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제목 [일반] 옥수수는 성장 촉진 미생물을 유혹하는 화학적 신호를 내보내 자신의 뿌리에 살게 한다 등록일 2012.05.03 08:39
글쓴이 앞선넷 조회 666
영국 생명공학 및 생명과학연구위원회(Biotechnology and Biological Sciences Research Council)의 지원을 받는 과학자들은 옥수수가 성장 촉진 미생물을 유혹하는 화학적 신호를 내보내 자신의 뿌리에 살게 한다는 사실을 발견했다. 이것은 옥수수 뿌리 환경에 이로운 세균을 유혹하는 것으로 나타난 최초의 화학적 신호이다.

영국 하트퍼드셔(Hertfordshire) 로댐스테드 연구소(Rothamsted Research)의 앤드루 닐(Andrew Neal) 박사와 셰필드대학교 동식물학과의 유리안 톤(Jurriaan Ton) 박사가 이번 연구를 주도했다. 곡류가 토양 내 미생물과 어떻게 상호작용하는가에 관한 더욱 깊은 이해를 위해, 이번 연구는 늘어나는 전 세계 인구를 위한 곡류 수확량의 지속적 증진 노력에 이바지하는 것을 목표로 한다.

이번 연구는 토양 유래 유해생물 및 질병과의 싸움에 특히 유용하다. 과학자들은 질병을 억제하고 성장을 촉진하는 세균을 더 잘 모으는 식물을 육종하여 비료와 살충제 의존도를 낮추기를 희망한다. 이번 연구는 2012년 4월 24일 에 게재되었다.

앤드루 닐 박사는 “우리는 한동안 특정 식물이 주변에 있는 다른 생명체를 유인하는 화학물질을 뿌리에서 내보낸다고 알아왔다. 사실, 식물 뿌리 주변에는 미생물이 많이 있으며, 박테리아 세포 군집은 다른 어느 곳보다 뿌리 주변을 100배까지 더 조밀하게 만들 수 있다. 당과 유기산 같은 단순한 화합물은 좋은 에너지 공급원이기 때문에 이들 미생물을 끌어들인다. 그러나 다른 좀 더 복잡한 화학물질은 전형적으로 독성이 있다고 여겨졌기 때문에 유인물질로 기능한다고 알려진 바 없었다.

우리는 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)라는 흔한 토양 세균을 연구했는데, 그 결과 특정 세균이 식물의 뿌리 위치를 파악하기 위해 이들 화학적 독소를 이용한다는 증거를 갖게 되었다. 이들 세균은 철분과 인 같은 중요한 영양분을 더 쉽게 이용할 수 있게 하고 뿌리 시스템 주변의 해로운 세균들과 경쟁하여 식물을 돕기 때문에, 식물은 이들 박테리아의 존재로부터 이익을 얻는다.”라고 밝혔다.

식물 주변의 토양은 뿌리에서 유출된 화학물질이 넘쳐난다. 그 결과, 영양분이 풍부하기도 하지만, 미생물에 잠재적으로 독성을 나타내기도 한다. 어린 옥수수의 뿌리는 식물이 지면 위의 유해생물로부터 자신의 줄기와 잎을 방어하는 데 도움을 주는 것으로 알려진 벤즈옥사지노이드(benzoxazinoids) 또는 ‘BXs’라 불리는 화학물질을 다량 분비한다. 닐 박사와 톤 박사는 움직임과 관련된 여러 가지 세균 유전자가 이들 BX 화합물 가운데 한 화합물에 반응하여 슈도모나스 푸티다가 식물을 향해 움직이도록 부추긴다는 사실을 발견했다. 그들은 또한 슈도모나스 푸티다의 존재가 BX 분자의 분해를 가속한다는 점을 발견했다. 이는 이 세균이 뿌리 환경을 해독하는 능력을 발달시켰으며, 심지어 아마도 에너지원으로 BX 분자를 사용하게 했다는 점을 시사한다.

유리안 톤 박사는 “이번 연구는 후속 연구를 위한 흥미로운 새 기회를 열어주었다. 뿌리가 생산한 BX 화합물 존재 시, 발현된 세균 유전자를 분석한 결과, 한 가지 흥미로운 실마리가 나타났다. 이 분석결과는 이 BX 화합물은 이 세균을 뿌리 표면으로 모을 뿐만 아니라, 이들 세균 내에서 토양 유래 질병을 억제하는 데 도움을 줄 수 있는 과정을 활성화한다는 점을 시사한다. 이는 식물이 이로운 미생물을 끌어모을 뿐만 아니라, 이들 미생물의 행동방식도 조절한다는 사실을 의미하는 만큼, 실로 흥미로운 일이 아닐 수 없다.”라고 덧붙였다.

그는 “다음의 중요한 단계는 이들 뿌리 화학물질에 의해 형성된 미생물 공동체의 분자 청사진을 확보하는 일과 이들 미생물이 식물 성장과 식물 건강, 토양 품질에 어떤 이로운 영향력을 미치는지를 조사하는 일이다.”라고 덧붙였다. (미리안)

관련 논문
1. Andrew L. Neal, Shakoor Ahmad, Ruth Gordon-Weeks, Jurriaan Ton. Benzoxazinoids in Root Exudates of Maize Attract Pseudomonas putida to the Rhizosphere. PLoS ONE, 2012; 7 (4): e35498 DOI: 10.1371/journal.pone.0035498
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