겨자식물에 대한 세포수준의 로드맵(road map)으로 몇 가지 비밀이 밝혀지고 있다.

   상호작용체 지도화 콘소시움(Interactome Mapping Consortium)에 속한 한 국제 연구팀이 애기장대 겨자식물(Arabidopsis mustard plants)의 수천 개의 단백질-단백질 상호작용의 지도화와 각 단백질들을 암호화하는 유전자들과의 연관성을 밝히기 위해 작업해 왔다고 ScienceDaily(2011. 7. 30) 지는 밝혔다. 미국 솔크연구소(Salk Institute)의 조셉 에커(Joseph Ecker)에 따르면, ”이러한 데이터는 앞으로 생물학자들이 ‘상호작용체(Interactome)’ 지도화 연구에서 얻을 데이터들과 함께, 가뭄이나 질병에 저항성이 있고, 더 높은 영양가의 농작물을 개발하여, 인류에게 더 유용하게 이바지 할 것이라”고 밝혔다.

연구팀은 자연선택이 유전체(genome)에 영향을 줄 수 있는 한 복잡한 메커니즘을 보여주었다. 그들은 식물들이 자신의 유전적 다양성을 증가시키는 하나의 방법을 밝히고 있었다. 그런데 연구자들은 병원균들이 심지어 ”약 십억 년이 지나며 진화”된 이후에도 식물체의 동일한 단백질 복합체를 목표물로 공격하는 것을 발견하고 깜짝 놀랐다.

생물체가 적절히 기능하기 위해서는 단백질들은 협력해서 작용해야만 한다. 연구자들은 애기장대에서 단백질 상호작용체들의 6,205 개의 염기쌍들을 동정했는데, 그것은 지금까지 ”상호작용체(interactome)”의 단 2% 만을 지도화한 것이다. 식물에서는 수많은 유전자 복제들이 일어난다. 유전자 복제에 앞서서 단백질의 1,900개의 상호작용 염기쌍들이 참여하는 것으로 나타났다. 이 과정은 식물체의 동일한 단백질이 여러 다른 장소들에서 작동하는 것을 가능하도록 해준다. ”이러한 유전자 복제사건은 분명 식물체로 하여금 변화하는 환경에 안정적으로 적응하는데 필요한 유전적 융통성을 제공하는 것이다”. 

단백질 상호작용과 그것을 암호화하는 유전자들의 상관관계를 통해 복잡한 유전패턴을 설명할 수 있다. 식물이 특정한 서식지에서 가장 잘 생존하도록 해주는 그러한 단백질 조합은 자연적으로 선택되고 전달될 것이다. 물론, 이러한 방식으로 그 유전체가 영향을 받게 되고, 가장 유용한 유전자 복사본이 유지된다.

”식물들은 그들의 환경과 생태계에 반응하여 진화해온 독특한 특성을 가지고 있다”고 믿으면서, 저자들은 ”우리는 유전자 복제 사건의 결과에 따른 유전자 상호작용의 역동적인 재구성을 관측했는데, 그것은 상호작용체 네트워크를 작동시키는 한 진화모델의 증거를 제공하고 있다”고 덧붙여 말했다[1]. 겨자식물이 다른 종류의 식물로부터, 혹은 다른 식물로 진화되었다는 개념을 지지하는 그 어떠한 증거도 없음에도 불구하고, 식물세포의 다양한 기능들은 식물의 유전적 다양성에 대한 유전자 복제에 기초한 재배치로 설명될 수 있다는 것이다.

가장 놀라운 발견은 그 식물의 적(enemy)들을 분석하는 과정에서 나타났다. 박테리아인 Pseudomonas syringae와 곰팡이류인 Hyaloperonospora arabidopsidis는 애기장대의 상호작용 단백질들의 동일한 복합체를 표적으로 하는 것으로 밝혀졌다. 이 사실은 연구자들에게 하나의 쇼크였는데, 왜냐하면 진화론자들은 ”이러한 두 병원균은 약 10억 년의 진화 기간을 거쳐서 떨어져 있었던 것으로 믿고 있었기 때문이다”. 하나의 조상에 대한 가능성 있는 설명도 없이, 연구자들은 수렴진화(convergent evolution)를 유일한 허용할 수 있는 답변으로 생각하고 있었다. ”서로 다른 계(kingdoms)에서 온 병원균들이 동일한 단백질 복합체를 표적으로 하는, 독립적으로 진화된 독성 단백질들을 배치시키고 있었다.”[2]
 
그러나 이러한 발견을 충격으로 받아들이는 이유는, 연구자들이 진화론적 시간 틀에 기초하고 있기 때문이다. 지구의 성경적 나이는 대략 6천 년 정도로, 창조 주간에 이들 생물체들은 종류대로 창조되었고, 종 내에서의 다양한 변이를 통해 발전되어왔다. 모든 생물체들은 동일한 생화학적 기작으로 작동되기 때문에, 동일한 단백질 복합체가 서로 다른 병원균들의 표적이 될 수 있다는 것은 놀랄 필요가 없는 일이다. 덧붙여서 특별히 말하고 싶은 것은, 그러한 병원균들은 실제로 10억 년의 역사를 가지고 떨어져 있지 않았다는 것이다.

1. www.sciencemag.org/content/333/6042/601
2. www.sciencemag.org/content/333/6042/596