태초에 하나님이 천지를 창조하시니라 (창세기 1:1)

LIBRARY

KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

수수는 가뭄 시에 유전자 발현을 조절한다 : 식물의 환경변화 추적 및 대응 메커니즘은 설계를 가리킨다.

미디어위원회
2020-01-23

수수는 가뭄 시에 유전자 발현을 조절한다

: 식물의 환경변화 추적 및 대응 메커니즘은 설계를 가리킨다.  

(Sorghum Manages Gene Expression to Resist Drought)

by Randy J. Guliuzza, P.E., M.D.


      수수(Sorghum)는 가뭄에 잘 견디는 특성으로 인해, 중요한 식량 작물 중 하나이다. 이 특성은 생물 개체가 환경 변화를 지속적으로 추적할 수 있는 방법을 보여주는 이상적 모델이 되고 있다. 새로운 한 연구는 가뭄 내성의 기저에 있는 일부 메커니즘을 밝히는 데 큰 진전을 보여주고 있었다. 수수는 물이 부족한 경우, 광합성 관련 유전자의 발현과 뿌리의 곰팡이들과의 관계를 근본적으로 조절한다.

넬 바로쿠아스(Nelle Varoquaux)와 버클리 캘리포니아 대학의 엘리자베스 퍼덤(Elizabeth Purdom)이 이끄는 연구자들은 PNAS 지에 그들의 연구 결과를 발표했다.[1] 17주를 지속한 현장 연구에서, 그들은 두 다른 유전자형을 나타내는 두 세트의 수수(Sorghum bicolor)를 경작했다. 그리고 개화 전 및 개화 후에 가뭄 스트레스를 받게 했다. 연구팀은 매주 잎과 뿌리 샘플을 수집했다. 연구자들은 현장에서 샘플을 빠르게 동결시키는 방법을 개발하여 적용했다. 실험실에서 그들은 약 400개의 전사체(transcriptomes, 샘플링 시 식물의 RNA 프로파일) 데이터 세트를 생성하기 위해서, 메신저 RNA(활성 유전자의 산물)의 염기서열을 분석했다. 그것으로부터, 연구자들은 성장기 동안 가뭄에 반응하는 분자들의 프로필을 얻게 되었다.

놀랍게도 연구원들은 다음의 것을 발견했다 :

우리의 주간 시계열 연구는 수수가 1주 내에 개화 전 및 개화 후 가뭄 스트레스를 감지하고, 적응하여, 궁극적으로 유전체의 40% 이상의 유전자 발현에 영향을 미친다는 것을 보여준다. 이 전사체 반응에는 생물학적 방어, 비생물학적 스트레스 반응, 광합성과 같은 중요한 기능과 관련된 유전자들이 포함된다.[1]

U.C. 버클리 대학의 보도자료는 게재된 과학적 결과와 일치했다. 보도자료는 연구의 중요성을 언급하며 이렇게 말했다. “이번 주 PNAS 지에 발표된 새로운 연구는, 식물이 유전체를 절묘하게 제어하는 방법에 대한, 즉 물 부족의 경우 일부 유전자의 스위치를 켜고 일부는 끄는, 상세한 모습을 최초로 보여준다." 덧붙여서 ”식물은 총 10,727개의 유전자의 발현을 조절하고 있었다...."[2]

이 연구자들이 보고하지 않은 것은, 유전체 전반에서 정확한 제어를 가능하게 하는, 수수 내의 적응 시스템 요소들이다. 그 시스템은 유사한 기능을 수행하는, 사람이 만든 공학 시스템과 동일한 것이다. 수수에는 가뭄을 감지하는 센서가 장착되어 있음이 분명하다. 또한, 식물에 들어있는 정교한 제어는, 올바른 표적 유전자의 발현을(무작위적이 아님) 정확하게 초래하고, 반응을 제어하고 조절하기위한 논리적 알고리즘이 식물 내에 내장되어 있음을 가리킨다.

수수의 가뭄에 대한 적응은 그 특성의 발현을 조절하는 데 국한되지 않는다. ICR이 이전에 보고한 바와 같이, 식물 수수는 혼자 고립되어 가뭄이라는 조건에 적응하지 않는다. 수수는 뿌리덩어리를 둘러싼 토양의 미생물들과 관련하여 반응한다.[3] 수수는 뿌리 주변의 환경 조건을 직접 변경하여, 토양 박테리아의 구성을 변경했다. 변경된 미생물 군집은 수수가 가뭄에 잘 대처할 수 있도록, 뿌리의 질량이 증가하도록 촉진했다.

또한 바로쿠아스와 그녀의 연구팀은 가뭄이 없는 조건에서, 수수의 뿌리와 공생관계에 있으며 풍부하게 존재하는, 수지상 균근 곰팡이(arbuscular mycorrhizal(AM) fungi)에 대한 가뭄의 영향을 연구했다. 가뭄 동안, 수수에서 특별하게 변형된 유전자들 중 일부는 대사경로를 하향 조절함으로써, 이러한 공생관계를 변화시켰다. 이 하향 조절은 수수와 곰팡이 사이에 교환 가능한 생산물의 이용 감소를 반영하는 것으로 보였다. 연구원들은 결론을 내렸다.

