[논문] 희귀 Cycad의 왁스 수정이 안료없이 청색을 활용하는 방법

멸종 위기에 처한 남아프리카의 Cycad encephalartos Horridus는 쥬라기 시대의 유물과 비슷할 수 있지만, 종 자체는 공룡이 사라진 후 오랫동안 진화했습니다. 그럼에도 불구하고, 그것은 먼 조상들로부터 물려받은 생화학 적 유산을 가지고 있습니다. 히로시마 대학교 (HU) 연구원들이 이끄는 한 팀은 뾰족하고 은빛 파란색 잎이 색소가 아니라 지질 화합물에 의해 생성 된 왁스 기반 광학 효과가 지질 식물의 새벽으로 거슬러 올라갈 수있는 왁스 기반 광학 효과에 빚을지고 있음을 발견했습니다.

에 발표 된 연구에서 실험 식물학 저널연구원들은 E. 호리 두스 잎에 대한 에피 컷 성 왁스의 코팅이 자외선 (UV)에서 청색 파장으로 빛을 반사하는 관형 결정을 형성하여 식물에 푸르스름한 광택을주는 것으로 밝혀졌다.

키 왁스 화합물 인 Nonacosan-10-OL은 Ginkgos, Conifers 및 Cycads와 같은 체육관을 포함하여 다양한 식물 계보에서 발견되며 심지어 특정 이끼에서 발견되어 육지 식물의 진화 초기에 발생하는 능력을 강조합니다.

그러나 소수의 종만이 그것을 생산하는 특수 왁스 구조로 구성 할 수 있습니다. 구조적 색상색소가 아니라 빛을 산란시키는 미세한 건축물에 의해 생성 된 생생한 색조. 동일합니다 광학 효과 Morpho 나비의 무지개 빛깔의 날개 뒤에, Blue Jays의 생생한 깃털은 그 중에서 색소가 없음에도 불구하고 파란색으로 보입니다.

그러나 팀은 E. Horridus 의이 독특한 색상이 왁스만으로 나오지 않는다는 것을 발견했습니다. 또한 왁스가 짙은 녹색의 엽록소가 풍부한 조직과 어떻게 상호 작용하는지에 달려 있습니다.

“Encephalartos Horridus 잎의 푸른 색은 안료가 아니라 영리한 자연 속임수에서 나옵니다. 표면의 작은 왁스 결정은 ‘구조적 채색’을 만듭니다.

“잎 표면은 1 만 분의 1 밀리미터 너비 약 1 천 분 정도의 초박형 왁스 결정으로 코팅되어 있습니다. 잎의 표면 층에서 벗겨지면 파란색이 사라집니다. 그러나 어두운 표면에 다시 놓으면 마치 마법에 의해 파란색이 등을 맞이합니다.”

UV 방어 및 수분 조절제 유혹?

E. Horridus의 잎이 왜 푸르고 보이는지 이해하기 위해 연구원들은 MCML (Monte Carlo Multi-Layered) 시뮬레이션을 운영하여 지름이 약 0.1 마이크로 미터의 왁스 결정과 어떻게 상호 작용하는지 모델링하여 전형적인 모래 곡물보다 수천 배 작습니다.

시뮬레이션은 왁스 층이 어두운 배경에 대해 앉을 때 원치 않는 반사를 최소화하여 파란색 색조를 강화시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 왁스와 기저 조직 사이에 공기 갭이 있다면 반사율이 증가하여 회백색 캐스트를 유발합니다. 공기를 물로 교체하면 더 많은 빛이 왁스 아래의 엽록소가 풍부한 세포에 도달하도록하여 원래 색상을 회복시킵니다.

비 아코산 -10-ol의 초 소수성 특성은 잘 문서화되어 있지만, 효율적인 UV 반사와의 연결은 여전히 이해가 적다. UV 광선에 대한 차폐는 방사선이 식물 세포에 해를 끼칠 수있는 사막 환경에서 생존에 중요합니다. 그러나 연구원들은 그것에 더 많은 것이 있다고 의심합니다.

ganucous sheen도 곤충 수분 조절제식물의 생식 기관을 향한 네온 표시처럼. 곤충은 인간의 눈에 보이지 않는 UV 빛을 볼 수 있으며, 많은 사람들은 청색 파장에 대한 민감도가 높아졌습니다.

시간을 잃었습니다

E. Horridus는 Epicuticular Wax에서 2 차 알코올 Nonacosan-10-OL을 축적하는 것으로 알려져 있지만,이 화합물이 어떻게 생합성되는지는 미스터리로 남아 있습니다. 대조적으로, 왁스 생합성은 Arabidopsis thaliana 및 Angiosperm 그룹 (개화 식물)의 다른 모델 식물에서 광범위하게 연구되어 왔으며, 이는 훨씬 나중에 진화했다. 아라비돕시스에서, 비 아코산 -10-ol은 검출되지 않았다; 대신, 비 아코산 -14-OL 및 비 아코산 -15-OL은 특성화 된 경로에 의해 2 차 알코올로서 생성된다.

E. Horridus가 독특한 왁스 화합물을 생성하는 방법을 조사하기 위해, 팀은 KCS (케토 아실 -CoA 신타 제) 효소에 중점을 두 었으며, 이는 비 아코산 -10-OL 생합성을 담당 할 것으로 의심되었습니다. 그러나, 이들 효소를 모델 플랜트에 도입하는 것은 화합물의 생산을 초래하지 않았다.

“왜 멸종 위기에 처한 남아프리카의 사이카드 인 Encephalartos Horridus의 잎은 파란색 안료를 포함하지 않더라도 눈에 띄게 푸른 색으로 보입니까? 문제 자체는 과학적으로 매혹적입니다. 그것은 우리가 식물로부터 기대할 수있는 것보다 훨씬 더 세련된 자연 광학 전략을 발견합니다.

“다음 단계는 식물이 어떻게 특수 왁스 화합물, 비 아코산 -10-ol을 만드는지 파악하고 그 뒤에 유전자와 효소를 발견하는 것입니다. 장기적으로 목표는이 적응이 어떻게 진화했는지 이해하고 이러한 통찰력을 사용하여 자연에서 영감을 얻은 새로운 재료를 개발하는 것입니다.”

연구팀의 다른 구성원은 HU의 통합 과학 대학원 생명을위한 마코토 쿠사 바, Kyushu Institute of Technology의 타카시 오카모토, 코치 대학교의 미카치 나카노의 마코토가있었습니다.