바이오인

핵심내용

병에 강한 식물에는 '보디가드 미생물'이 있다
- 병저항성과 관련된 식물마이크로바이옴 구조와 기능 처음으로 밝혀내 -

■ 주요 내용

□ 과학기술정보통신부, 농림축산식품부 및 농촌진흥청가 지원한 R&D 과제를 통해 병저항성 식물에서 번성하는 특정 미생물이 토마토 풋마름병 발생과 진전을 억제한다는 것을 최초로 확인(연세대 김지현 교수·동아대 이선우 교수 공동 연구팀)

 ○ 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 논문으로 게재되었고 관련 국내외 특허 출원도 완료

□ 병저항성과 관련된 식물마이크로바이옴의 구조와 기능을 처음으로 밝혀낸 것으로, 연구 성과를 활용한 미생물 농약·비료 산업의 발전을 기대
   * 식물 내부, 표면 및 식물 주변에 서식하는 바이러스, 세균, 고균, 진핵미생물 등 다양한 생명체의 유전 정보 전체

□ 과학기술정보통신부(장관 유영민, 이하 과기정통부)‧농림축산식품부(장관 이개호, 이하 농식품부)와 농촌진흥청(청장 라승용, 이하 농진청) 3개 기관에서 지원한 유전체 관련 기술개발 사업*을 통해 ’11년부터 수행한 연구 결과로 병저항성 식물이 병원균에 대항하기 위해 토양 내의 미생물을 이용한다는 것을 최초로 확인했다고 밝혔다.
  * 과기정통부·농식품부 포스트게놈 다부처 유전체사업(’14~’21), 농진청 우장춘 프로젝트(’10∼’19) 및 차세대바이오그린21사업(’11∼’20)

□ 그동안 식물병리학에서는 병원균이 침입하면 식물 자체의 저항성 유전자에서 각종 저항 물질들이 만들어지는 것으로 알려져 왔는데,

 ○ 3개 부처에서 지원한 R&D 과제를 통해 연세대학교 김지현 교수 및 동아대학교 이선우 교수 연구팀이 토마토 뿌리 근처 토양에서 번성하는 특정 미생물이 풋마름병의 발생과 진전을 억제함을 발견한 것이다.

□ 해당 연구결과는 생명공학 분야에서 가장 권위 있는 학술지인 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)에 10월 8일자(한국시간 10.9(화) 0시)로 온라인 게재되었으며, 관련 국내외 특허 출원이 완료되었다.

□ 연구진은 병저항성 토마토 품종인 하와이 7996과 병에 잘 걸리는 감수성 품종인 머니메이커를 실험포장에 재배하면서 뿌리 근처에 서식하는 미생물 종류와 빈도 등을 조사하고 이들이 갖고 있는 전체 DNA 서열을 분석했다. 

 ○ 그 결과 병저항성 품종인 하와이 7996의 뿌리 근처에 특정 미생물이 더 많이 서식하는 것을 발견하였고, 해당 미생물의 유전체 정보를 이용해 이를 분리해내어 TRM1 미생물로 명명한 후, 토양 속의 TRM1이 토마토 풋마름병을 감소시킨다는 것을 증명하였다.

□ 과기정통부‧농식품부‧농진청에서는 “이번 성과는 농업 바이오 분야의 R&D 지원과 여러 부처에서 추진된 유관 연구 간의 협력으로 이루어진 결과”라고 밝혔다.

 ○ 또한, “이번에 발견한 TRM1 미생물의 사업화를 통해 미생물 농약과 비료 산업이 더욱 발전할 수 있기를 기대하며, 아울러 안전한 먹거리 공급에 기여하기를 희망한다.”고 덧붙였다.

상세내용

□ 관련 논문

논문명 : Rhizosphere microbiome structure alters to enable wilt-resistance in tomato (Nature Biotechnology, )

저자정보 : 김지현 교수(교신저자, 연세대), 이선우 교수(교신저자, 동아대), 곽민정 박사(제1저자, 연세대), 공현기 박사(공동제1저자, 동아대), 최기혁 연구교수(공동제1저자, 동아대), 권순경 연구교수(공동제1저자, 연세대), 송주연 연구교수(공동제1저자, 연세대), 이지담(연세대), 이평안(동아대), 최수연(동아대), 서민석 박사(C&K 지노믹스), 이형주(동아대), 정은주(동아대), 박혜인(연세대), Nazish Roy(동아대), 김희발 교수(서울대), 이명민 교수(연세대), Edward M. Rubin 박사(DOE JGI)

□ 연구 개요

 1. 연구배경
  ㅇ 가지과 작물의 풋마름병은 토양에 장기간 생존할 수 있는 세균에 의한 질병으로 전 세계적으로 막대한 경제적 손실을 초래함에도 불구하고 윤작(輪作) 또는 저항성 품종 사용 외에는 마땅한 방제방법이 없음
  ㅇ 작물 품종들 중에는 병에 잘 걸리는 감수성 품종과 똑같은 조건에서도 병이 잘 안 걸리는 저항성 품종이 있는데, 이들의 병에 대한 반응은 품종 자체의 유전적 요소 외에 식물체에 함께 서식하고 있는 미생물들을 포함한 다양한 환경에 의한 영향을 받을 수 있음
  ㅇ 따라서 품종별로 근권의 미생물군집이 달라서 풋마름병 저항성/감수성에 중요한 역할을 할 것이라는 가설로 연구가 진행됨

 2. 연구내용
  ㅇ 토마토 근권의 미생물 및 메타유전체 분석을 통해 풋마름병 저항성 품종과 감수성 품종 간에 미생물의 군집구조가 상이함을 확인하고, 토마토 품종 사이에 근권 미생물군의 이식을 통해 병저항성에 미치는 토마토 근권 미생물 군집의 효과를 입증함
  ㅇ 메타유전체 분석을 통해 저항성 품종 근권에 플라보박테리아 계열의 미생물이 특이적으로 번성함을 확인하고, 병저항성에 기여할 가능성이 높은 난배양 미생물 TRM1 균주를 유전체 정보를 이용해 배양함
  ㅇ 토마토 근권에서 TRM1 균주의 품종 특이적인 서식 생태와 여타의 플라보박테리아와 구별되는 풋마름병 억제효과를 입증함

3. 기대효과
  ㅇ 토양미생물의 군집 수준에서 가지과 작물의 풋마름병을 효과적으로 제어할 수 있어 실제 농작물의 병 발생 억제와 관련한 친환경 농약,비료 등 개발 가능

...................(계속)

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