농촌진흥청(청장 권재한)은 벼 흰잎마름병과 키다리병 2가지 병 저항성을 동시에 조절하는 벼 유전자를 발굴했다.

기후변화로 농업환경의 변화가 심해지면서 벼 흰잎마름병, 키다리병 등 병해가 지속해서 발생해 벼 품질과 생산량을 떨어뜨리고 있다. 이에 대응하기 위한 연구가 세계적으로 활발히 이뤄지고 있다.

벼 흰잎마름병은 잔토모나스 오리제(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)가 일으키는 세균병이다. 이 병에 걸리면 벼 잎 가장자리가 노랗게 변하면서 말라 벼 생산에 큰 피해를 준다.

키다리병은 푸사리움 푸지쿠로이(Fusarium fujikuroi)로 인해 생기는 곰팡이병이다. 육묘기에 키가 정상보다 1.5배 이상 웃자라는 증상을 보인 후 1~2주 이내에 위축되면서 말라 죽는다. 본답 이식 직후부터 벼 잎이 담황색으로 변하고, 초기 길이가 건강한 벼의 2배까지 길어질 정도로 웃자란다.

연구진은 유전체 빅데이터를 활용해 병이 발생하는 조건에서 작물이 저항성을 갖게 하는 유전자 후보를 선발했다. 이중 벼 흰잎마름병과 키다리병 2종류의 병원균에 모두 저항성 증진 효과를 보인 OsWRKY65 유전자를 발굴했다.

▲OsWRKY65-발현식물체의 키다리병 저항성 검정

※ WT: 일미벼, NP:남평벼, #2 ＆ 3: OsWRKY65-과발현

또한, 이 유전자가 식물 방어와 관련 있는 자스민산 유전자와 피알(PR) 유전자를 증가시키고, 병 발생과 관련 있는 지베렐린과 OsSWEET 유전자들의 기능을 감소시켜 병 저항성을 증가시키는 원리도 밝혀냈다.

이 과정에서 더블유알케이와이(WRKY) 전사인자가 저항성에 중요한 역할을 하는 것도 증명했다.

WRKY 전사인자는 식물에서 가장 큰 유전자군 중 하나로 식물의 성장, 발달, 생리학적 대사와 스트레스 반응을 비롯한 많은 생물학적 과정에 관여한다.

이번 연구 결과는 국제학술지 The Crop Journal(IF=6.6)에 논문으로 게재됐다.

농촌진흥청은 이번 연구 결과를 바탕으로 병에 잘 견디는 육종 소재를 정확하게 선발할 수 있는 유전자 기반 분자표지(마커)를 개발해 다양한 기후 조건에서 안정적으로 재배할 수 있는 벼 육종 소재 개발에 활용할 계획이다.

농촌진흥청 김남정 농업생명자원부장은 “이상기상으로 여러 병원균에 복합적으로 대응할 수 있는 유전자 발굴과 기능검정 연구가 매우 중요해졌다.”라며, “앞으로도 관련 연구를 활발히 수행해 지속 가능한 농업에 이바지하겠다.”라고 말했다.