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이 글과 함께 읽으면 좋은 기사... 식물에게도 유무선 통신망이 있어 서로 의사소통을 한다는 내용 http://blog.daum.net/stonehinge/8728719


고추 싹. 새로운 연구에서는 특정한 다른 식물 옆에서 자라는 식물이 홀로 자라는 식물보다 더 건강하다는 것을 밝혔다. 



식물이 의사소통하기 위해 음향신호를 사용한다고 제시하는 새로운 연구 에 따르면, 식물은 그 이웃의 이야기를 엿들을 수 있고 자신의 성장을 안내하는 소리를 "듣고" 이용한다. 

"우린 식물이 좋은 이웃이 옆에서 자라고 있는 걸 인식할 수 있다는 것을 밝혔습니다"라고 웨스턴 오스트레일리아 대학의 진화생태학자이자 연구의 공동저자 Monica Gagliano 씨는 말한다.

"우린 이 의사소통이 음향 교환에 기반하고 있을 수 있다는 점을 제시합니다."

이번 주에 BMC Ecology 저널에 발표된 연구결과는 식물이 화학물질의 "냄새를 맡지 못할" 뿐만 아니라, 그 이웃의 반사된 "빛을 볼 수 없다"고 제의한다. 그런데 그들은 주변 식물들의 "소리를 들을 수 있다."

"식물은 우리가 생각하는 것보다 더 복잡한 유기체이다"라고 Gagliano 씨는 말한다.


좋은 이웃

새로운 연구에서 Gagliano 씨와 그 동료 Michael Renton 씨는 잡초의 성장과 해충을 억제하는 바질 같은 좋은 이웃의 옆에 고추를 심으면 고추만 심었을 때보다 더 빨리 싹이 트고 건강하게 자란다는 것을 밝혔다.

놀랍게도 과학자들은 식물들이 빛이나 화학적 신호를 교환할 수 없는 검은 플라스틱판으로 분리되었을 때조차 똑같은 결과를 얻었다.

아무튼 고추 싹은 그 이웃한 식물의 종류가 무엇인지 알 수 있고, 그에 따라 반응한다. Gagliano 씨는 그 해답이 의도적이든 아니든 식물의 세포 안에서 발생한 음향 진동에 관련되어 있다고 추측한다. 

"진동이란 방법은 소리가 가장 잘 전달되는 수단이기에 가장 쉽고, 아마 가장 직관적으로 인식할 수 있을 것이다"라고 Gagliano 씨는 말한다.

Gagliano 씨의 이번 작업은 그녀의 연구팀이 고추가 다른 식물의 성장을 억제시키는 화학물질을 방출하는 회향풀 같은 "나쁜 이웃들"에게 둘러싸였을 때와 비슷하게 느낄 수 있다는 것을 밝힌 지난해 수행한 실험의 후속이다.  


"식물의 언어"

과학자들은 식물의 대화에 대한 이 새로운 형태의 연구가 아직은 시기상조이고, 여전히 많은 미제의 문제가 남아 있다고 인정한다. 예를 들어, 식물이 의도적으로 다른 식물과 의사소통하고 있는가? 그리고 만약 그렇다면, 그들은 모두 보편적인 "식물의 언어"로 이야기하는가?

"그 신호가 무엇이든지, 우린 다른 식물이 '엿들을 수 있는' 그 신호가 식물의 의도로 생산되는지 우연한 부산물인지 알지 못한다"고 Renton 씨는 말한다. 

또 다른 미지의 사실: 식물이 이야기하고 다른 식물의 소리를 듣는 구조는 무엇인가? 그리고 곤충과 동물이 식물의 대화를 염탐하고 자신들의 목적을 위해 그걸 이용할 수 있는가?

Gagliano 씨는 이러한 질문 들에 대한 대답은, "우린 알지 못합니다"라고 말한다.

그러나 그녀는 "자료가 여기에 있습니다. 식물은 무언가를 하고 있습니다"라고 말하며, "완벽히 그걸 설명할 수는 없지만, 그것이 아무것도 일어나지 않고 있다는 것을 뜻하지는 않습니다"라고 덧붙인다.

하지만 Gagliano 씨는 소리로 의사소통할 수 있는 능력이 식물들 사이에 널리 퍼져 있다고 생각하고 있다. "만약 이것이 식물이 대화하는 데 사용하는 또 하나의 양상이라면, 어디에나 있을 것이라고 기대할 수 있다"고 그녀는 말한다. 

