식물의 언택트(untact) 대화 비밀
식물의 언택트(untact) 대화 비밀
  • 함예솔
  • 승인 2020.12.17 07:55
  • 조회수 3920
  • 댓글 0
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식물 : 네...? 뭐라고요...? 출처: pixabay
식물들도 대화한다?! 출처: pixabay

코로나19로 집콕 생활하는 사람들이 늘면서 애완 식물에 대한 관심을 가진 사람들이 늘고 있습니다. 국내연구진이 식물간에 직접적인 접촉 없이 잎에서 잎으로 냄새를 통해서 뿌리에 있는 미생물의 종류를 선별한다는 결과를 세계 최초로 발표했습니다. 기존 식물 유익균을 하나의 식물 뿌리에 처리하면 유익균에 의해서 식물병이 잘 발생하지 않는 것은 보고됐지만, 바로 옆에 있는 식물에게 어떤 영향을 끼치는 것은 최초로 보고한 겁니다. 

미생물 유도 식물 휘발성 물질의 신호 전달 과정 도식화. 출처: 한국생명공학연구원
미생물 유도 식물 휘발성 물질의 신호 전달 과정 도식화. 출처: 한국생명공학연구원

즉, 미생물(유익균)에 의해 영향을 받은 식물이 냄새(기체 성분의 휘발성 물질)로 타 식물에 영향을 미치고, 이러한 냄새에 영향을 받은 다른 식물의 면역이 증가하는 방향으로 변화하는 것을 규명한 겁니다. 향후 이를 이용한 광범위한 식물 건강 증진 기술 개발에 기여할 것으로 기대되고 있습니다. 해당 연구는 '국제미생물생태학지(ISME Journal)'에 게재됐습니다. 

 

식물간 공기중으로 소통한다

 

식물생장촉진세균(Plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)은 현재 농약을 대체하여 식물병을 방제하기 위한 수단으로 많이 사용됩니다. 현재 전 세계적으로 농약 사용량을 줄이려는 시도를 하고 있지만 효과적인 유익균을 찾지 못하고 있습니다. 특히 이들 유익균이 기존의 식물 주위에 있는 미생물과 식물에 어떤 영향을 끼치는 것에 대해서는 연구가 미비했습니다. 

  • 식물 성장 촉진 뿌리 박테리아(Plant growth promoting rhizobacteria. PGPR)

주로 식물의 뿌리에 서식하며 식물의 생장 증진에 관여하는 미생물입니다.

PGPR처리에 따른 식물 휘발성 물질 신호 전달 분석을 위한 구성 (토양 단독(S), 토양+PGPR(SB), 토양+식물(SP), 토양+식물+PGPR(SPB). 출처: 한국생명공학연구원
PGPR처리에 따른 식물 휘발성 물질 신호 전달 분석을 위한 구성 (토양 단독(S), 토양+PGPR(SB), 토양+식물(SP), 토양+식물+PGPR(SPB). 출처: 한국생명공학연구원

본 연구에서는 유익균을 처리한 후 식물과 식물뿌리 주위의 미생물 종류를 비교 분석했습니다. 식물뿌리는 식물이 광합성으로 만든 산물의 30%가량을 분비하여 미생물들에게는 중요한 영양분을 제공해 주는 중요한 장소입니다. 물론 병원성 미생물들도 많이 증식하여 병이 발생하는 장소이기도 합니다. 

PGPR 처리에 따른 식물 휘발성 물질 분석. 출처: 한국생명공학연구원
PGPR 처리에 따른 식물 휘발성 물질 분석. 출처: 한국생명공학연구원

그래서 뿌리에 발생하는 병을 방제하기 위하여 뿌리 유익균을 이용이 중요하며, 농약을 흙에 뿌렸을 때 흙입자에 흡착되어 뿌리 아래까지 도달하지 못하기 때문에 유익균의 역할이 더욱 중요합니다. 연구팀은 이전 연구에서, 식물병 발생 시 식물의 휘발성물질에 의해서 주위에 있는 식물에게 신호를 전달한다는 것을 발표한 바 있습니다. 여기에 착안하여 유익균을 토마토 뿌리에 뿌린 후에 바로 옆에 있는 유익균을 처리하지 않은 토마토 식물을 관찰한 결과, 유익균을 처리하지 않은 식물에서도 생육의 증대를 관찰할 수 있었습니다.

PGPR 유도 식물 휘발성 물질에 노출된 수용체 식물의 뿌리 삼출물 분석. 출처: 한국생명공학연구원
PGPR 유도 식물 휘발성 물질에 노출된 수용체 식물의 뿌리 삼출물 분석. 출처: 한국생명공학연구원

그래서 연구진은 유익균이 처리된 토마토 뿌리 토양과 주변의 토마토 뿌리 토양에서 미생물 군집을 분석하고, 유익균이 처리되었을 때 토마토 식물에서 특별하게 만들어지는 휘발성 물질을 분석했습니다. 그 결과 토마토 뿌리 주위에 있는 미생물의 종류가 유익균을 처리한 미생물의 종류와 비슷하게 바뀌는 것을 발견했습니다. 

 

이후 휘발성 물질 분석을 통해서, 베타 카이로파일렌이라는 냄새물질이 유익균을 처리한 토마토에서 옆에 있는 토마토로 공기를 통해 전달되어 냄새물질을 받은 식물의 뿌리에서 살리실산이라는 물질이 만들어 진다. 이 살리실산은 식물이 스트레스를 받았을 때 생산되는 물질입니다. 

 

그 결과 뿌리에서 말들어진 살리실산에 의해서 냄새 물질을 전달받은 식물의 미생물 다양성이 변화게 되어, 유익균을 뿌린 토마토 뿌리와 비슷한 미생물 종류를 만들게 되는 겁니다.

 

연구책임자인 류충민 박사는 "해당 연구를 통해 식물간에 공기중으로 냄새를 통해서 식물에게 유리한 미생물을 선별해 자연계에서 다양한 스트레스를 견디는데 도움을 주는 매커니즘을 최초로 규명했다"며  "향후 유익균과 휘발성물질을 이용해 뿌리의 미생물을 조절하는 기술로, 건강한 식물을 만들 수 있는 기술 개발에 활용이 기대된다"고 말했습니다. 


##참고자료##

 


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