이 식물(수수) 뿌리의 전사체에 대한 우리의 연구는, 가뭄이 AM 곰팡이와의 공생에 중요한 유전자들의 전사체를 조정하여 감소시키고 있음을 보여준다. 그것은 가뭄에서 총 AM 곰팡이 바이오매스의 손실과 일치하는 것으로 나타났다.[1]

이러한 밀접한 협력적 관계를, 진화론자들은 "공진화(co-evolution)", "공동옵션(co-option)", "수렴진화(convergent evolutions)" 등에 기인한 것으로 설명하고 있다. 이 단조로운 이야기들은 만족스럽지 않은데, 그들은 모두 진부한 상상의 이야기이기 때문이다. 그러나 바로쿠아스의 연구는 ICR이 개발해왔던 생물학적 설계 이론을 다시 한 번 확인해주는 것이었다.[4] 생물학적 설계 이론은 생물학적 기능은 공학적 원리를 활용하여 개발된 모델에 의해 정확하게 설명된다는 것이다. 또한 사람의 공학적 행동에 대한 연구는, 생물학적 연구에 대한 정확한 정보를 예측할 수 있도록 해주며, 연구자들에게 그 현상의 정확한 특성을 알려줄 것이라고 본다.

가뭄에 대한 수수의 반응은, 생물체가 사람의 추적 시스템과 유사한 시스템을 사용하여, 환경 변화를 추적할 것으로 예측하는, 연속환경추적(CET, continuous environmental tracking)이라 불리는 ICR의 공학적 기반 적응 모델과 적합하다.[5] 수수는 가뭄을 감지하는 센서를 갖고 있으며, 유전체 전반에 걸쳐 정확한 제어를 수행할 수 있는 내장된 논리적 메커니즘을 보유하고 있었다.[2] 그리고 연속환경추적 모델을 지지하는 표적 반응들을 발현하고 있었다. 수수의 반응은 신속하고 반복 가능한 것으로 특징지을 수 있으며(설계된 해결책의 전형적인 방식), 추가적으로 확인된 것이다.

이 모델은 생물체 고유의 내장되어 있는 상호연결망(interface) 시스템의 존재를 예측한다.[6] 이 예측은 두 개의 독립된 개체가 함께 작동하려면, 인터페이스로 상호 연결되어야 한다는 공학적 원칙에 기반한다. 수수는 특정 유전자의 발현을 조정하고, AM 곰팡이는 두 개체 모두에게 유익한 방식으로 반응하고, 가뭄이 끝났을 때 관계를 쉽게 다시 되돌릴 수 있다는 사실은, 상호연결망 시스템의 세 단계의 요소(인증 메커니즘, 조절 방법, 공동 매체)들이 작동되고 있음을 가리킨다. 

ICR은 생물학에 대한 접근 방식과 생물학적 현상에 대한 이해를 근본적으로 바꾸는 길을 선도하고 있다. 이를 위해 우리는 공학적 분야 내에서 이론적 프레임을 도입하고 있는 중이다. 이 프레임은 분자적 수준에서 생태학적 수준까지, 생물학적 군집을 따라 생물학적 기능의 작동을 설명하는, 공학적 원리를 명확하게 정의하기위한 연구 프로그램을 고안했다. 이 접근 방식은 상당한 통찰력과 광범위한 설계된 제어를 입증하여, 더 높은 수준의 설계를 보여줌으로서, 자연의 창조주이신 예수 그리스도에게 영광을 올려드리도록 하는 것이다.


References
1. Varoquaux, N. et al. 2019. Transcriptomic analysis of field-droughted sorghum from seedling to maturity reveals biotic and metabolic responses. Proceedings of the National Academy of Sciences. Posted at pnas.org on December 5, 2019, accessed December 9, 2019.
2. Manke, K. 2019. Genomic gymnastics help sorghum plant survive drought. Posted on news.berkeley.edu December 2, 2019, accessed December 9, 2019.
3. Guliuzza, R. 2018. Sorghum and Bacteria Cooperative DesignCreation Science Update. Posted on icr.org on October 16, 2018, accessed December 9, 2019.
4. Guliuzza, R. J. 2019. Engineered Adaptability: Continuous Environmental Tracking Wrap-Up. Acts & Facts. 48 (8): 17-19.
5. Guliuzza, R. J. and P. B. Gaskill. 2018. Continuous environmental tracking: An engineering framework to understand adaptation and diversification. In Proceedings of the Eighth International Conference on Creationism, ed. J.H. Whitmore. Pittsburgh, Pennsylvania: Creation Science Fellowship, 158-184.
6. Guliuzza, R. J. and F. Sherwin. 2016. Design Analysis Suggests that our “Immune” System Is Better Understood as a Microbe Interface System. Creation Research Society Quarterly. 53:123-139.


*Randy Guliuzza is ICR’s National Representative. He earned his M.D. from the University of Minnesota, his Master of Public Health from Harvard University, and served in the U.S. Air Force as 28th Bomb Wing Flight Surgeon and Chief of Aerospace Medicine. Dr. Guliuzza is also a registered Professional Engineer.


*참조 : 세포도 인간 공학자처럼 제어 이론을 사용하고 있다!

http://creation.kr/LIfe/?idx=2867103&bmode=view

자료실/창조설계/식물

http://creation.kr/Plants

자료실/창조설계/동물

http://creation.kr/animals


출처 : ICR, 2020. 1. 16.

주소 : https://www.icr.org/article/11753/

번역 : 미디어위원회



서울특별시 중구 삼일대로 4길 9 라이온스 빌딩 401호

대표전화 02-419-6465  /  팩스 02-451-0130  /  desk@creation.kr

고유번호 : 219-82-00916             Copyright ⓒ 한국창조과학회

상호명 : (주)창조과학미디어  /  대표자 : 오경숙

사업자번호 : 120-87-70892

통신판매업신고 : 제 2018-서울중구-0764 호

주소 : 서울특별시 중구 삼일대로 4길 9, 라이온스빌딩 401호

대표전화 : 02-419-6484

개인정보책임자 : 김광