Gagliano 씨는 음향 신호가 그 이웃을 확인하고 그들의 행동을 예상할 수 있는 빠르고 쉬운 방법이라고 생각한다. 이와 대조적으로 화학적 신호는 자원의 관점에서 사치스러운 전문화된 분자와 수신기관을 생산해야 한다. 


성장을 북돋음

캘리포니아 대학의 작물과 생태계 전문가인 Richard Evans 씨 등은 실험을 몇 번 반복하니 그 결과가 "확실히 흥미롭습니다"라고 이야기한다.

이 연구자들은 "아직 확인되지 않은 식물 사이의 의사소통 수단이 몇 가지 있다는 증거를 나타낸다"고 이 연구에 참여하지 않은 Evans 씨는 말한다. 

Gagliano 씨는 식물의 의사소통에 대한 비밀을 배우는 일이 인간에게 도움이 되도록 실용적으로 적용할 수 있다고 생각한다. 그녀는 농민들이 화학비료나 농약을 쓰지 않고도 특정 식물의 성장을 북돋거나 억제하기 위해 소리를 활용할 수 있을 것이라 생각한다.

그녀는 "내가 인간으로서 생각하면, 우린 자연이 우리에게 할 수 있도록 허용한 것에 대해 보수적이다"라고 말한다. "우리는 자연이 우리가 이용할 수 있는 더 많은 도구를 제공하는데 작은 상자에 우리 자신을 가두어 놓고 있습니다."

그러나 연구의 공동저자 Renton 씨는 "우리 연구의 영향에 대한 크기는 꽤 작습니다"라고 신중한 반응을 보인다.

그는 "농민들이 발아 속도를 조금 앞당기고자 음악을 틀어놓을 만큼 경제적 타당성이 있을지에 대해서는 답을 기다려야 한다고 생각합니다"라고 말한다. 




http://news.nationalgeographic.com/news/2013/13/130507-talking-chili-plant-communication-science/

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Paul Christou12 

1 ICREA Research Professor, Universitat de Lleida-Agrotecnio Center, Department de Produccio Vegetal i Ciencia Forestal, Av. Alcalde Rovira Roure 191, E-25198 Lleida, Spain
2 Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, Passeig Lluís Companys 23, Barcelona 08010, Spain


Introducing genes into plants to create new commercially-useful varieties may seem like a trivial task today. In the early 1980s however, this was one of the major bottlenecks preventing the fulfillment of an agricultural revolution that began following the discovery and use of restriction enzymes, followed swiftly by the genetic engineering of bacteria for medical and industrial applications. Plant biotechnology has been technology-driven since its inception, and the successful establishment of gene transfer technologies for major crops [1,2,3] was a major breakthrough for the small biotechnology companies that spearheaded developments in the field in the early 1980s. When the soil bacterium Agrobacterium tumefaciens was shown to transfer part of the DNA from a resident plasmid into the plant genome, it did not take long to generate the first model transgenic plants [4,5].

The first key plant transformation patents on A. tumefaciens and biolistics defined the industry and precipitated its transformation and consolidation. Whereas early activities in the field were dominated by start-ups in the US such as Cetus Madison (Agracetus), Agrigenetics, Calgene, Advanced Genetic Systems, Molecular Genetics, and others, as well as Plant Genetic Systems in Belgium and a number of larger, more-established agrochemical companies such as Monsanto, DuPont, Lilly, Zeneca, Sandoz, Pioneer, Bayer, and others, the field is now dominated by a handful of big companies. The first two traits to be commercialized successfully were insect resistance based on Bacillus thuringiensis (Bt) genes and herbicide tolerance. The consolidation and turmoil in the Bt industry [6] provides a good example of the broader landscape of consolidations, mergers, and acquisitions that took place in the plant biotechnology sector as a whole (Figure 1).



