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식물 뿌리 발달의 근원인 줄기세포는 Stem Cell Niche (STN)로부터 공급되어, 비대칭 세포분열 (asymmetric cell division)을 통해 스스로 STN 을 생성하고 또한 각각의 딸세포들을 생성하여 배발생 과정 이후의 모든 뿌리발생 및 생장에 필요한 세포들을 공급하는 역할을 한다. 이렇게 형성된 조직층들은 일정한 배열을 통해 발달하게 된다. 이러한 일련의 과정 중 QC (Quiescent Center, 정지중심부)는 ...

식물 뿌리 발달의 근원인 줄기세포는 Stem Cell Niche (STN)로부터 공급되어, 비대칭 세포분열 (asymmetric cell division)을 통해 스스로 STN 을 생성하고 또한 각각의 딸세포들을 생성하여 배발생 과정 이후의 모든 뿌리발생 및 생장에 필요한 세포들을 공급하는 역할을 한다. 이렇게 형성된 조직층들은 일정한 배열을 통해 발달하게 된다. 이러한 일련의 과정 중 QC (Quiescent Center, 정지중심부)는 식물호르몬 및 뿌리발달 특이적인 전사인자들과 함께 세포의 공급과 분열, 분화를 정교하게 조절함으로서 STN을 유지한다. 본 연구는 식물의 뿌리줄기세포 발달과정 중 QC에서 근원세포의 공급에 영향을 미치는 브라시노스테로이드 (BR)와 칼슘이 식물의 정지중심부 세포 발달에 어떠한 영향을 주는지 밝혀 뿌리의 발생이나 세포 타입의 분화를 조절하는 기작을 종합적으로 이해하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 우선 브라시노스테로이드 신호전달 관련 돌연변이체 및 형질 전환체를 이용하여 뿌리 세포의 운명에 어떠한 영향을 주는지 뿌리 표현형을 보다 체계적으로 관찰하였다. 공초점 현미경을 이용하여 BR관련 돌연변이체의 뿌리 끝 구조를 확인한 결과 DAG 7에서 BR의 전사인자인 BZR1/2의 gain of function (bzr1-D, bes1-D) 돌연변이체는 야생형보다 많은 QC의 추가적 분열이 확인 되었으며, 반대로 BR의 작용이 억제된 돌연변이체(bri1-5, det2)에서는 QC 분열이 거의 없는 야생형과 비슷한 표현형을 가지는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 QC의 분열이 억제된 야생형 식물은 외부에서 처리한 BR에 의해 QC의 분열이 농도 의존적으로 농도가 증가함에 따라 QC 분열이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 이 결과는 BR이 QC의 분열과 유지에 다른 호르몬과는 다른 특이적으로 중요한 역할을 하는 것이라는 증거로 생각되어 진다. 그에 따른 기능적인 변화로서 CEI (Cortex-Endodermis Initial) 조기 분화의 표현형을 보여준다. BR의 기능항진 또는 외부 처리에 의한 작용은 한 개의 QC에서 유래된 한 개의 CEI가 아닌 위아래 각각의 QC에서 분열된 각각의 Cortex initial과 Endodermis initial 세포에서 기원하는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 QC의 분열과 유지에는 대표적 식물 호르몬 중 하나인 auxin이 중요한 역할을 하며, auxin의 분포와 이동에는 칼슘의 작용이 중요한 것으로 알려져 있다. 이에 칼슘작용억제제를 처리하였을 때 QC 및 STN의 발달에 어떠한 영향을 미치는지 확인해 보았다. 그 결과 칼슘작용억제제에 의해 QC가 BR처리 시와 같은 추가적인 QC 분열을 일으키는 것을 확인 할 수 있었다. 이에 QC의 추가적인 분열 이유를 알아 보기위해 식물체내 auxin 분포 및 수송에 대한 연구를 진행하였으며, PIN1단백질의 발현 저해와 세포기저부로의 localization이 방해됨으로 인해 auxin의 극성수송이 감소되어 auxin maximum 크기가 감소된 것을 확인하였다. 그리고 칼슘 작용억제제 처리 후에 외부에서 함께 처리한 auxin에 의해 auxin maximum이 회복되는 것으로 보아 칼슘작용억제제에 의한 auxin maximum의 감소는 내생 auxin을 감소시킴으로서 일어나는 것으로 확인해 볼 수 있다. 기존의 연구에서 BR이 식물체에 미치는 영향은 성장과 발달에 영향을 주며, 특히 뿌리에서는 신장과 곁뿌리 발달을 촉진하는 것으로 알려져 있었으나, 본 연구는 BR이 뿌리에서 조직 특이적 작용을 통해 QC 분열 및 유지, CEI의 발달에 영향을 미치는 것을 보여 주었다. 이에 비해 옥신 분포에 영향을 미치리라 예상되는 칼슘은 CEI 발달에 아무런 영향을 미치지 않았으며, 이는 CEI 발달으 옥신이 아닌 BR 특이적인 현상으로 이해된다.

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