벼 키다리병 마름병 발생 메커니즘이 세계 최초로 규명돼 업계의 이목이 집중되고 있다.

농림식품기술기획평가원은 농식품 유용미생물의 유전자원을 발굴해 실용화, 산업화를 촉진하기 위해 포스트게놈 다부처 유전체사업의 일환으로 진행하고 있는 농림축산식품 미생물유전체전략연구사업단이 이 같은 성과를 거뒀다고 최근 밝혔다.

미생물유전체전략연구사업단의 윤성환 순천향대 의료생명공학과 교수 연구진은 독일 Münster대 Tudzynski 교수 연구진과 함께 벼 줄기 생장을 위축시킨 후 말라 죽게하는 ‘줄기마름 증상’을 일으키는 벼 키다리병균을 분리해 새로운 병원성 메커니즘을 밝혀냈다.

벼 키다리병은 벼에 발생하는 생육기간 중 벼의 키가 비정상적으로 크게 돼 말라죽는 증상을 보이는 대표적인 곰팡이성 병해로서 지베렐린(식물생장호르몬)이 과다하게 생성돼 벼의 키가 정상보다 2배가량 커지며 이로 인해 벼 줄기가 얇아지고 이삭이 패지 않게 된다.

이번 연구에서는 전 세계에 분포하는 벼 키다리병균 대표균주의 유전체를 해독해 지역별 병원균의 특징을 비교분석키 위한 목적으로 진행됐으며 우리나라 균주 집단 중 키다리 증상 외에 줄기마름 증상을 일으키는 병원형 균주의 존재를 확인, 이에 대한 특징과 병 발생 메커니즘을 유전체 수준에서 규명한 것이다.

연구에 따르면 키다리증상과 마름증상 병원형 균주 사이 유전체 구조와 발병 단계 유전자 발현 양상 등을 비교분석한 결과 마름증상 병원형 균주는 키다리 증상 병원형 균주와 달리 벼 식물체 감염 과정 중 지베렐린을 생산하지 못하는 반면 푸모니신(Fumonisin)과 푸사린산(Fusaric acid)이라는 독성 이차대산산물을 특이적으로 생성했다.

이에 연구진은 추가적인 기능유전체 연구를 통해 두 병원형 균주 모두 이차대사산물의 생합성 유전자를 가지고 있으나 벼 감염 과정에서 마름증상 병원형 균주는 푸모니신 생합성 유전자만, 키다리증상 병원형 균주는 지베렐린 생합성 유전자만 특이적으로 발현하고 이들 이차대사산물의 생합성 유무가 두 병원형 발생의 직접 원인임을 밝혀낸 것이다.

특히 우리나라에서는 키다리증상보다 마름증상 병원형의 분포 비율이 월등히 높게 나타나고 있다는 것도 확인했다. 또한 마름증상 병원형 균주는 벼 식물체 내 증식속도나 살균제 저항성이 키다리증상 병원형 균주에 비해 20%이상 높은 양을 나타냄도 확인했다.

농기평 관계자는 “지금까지 전 세계적으로 벼 키다리병 방제 전략은 키다리증상 병원형 균주에만 집중됐었는데 이번 연구를 통해 마름증상 병원형 균주의 실체와 병 발생 메커니즘 생태 등에 대한 이해가 넓어졌다”며 “연구 결과는 기초 분야에서 글로벌 수준의 벼 키다리병균 병원성 메커니즘과 균주 집단 진화 등의 이해에 기여하고, 응용분야에서 우리나라 벼 키다리병 발생 예찰, 예방 및 포장 내 전략 수립에 중요하게 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 미생물학 분야 세계적 학술지인 플로스 병원체(PLOS Pathogens) 온라인판에 지난 8일 게재됐다.