농촌진흥청(청장 허태웅)은 벼에서 가뭄, 고온 환경 속에서도 더 잘 적응하도록 하는 유전자(유전자명 : OsERF115)를 발굴하고, 기능과 작용원리를 밝혀 그 결과를 국제학술지에 게재했다.
전 세계적인 지구온난화로 유럽과 아시아는 최악의 불볕더위와 가뭄을 경험하고 있으며, 중남미 등에서도 가뭄으로 식량 공급에 어려움을 겪는 등 큰 문제가 되고 있다.
국내에서도 갑작스러운 불볕더위와 가뭄에 적응력이 강한 작물 개발의 필요성이 높아져, 현재 벼, 콩, 옥수수 등에서 집중적인 연구가 진행되고 있다.
이에 농촌진흥청은 고온 적응성, 가뭄 저항성, 저온 저항성, 내 병해 충성 등이 강한 작물의 유전자를 찾고 이를 활용한 분자 표지(마커)*를 개발해 품종 육성에 활용하는 연구를 수행 중이다.
* 분자 표지 : 유전체 내에서 위치가 알려져 있는 디엔에이(DNA)의 단편
이번에 벼에서 찾아낸 가뭄-고온 복합저항성 유전자(OsERF115)는 벼가 고온과 가뭄 스트레스 환경에 직면했을 때 발현되는 유전자이다.
이 유전자는 식물이 환경 스트레스에 더 잘 적응하도록 도와주는 식물호르몬인 ABA(Abscisic acid)의 작용을 조절하는 전사 조절 유전자이다.
식물이 가뭄, 고온 등 물이 부족한 환경에 처하면 삼투압에 의해 세포에서 물이 빠져나가게 되는데, 식물은 이런 현상을 완충시켜주는 물질을 만들어 자신을 보호한다. 이때 만들어지는 물질 중 하나가 아미노산의 일종인 프롤린이다.
연구진은 이번에 발견한 유전자가 고온에서 잎의 손상을 낮춰 주고, 프롤린의 함량을 높여 수분을 보존하는 기능을 한다는 것을 밝혔다.
이 유전자가 발현된 벼는 그렇지 않은 벼보다 고온(42도)에서 잎의 손상률은 22% 낮았으며, 프롤린도 30% 이상 더 많이 만들어졌다.
또한 표현체 기술을 이용하여 식물체의 실시간 물 손실률을 측정한 결과, 이 유전자의 발현이 높은 벼는 고온-가뭄 복합스트레스 환경(38도와 42도)에서 그렇지 않은 벼보다 낮 동안 물 손실률이 낮아 물 이용효율이 1.4배 증가한 것을 확인할 수 있었다.
농촌진흥청은 이번에 발견한 유전자 기능을 특허로 출원했으며, 국제 전문학술지 International Journal of Molecular Sciences (IF=5.923)에 게재했다.
농촌진흥청 유전자공학과 김경환 과장은 “이번 연구로 기후변화에 직면한 우리 농업에 환경변화에 적응하는 작물 개발의 학문적 기반을 마련할 수 있게 됐다.”라고 전했다.
벼 품종개발을 담당하는 국립식량과학원 이종희 연구관은 “이번 연구 결과는 벼 자체에 존재하는 유전자의 기능을 확인한 것으로 고온․가뭄 등에 복합저항성인 벼 육종 효율을 크게 높일 수 있으며, 앞으로 안정적인 식량 확보와 기후변화 적응 작물 개발에도 활용될 수 있을 것이다.”라고 말했다.
김경호
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