식물은 어떻게 개화 시기를 아는가?

4월 초 전국이 벚꽃으로 물든다. 식물들은 마치 약속이나 한 듯 동시에 꽃을 피우고 시들지만, 실제로 이 시기와 속도는 매우 정교한 유전적 조절로 이루어진다. 벚꽃을 비롯한 대부분의 꽃은 개화 시기와 낙화 시점을 스스로 결정하는 메커니즘을 지니고 있다.
 
식물은 일정한 온도와 햇빛 조건이 맞춰지면 잎에서 '플로리겐(florigen)'이라는 개화 유도 물질을 만들어낸다. 플로리겐은 체관을 따라 꽃이 피어날 부위인 생장점까지 이동하여 개화를 유도한다. 이 물질은 마치 '꽃을 피워라'는 신호 역할을 하며, 그 형성과 이동은 철저히 계절 변화에 맞춰 조절된다.
 
반대로 꽃이 시들고 질 때는 'FC1'이라는 유전자가 관여한다. 이 유전자는 꽃이 피고 난 후 일정 시간이 지나면 활성화되어 꽃잎이 떨어지게 만든다. 최근 연구에서는 이 유전자가 리그닌 생합성에 관여해 꽃자루 세포벽을 단단하게 만들고, 이후 에틸렌이라는 호르몬이 작용해 꽃잎이 떨어지도록 돕는 과정을 확인했다.
 
꽃잎이 떨어지는 과정에서 중요한 것은 세포벽을 구성하는 리그닌이다. 리그닌이 세포벽을 단단하게 만들면서도, 특정 시점에서 세포 간 결합을 끊는 역할을 해 꽃잎이 자연스럽게 분리된다. 이러한 현상은 꽃뿐만 아니라 낙엽과 열매가 떨어지는 과정에서도 공통적으로 나타난다.
 
식물의 개화와 낙화는 플로리겐, FC1, 리그닌, 에틸렌 등 다양한 요소가 유기적으로 작동하는 정교한 시스템이다. 특정 유전자의 활성 시점, 호르몬의 분비 시기, 환경 조건의 변화가 유기적으로 맞아떨어져야 꽃이 피고 진다. 이를 통해 식물은 자신의 생식 전략을 최적화하고, 후속 세대의 번식을 준비한다.
 
식물은 온도, 일조량, 일장의 길이(낮과 밤의 길이) 등 다양한 환경 요소를 종합적으로 감지해 개화 시기를 결정한다. 특히 벚꽃처럼 계절성 꽃들은 겨울을 지나 일정한 저온을 경험한 후 따뜻한 날씨와 일정 시간 이상의 햇빛을 받아야 플로리겐이 형성된다. 이를 통해 식물은 겨울이 끝났음을 인지하고 꽃을 피우기 시작한다.
 
식물은 외부 환경 변화뿐만 아니라 내재된 생체 시계(생물학적 리듬)를 통해서도 개화 시기를 예측한다. 특정 유전자들은 계절의 변화에 따라 활성화 또는 억제되며, 이는 해마다 반복되는 꽃의 개화 주기를 만들어낸다. 최근에는 이러한 유전적 메커니즘을 활용해 개화 시기를 조절하거나, 기후 변화에 적응할 수 있는 품종 개발 연구도 활발히 진행되고 있다.

벚꽃이 만개한 사진

참고: 매일경제신문(2025.4.10.) 최원석 기자 "번식하려면 지금 피워야 해"