Figure 1
Consolidation of commercial activities in plant biotechnology. Evolution of the commercial landscape for Bacillus thuringiensis (Bt) crops. The five major companies currently selling Bt seeds have arisen through a series of mergers, acquisitions, and spin offs/demergers as larger companies segregate their agribusiness interests. Monsanto Co., in its current incarnation, was an agribusiness spin-off from Pharmacia in 2002 following the merger of the original Monsanto Co. (established in 1901) with Pharmacia and Upjohn in 2000. Pharmacia created the new Monsanto as an agribusiness subsidiary in late 2000, and then established it as an independent company in 2002. Bayer CropScience is an agribusiness subsidiary of Bayer AG, formed following the acquisition of Aventis CropScience in 2000. Syngenta formed from the merger of Novartis and AstraZeneca in 2000, both of which were agribusiness spin-offs generated in previous mergers. Dow AgroSciences is a wholly owned subsidiary of Dow Chemical Co., formed when Dow Chemical Co. purchased Eli Lilly's stake in Dow Elanco (an agribusiness spin-off from Dow Chemical Co. and Ely Lilly & Co. formed in 1989). Finally, Pioneer Hi-Bred International is now an agribusiness subsidiary of DuPont, which acquired 20% of the company in 1997 and the remaining 80% in 1999. Reproduced, with permission, from [6].

Interestingly, commercial products were developed first and the underpinning science came later. Therefore, it is not surprising that the two original traits remain the most dominant commercial traits today. There have been improvements in efficiency and the traits have been stacked into individual varieties but, in principle, the technology remains the same.

The decision of the academic community to focus on the model plant Arabidopsis thaliana paid handsome dividends in terms of fundamental science. In hand with advances in DNA sequencing, the field of genomics came of age and now it is considered routine to embark on major sequencing projects for different plant species. Access to the gene sequences of major crops can now be combined with high-throughput transcriptome and proteome analysis leading to unprecedented advances in gene discovery and functional annotation. Metabolomics and systems biology are now taking center stage, generating huge amounts of data, using this to create models of the entire plant systems. Advances in bioinformatics allow the storage, handling, mining, and manipulation of these large datasets leading to further advances in our understanding of fundamental and more complex plant processes. The impact of this rich stream of previously untapped data is that targets that were formerly considered intractable, such as the modulation of photosynthesis and the ability of plants to fix nitrogen, are now within our reach as shown by the recent substantial investments of time and resources into these areas. Multigene engineering has also helped to advance the development of crops with more complex traits, including extended metabolic pathways producing valuable compounds such as β-carotene in the case of Golden Rice [7] and three different vitamins in the case of Multivitamin Corn [8].

One surprising development that was not envisaged in the early days of plant biotechnology was the increasingly antagonistic effect of overzealous regulation. A robust regulatory system for new technologies is required, but this should be based on rational principles and evidence rather than political expediency [9,10]. The current regulatory environment for genetically engineered crops particularly in Europe is hostile, irrational, and full of inconsistencies with the overall effect of seriously hampering progress in science. The early pioneers of genetic engineering in plants foresaw the potential of the technology and its ability to increase yields and address our most challenging social problems, such as poverty and food insecurity. Whereas the technology has progressed in leaps and bounds, the positive impact it could have all over the world is being needlessly wasted. My fervent hope is that it will not take another 30 years for this situation to change.

ACKNOWLEDGMENTS

Research at the Universitat de Lleida is supported by MICINN, Spain (BIO2011-23324; BIO02011-22525; PIM2010PKB-00746); European Union Framework 7 Program-SmartCell Integrated Project 222716; European Union Framework 7 European Research Council IDEAS Advanced Grant (to PC) Program-BIOFORCE; RecerCaixa; COST Action FA0804: Molecular farming: plants as a production platform for high value proteins; Centre CONSOLIDER on Agrigenomics funded by MICINN, Spain.

REFERENCES

1 McCabe, D.E., et al. (1988). Stable transformation of soybean (Glycine max) by particle accelerationBiotechnology 6, 923–926PubMed

2 Christou, P., et al. (1991). Genotype-independent stable transformation of rice (Oryza sativa) plantsBiotechnology 9, 957–962PubMed

3 Gordon-Kamm, W.J., et al. (1990). Transformation of maize cells and regeneration of fertile transgenic plantsPlant Cell 2,603–618CrossRef | PubMed

4 Barton, K.A., et al. (1983). Regeneration of intact tobacco plants containing full length copies of genetically engineered T-DNA and transmission of T-DNA to R1-progenyCell 32, 1033–1043Abstract | | CrossRef | PubMed

5 Herrera-Estrella, L., et al. (1983). expression of chimeric genes transferred into plant cells using a Ti-plasmid-derived vector.Nature 303, 209–213CrossRef | PubMed

6 Sanahuja, G., et al. (2011). Bacillus thuringiensis – a century of research, development and commercial applicationsPlant Biotechnol. J. 9, 283–300CrossRef | PubMed

