숭아나무 같은 과실수는 봄에 꽃을 피운다. 코스모스, 국화, 분꽃은 가을에 핀다. 꽃을 피우는 식물은 계절의 변화를 인지하고, 최적의 조건이 갖춰졌을 때 꽃을 피우는 정교한 메커니즘을 갖고 있다.

식물의 개화시기가 기온과 낮의 길이(광주기)에 따라 결정된다는 것은 일찍이 알려졌다. 다양한 광주기 조건에서 개화시기를 관찰한 결과, 낮이 길 때(일조 12~14시간 이상일 때) 꽃이 피는 장일식물, 짧을 때 피는 단일식물, 광주기와 관계없는 중일식물로 구분됐다. 낮이 길어지는 봄에 피는 개나리, 진달래가 장일식물, 낮이 짧아지는 가을에 피는 코스모스나 국화가 단일식물이다.

기온에 따른 개화시기의 변화도 밝혀졌다. 갑작스러운 기온차가 있어야만 개화하는 식물도 있다. 봄꽃은 오랜 기간의 저온 환경을 겪어야 제대로 개화하고, 커피나무는 기온이 급속하게 떨어져야 한다. 또 온도에 따라 꽃잎의 안쪽과 바깥쪽의 생장 속도가 조절되기도 한다. 온도가 높으면 안쪽 꽃잎이 더 빨리 생장해 꽃이 피고, 낮으면 바깥쪽 꽃잎이 더 빨리 생장해 꽃이 진다.

이후 개화 메커니즘의 구체적인 작동 기작에 대한 연구가 이어졌다. 1900년대 초반 식물생리학자들은 실험을 통해 개화를 유도하는 특정 호르몬이 있다고 판단했다. 개화 유도 물질의 실마리는 1990년대 말부터 빠르게 풀리기 시작했다. 1995년 독일과 일본의 연구자가 FT(Flowering Locus T)유전자를 발견해 '사이언스'지에 발표했다. 이후 2003년 FT유전자가 관다발에서 발현된다는 것이 입증됐다.

2005년부터 발상의 전환이 연구 결과로 결실을 맺기 시작했다. 스웨덴 연구자가 발표한 FT유전자의 발현과 작용에 관한 연구 결과는 FT유전자, FT단백질, 플로리겐 사이의 관계에 대한 중요한 힌트가 됐다. 이후 2007년 FT단백질이 플로리겐임을 입증하는 연구 결과가 '사이언스'지에 게재됐다. FT단백질은 다른 어떤 호르몬보다 분자량이 큰 획기적인 호르몬이었다.

FT단백질을 포함한 개화 메커니즘의 구체적인 작용 기작은 2005년부터 규명되기 시작했다. 먼저, 식물의 잎에서 낮의 길이를 감지해 FT단백질이 만들어지고, 이것이 생장점으로 이동해 개화를 유도한다는 연구 결과가 발표됐다. 2008년에는 식물이 생체리듬을 24시간 주기로 맞춰 광합성 시간이나 개화 시기를 결정하는 유전자 피오나1(FIONA-1)이 발견됐다.

또 2013년 개화시기를 조절하기 위해 GI(Gigantia, 자이겐티아) 단백질이 낮에는 골고루 퍼지고, 밤에는 핵체에 밀집하는 형태로 변화한다는 연구 결과가 나왔다. 같은 해 대기의 온도 변화를 인지하는 FLM(Flowering Locus M)유전자가 발견됐다. 기온이 섭씨 20도 이하로 낮아지면 이 유전자가 대기의 온도 변화를 감지하는 SVP(Short Vegetative Phase)단백질과 결합, 개화 촉진 유전자 발현을 억제해 개화를 늦춘다는 것이다. 이영미 과학칼럼니스트


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