동아대학교와 연세대학교 연구진의 협업과 끈질긴 노력으로 식물바이옴(phytobiome) 연구의 ‘신기원’이 열렸다.

동아대는 응용생물공학과 이선우 교수와 최기혁 연구교수를 비롯 대학원생 등으로 구성된 연구팀이 연세대 김지현 교수(시스템생물학과) 연구팀과 공동으로 ‘병 저항성과 관련된 식물 마이크로바이옴 구조와 기능’을 처음으로 밝혀냈다고 10일 밝혔다.

‘Rhizosphere microbiome structure alters to enable wilt-resistance in tomato’라는 제목의 이번 논문은 생명공학 분야에서 가장 권위 있는 학술지 ‘Nature Biotechnology(네이처 바이오테크놀로지)’ 온라인 판 아티클 논문(매우 중요하고 독창적인 연구내용을 발표하는 형식)으로 지난 8일(한국 시각 9일) 게재됐으며, 오는 11월호에 실릴 예정이다. 또 국내외 특허 출원도 완료한 것으로 알려졌다.

이번 연구는 메타유전체(metagenome) 분석과 미생물 배양 및 효능 검정을 통해 ‘병 저항성 식물에서 번성하는 특정 미생물(일명 ‘보디가드 미생물’)이 병 발생과 진전을 억제한다’는 것을 최초로 확인한 빅데이터 기반의 신개념 연구결과다. 이는 친환경 농약과 비료 개발로 이어져 지속가능한 농생명산업과 바이오경제 발전에 기여할 것으로 기대된다.

식물병은 주요 작물에 심각한 경제적 손실을 입히고 대기근을 불러오기도 하는 등 큰 사회문화적 파장을 일으키기 때문에 ‘식물의 병 저항성’에 대한 이해는 식물병 예방과 치료에 필수적이다. 이전까지의 식물병리학에선 저항성 유전자에서 만들어지는 단백질이 병원균 침입을 탐지하면 각종 저해물질이 만들어져 병원균을 공격, 식물에 면역이 생기는 것으로 알려져 왔다.

연구진은 식물 마이크로바이옴(microbiome, 미생물체)이 식물의 병 저항성에 관여할 가능성을 조사하기 위해 풋마름병 저항성 토마토를 대상으로 지난 2011년 공동연구에 착수했다. 이들은 풋마름병에 잘 견디는 토마토의 뿌리 근처(근권)에 특정 세균이 많이 서식하는 것을 발견했고, 구체적으로 어떤 미생물이 식물병 발생에 영향을 미치는지 구명(究明)하기 위해 새로운 방법으로 미생물의 메타유전체 서열을 분석했다.

끈질긴 시도 끝에 연구진은 기존에 보고되지 않은 특정 미생물을 저항성 토마토 근권으로부터 순수하게 분리해내는 데 성공, ‘TRM1’으로 이름을 붙였고, 다양한 조건에서 토마토 병원균 접종 실험과 모니터링을 통해 이 미생물이 풋마름병 발병 및 진전을 감소시킨다는 것을 입증했다.

이번 연구결과는 단순히 대용량 염기서열 데이터 분석을 통해 시료들 간 차이를 비교분석하는 데 그치지 않고, 그 분석 결과로 도출된 미생물을 성공적으로 분리했다는 데 의미가 있다. 또 발견한 미생물의 병 발생 억제 효과까지 입증, 메타유전체 분석 결과를 실제 농식품 및 질병 분야에 적극 활용할 수 있다는 것도 보여줬다.

식물세균학 분야에서 30여 년 우정을 이어온 동아대 이 교수와 연세대 김 교수의 인연으로 이뤄진 이번 연구는 7년 여간 두 연구실 대학원생과 박사급 연구원들의 땀방울이 모여 이뤄낸 쾌거다.

동아대에선 이 교수(교신저자)와 최 연구교수(공동 제1저자) 외에 공현기 박사(공동 제1저자)와 이평안·최수연·정은주(응용생물공학과 학사 및 응용생명과학과 석사), 이형주(응용생물공학과 학·석사, 박사 수료), 나즈쉬 로이(응용생명과학과 박사 재학) 학생 등이 참여했다.

이 교수는 “토마토 주변 미생물들과 씨름하는 기나긴 시간을 견디며 열정적으로 연구에 참여한 모든 이들의 노력이 좋은 열매로 나타나 감사하다”며 “지속적인 연구를 통해 식물의 마이크로바이옴 연구가 농생명산업 발전에 기여하는 실용적인 성과로 이어질 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

한편 이 교수 팀의 이번 연구는 농촌진흥청의 우장춘프로젝트와 차세대바이오그린 21사업(농생물게놈활용연구사업)의 지원을 받아 수행됐다.