7 Ye, X.D., et al. (2000). Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endospermScience 287, 303–305CrossRef | PubMed

8 Naqvi, S., et al. (2009). Transgenic multivitamin corn through biofortification of endosperm with three vitamins representing three distinct metabolic pathwaysProc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 7762–7767CrossRef | PubMed

9 Farre, G., et al. (2011). Nutritionally enhanced crops and food security: scientific achievements versus political expediency.Curr. Opin. Biotechnol. 22, 245–251CrossRef | PubMed

10 Ramessar, K., et al. (2010). Going to ridiculous lengths – European coexistence regulations for GM cropsNat. Biotechnol.28, 133–136CrossRef | PubMed


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평소 텃밭농사에서도 늘 강조하는 것이, 작물에게 함부로 물을 주지 말라는 점이다. 그것은 물을 주는 데 의존하다보면 스스로 가뭄에 견디며 자신의 뿌리를 펼치는 능력이 쇠퇴할 수 있고, 잘못 물을 주는 것이 오히려 더 해로울 수 있다는 점 때문이다. 수시로 물을 주기보다는 작물의 고유한 능력을 최대한 발휘할 수 있도록 하고 농부는 흙을 건강히 살리는 일이 더 근본적이라고 강조해왔다.

그런데 이 기사를 보면 과학적으로도 그것이 영 터무니 없는 일은 아니었나보다. 식물도 가뭄을 기억해 자신의 생존전략을 바꾼다는 사실이 과학적으로 입증된 것이 아닌가. 물론 이건 극히 일부의 사례에 지나지 않을지도 모른다. 하지만 그 가능성이 열린 단초로 받아들일 수 있을 듯하다. 

그런데 마지막에 이러한 특성을 유전자조작에 활용할 수 있을 것 같다는 문구는 영 찝찝하네...



(서울=연합뉴스) 가뭄을 경험한 적이 있는 식물들은 이를 기억해 다시 가뭄이 닥치면 이에 따른 스트레스를 해결할 줄 알게 되는 것으로 밝혀졌다고 사이언스 데일리가 16일 보도했다.

이는 많은 정원사가 경험으로 알고 있는 사실이지만 과학적 연구로 확인되기는 처음이다. 정원사들은 식물을 옮겨심기 전 며칠동안 물을 주지 않고 가뭄에 견디는 `훈련'을 시켜 새로운 환경에 잘 적응하도록 하는 방법을 사용하기도 한다.

미국 링컨 소재 네브래스카 주립대(UNL) 연구진은 식물연구에 가장 널리 사용되는 애기장대 실험을 통해 가뭄을 겪은 집단은 그렇지 않은 집단에 비해 가뭄에 신속히 회복 반응을 보인다는 사실을 확인했다고 네이처지 최신호에 발표했다.

즉 탈수 스트레스 훈련을 받은 식물들은 다시 가뭄이 닥쳐도 빨리 회복하지만 훈련을 받지 않은 식물은 빨리 시들고 잎의 수분이 그렇지 않은 식물에 비해 빨리 빠져나가는 것으로 밝혀졌다.

연구진은 "식물들이 탈수 스트레스를 기억하면 다시 가뭄이 오거나 이식(移植)될 때 생존율이 높아진다"고 말했다.

가뭄 훈련을 받은 식물은 특정 하위그룹 유전자의 전사(轉寫: DNA를 원본으로 사용해 RNA를 만드는 과정)활동을 증가시키는 방법으로 다시 찾아온 가뭄에 대응하는 것으로 밝혀졌다.

다시 물이 공급되는 회복기에는 이런 유전자 전사 활동이 정상 수준으로 돌아오지만 식물은 탈수 스트레스에 대한 자신의 전사반응을 기억해 유전자의 스트레스 대응을 증가시킨다는 것이다.

그러나 애기장대는 닷새 동안 물을 공급받고 나면 스트레스를 모두 잊는 것으로 밝혀졌다.

효모 이상 수준의 생명체에서 이런 전사 기억의 사례가 발견되기는 이번이 처음이다.

연구진은 이 연구를 가뭄을 잘 견디는 작물의 교배나 유전자 조작 등에 이용할 수 있을 것으로 보고 있다.

youngnim@yna.co.kr

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서아프리카에서 자라는 식물의 사진과 설명을 볼 수 있는 좋은 곳


http://www.westafricanplants.senckenberg.de/root/index.php


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