가지, 뿌리 속 '미생물 농부' 역할…유전적 비밀 규명

가지가 특정 유전자를 이용해 뿌리 주변의 유익한 미생물 군집을 스스로 관리한다는 연구 결과가 나왔다.

24일 중국 난징농업대학교와 광시농업과학원 공동 연구팀은 전 세계에서 수집한 가지 432종의 전체 게놈 서열과 뿌리 근처 미생물 데이터를 분석해 이 같은 사실을 확인했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '호티컬처 리서치(Horticulture Research)'에 지난 4월 23일 게재됐다.

연구에 따르면 식물의 유전적 특성은 개별 미생물 분류군의 풍부도 변이 중 9%에서 39%를 설명했다. 특히 군집 안정성의 핵심이 되는 미생물일수록 더 강한 유전적 통제를 받는 것으로 나타났다.

연구팀은 미생물 유전체 연관 분석(mGWAS)을 통해 46개의 핵심 미생물 분류군과 관련된 1235개의 유전 변이를 식별했다. 대표적으로 'MYB113' 유전자 근처 변이는 식물 성장 호르몬을 생산하는 박테리아 '스테노트로포모나스'와 관련이 있었다.

또한 기관 발달을 조절하는 'BLH9' 유전자 인근 변이는 뿌리 성장을 촉진하는 '미코박테리움'과 연관된 것으로 밝혀졌다. 5번 염색체의 특정 유전자 좌위는 질소 고정 공생으로 알려진 '리조비알레스' 목의 여러 박테리아를 조절하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 미생물 군집 구조를 통제하는 핵심 유전자 좌위가 가지가 동남아시아에서 유럽과 중국으로 퍼져나가면서 강한 방향성 선택을 받은 게놈 영역 내에 존재한다는 사실도 발견했다. 이는 식물과 미생물이 함께 진화했음을 시사한다.

연구진은 "식물은 미생물 파트너를 수동적으로 받아들이는 것이 아니라 유전자를 통해 적극적으로 관리한다"며 "식물과 미생물의 파트너십은 우연이 아닌 공진화의 결과"라고 설명했다.

이번 연구 결과는 유익한 미생물을 자연적으로 불러 모으는 작물 품종을 선별하는 '미생물군집 보조 육종'의 새로운 길을 열었다. 이를 통해 가뭄이나 척박한 토양, 병원균에 더 강한 가지를 개발해 화학 비료와 살충제 의존도를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.