뿌리혹(root nodule)과 질소고정

 뿌리혹(root nodule)과 질소고정

 

 

뿌리혹(root nodule)에 대한 혁신적인 연구결과가 곡물들이 자체적으로 질소를 만들 수 있게 해줄 것으로 기대되고 있다. John Innes Centre(JIC)와 워싱턴 주립대학이 진행하는 이번 프로젝트가 성공한다면 곡물의 생산에 큰 혁신을 가져다 주게 될 것이다. 연구팀은 콩과 식물에서 주로 나타나며 식물의 질소고정에 핵심적인 뿌리혹을 밀, 쌀, 옥수수 등의 뿌리혹이 없는 곡물들에게도 발생시킨다는 아이디어를 냈다. 연구를 주도한 Giles Oldroyd 박사는 이들 곡물들에게도 뿌리혹이 발생하면 자체적으로 공기중의 불활성 질소를 성장에 필요한 유기화합물로 전환시킬 수 있다고 설명했다. 그는 “이 기술은 무기질소 비료의 필요량을 현저히 줄여주기 때문에 환경오염과 에너지 이용도 감소시킨다. 또한 재배자나 소비자 모두에게 많은 비용절감 효과를 가져다 줄 수 있다.”라고 설명했다.

질소고정은 콩과 식물의 뿌리혹에서는 자연적으로 발생한다. 이런 특성을 다른 식물들에게 전달하기 위한 첫번째 단계는 뿌리혹의 발생 경로를 이해하는 것이다. Oldroyd 박사는 “콩과 식물이 질소고정 세균의 존재를 인지했을 때에 뿌리혹 형성이 촉진된다. 뿌리혹이 한번 형성되면 이들 세균들은 질소고정 과정을 시작하게 된다. 우리는 콩과 식물에서 질소고정 세균과의 접촉 및 뿌리혹 성장을 촉진시키는데 요구되는 주요 유전자를 찾아냈다.”라고 설명했다. 연구팀은 DMI3라는 유전자를 조작하면 질소고정 세균이 없어도 뿌리 혹이 형성되는 것을 확인했다. Oldroyd 박사는 “이 사실은 질소고정 뒤에 숨어있는 유전자 스위치에 대한 우리의 이해를 넓혀주고 있다.”라고 설명했다. 연구의 두번째 단계는 다른 식물에서 이들 유전자 스위치를 조정하는 것이다. Oldroyd 박사는 “DMI3는 곡물에도 존재하지만, 그 신호경로의 일부가 소실되었다. 우리는 이 경로를 어떻게 완성하고 적절한 시간에 작동하는지에 대해서 연구할 필요가 있다.”라고 설명했다. 질소고정에는 많은 양의 에너지가 요구되기 때문에 밀, 쌀, 옥수수 등의 곡물에게는 스트레스가 된다. 때문에 이들 곡물들의 수율이 감소하는 것은 당연한 일이며 이를 보완하기 위하여 육종을 포함한 다양한 방법을 실시할 예정이라고 한다. 현재 연구팀은 많은 일들을 해야한다. Oldroyd 박사는 “앞으로 20-30년에 우리는 결과를 볼 수 있기를 희망한다. 자연적으로는 이 단계는 6000만 년에 걸쳐서 이루어지기 때문에 우리의 연구는 매우 치밀하게 진행해야 한다.”라고 설명했다.

JIC는 야생종으로부터 가뭄 내성 및 질병 저항성과 같은 뛰어난 특성을 받은 새로운 밀 품종의 개발에 도움이 되는 결과도 발표했다. Graham Moore 박사는 포유류를 치료하는데 이용하는 okadaic acid라는 약물이 일시적으로 밀의 유전자 구조를 끊어서 새로운 유전자를 도입시키는데 도움이 되는 것을 확인했다. 이 약물은 밀의 유전자 구조를 굳건하게 만드는 Ph1이라는 유전자 복합체를 억제한다고 한다. Ph1은 연관 종과의 유전자 쌍 형성에 관련된 염색체의 부분을 차단하여 야생형으로부터의 유용한 유전자 전달을 막아왔다고 한다. Ph1 유전자를 결실시키면 유전자의 쌍 형성 및 재조합이 가능해지지만, 이렇게 얻어지는 교잡종은 유전적으로 취약하고 생식능이 나쁘다고 하다. 때문에 이 약물을 이용하여 일시적으로 Ph1 유전자를 끈다면 유전적 안정성도 유지하면서 새로운 특성도 쉽게 획득할 것으로 기대되고 있다.

출처 : http://www.agbios.com/static/news/NEWSID_10980.php

      Farmers Weekly