대부분 1mm미만의 현미경적 동물인 식물기생선충이, 그것도 곤충과는 달리 자신의 능력으로는 이동거리가 거의 없는, 최적의 조건인 사토에서도 고작 1년에 30cm의 거리 정도를 이동하는 선충이 기주식물을 탐색하여 넓은 면적에 걸쳐 피해를 주는 능력을 보면 그저 놀랄 뿐이다. 그래서 이번호에는 선충의 가해전략에 대하여 알아보고자 한다.
농업기술 전문기자 정남준 박사 (이하 정기자): 선충의 구침은 어떤 기능을 가지고 있는가?
추호렬 농학박사(이하 추박사): 모든 종류의 식물기생선충은 뿌리, 줄기, 잎, 종자 등 식물의 어떠한 부위에 기생하던 구침을 가지고 있다. 구강부에 있다. 주사기와 같은 기구다. 두부에서 가장 눈에 띄는 기관이고 소화관과 연결되어 있다. 소화관은 구침에 연결된 식도에서부터 소화가 일어나는 창자를 거쳐 항문부의 직장으로 끝나는 관이다(암컷). 수컷에서는 총배설공으로 끝난다. 구침은 기주의 표피와 세포벽을 천공하거나 세포사이를 이동하는 동안 세포를 치환하기 위해 이용된다. 식물에 기계적 상처를 내고 식도선에서 나오는 타액을 분비한다. 분비액은 세포벽의 용해와 체외 소화를 유발하는 효소다. 뿐만 아니라 효소는 기주식물의 대사를 변화시키기도 한다. 대부분의 효소는 셀루라제, 프로테아제, 아미라제이다. 선충은 구침을 기주의 조직에 밀어 넣어 먹이를 취하기도 하지만 기주를 쉽게 침입하기 위하여 효과기인 단백질, 펩타이드, 기타 분자들을 주입하는데도 사용한다.
정기자: 식물기생선충은 기생을 보장하기 위하여 어떻게 하는가?
추박사: 선충은 기주에 성공적으로 침입하기 위하여 기주를 찾아 한 장소에 정착한다. 그리고 식물의 옥신 수준, 분포, 교란, 강탈을 조종하거나 세포진행을 조정하는 효과기를 방출한다. 또한 세포분열과 분화를 통제하고 다핵질 거대세포의 형성을 증진하기 위한 기주의 펩타이드 모방과 침입을 용이하게 하는 효과기를 방출한다.
정기자: 식물기생선충의 기주공략과 생존전략은?
추박사: 식물기생선충은 행동적, 생리적 연합으로 기주를 공략하여 생존전략을 구사한다. 구침을 이용하여 먹이를 창자로 직접 빨아들이고 또 효과기(effector, 단백질 작동인자)인 많은 분비액을 기주의 조직에 주입한다. 분비액은 선충의 침입, 기주의 방어력 회피, 식물의 세포진행 모방 등을 돕는다. 선충은 생존을 위하여 포식충, 토양습도의 변화, 온도, 기주식물의 고사 등과 같은 불리한 환경요인 등을 극복하여야 하고, 기주를 탐색하여 정착할 수 있어야 하며 셀루로오스, 헤미셀루로오스, 펙틴으로 만들어진 기주의 복잡한 장벽들을 깨뜨릴 수 있어야 한다. 기주의 방어전략도 극복하여야 한다.
정기자: 그렇다면 기주의 방어 전략에는 어떠한 것이 있나?
추박사: 모든 동식물은 생존을 위하여 방어체계를 가지고 있다. 일반적으로 동물은 적극적인 전략을 구사하지만 식물은 수동적 방법을 취한다. 거기에는 화학물질이 중요한 역할을 한다. 즉, 식물은 자신을 방어하기 위하여 알렉신, 테르페노이드, 이소플라보이드를 포함한 항병원 독소 생산과 식물의 세포벽을 강화하기 위한 몇몇 경로를 활성화 할 수 있는 활성화 산소의 생산과 같은 전략을 구사한다.
정기자: 식물기생선충은 어떻게 먹이활동을 하나?
추박사: 기주에 도달한 선충이 구침을 일단 기주에 삽입하면 인두는 정확하고 빠른 펌핑 운동을 시작한다. 일반적으로 초당 20회 정도의 빠른 펌핑 운동으로 기주식물의 세포 내용물은 빠르게 선충의 소화관으로 옮겨진다. 먹이가 소진되어 더 이상 영양분을 취할 수 없게 되면 선충은 구침을 빼서 다시 살아 있는 건강한 조직이나 세포로 옮겨 먹이활동을 계속한다.
정기자: 선충의 효과기(작동인자)는 어디에서 분비되며 어떤 역할을 하나?
추박사: 대부분의 효과기는 침샘/인두선(소화선)에서 분비된다. 그 외에 알려진 기관은 감각말단이다. 그리고 기주의 독성을 중화하기 위하여 한 다발의 산화방지제가 표피에서 분비된다. 표피는 글루타티온 과산화수소를 생산하여 자신을 보호하고 기주가 활성산소의 대사를 위하여 생산하는 히드로과산화수소와 페록시레독신을 깨뜨린다. 또한 식물기생선충은 기주가 인식하지 못하도록 탈피도 한다.
정기자: 선충의 소화관에서 분비되는 타액을 쉽게 얘기한다면?
추박사: 선충은 기주를 천공하거나 침입한 후 소화선에서 기주세포로 타액을 분비한다. 소화선에서 나오는 분비액은 여러 효소와 기타 물질들을 내포하고 있다. 이들은 세포와 아세포 수준에서 극적인 변화를 일으켜 선충의 영양적 욕구를 만족시킨다.
정기자: 기주에 주입된 타액의 특별한 기능은 무엇인가?
추박사: 기주에 주입된 타액(분비액)은 2가지 기능을 한다. 첫째는 효소를 통하여 세포 내용물의 체외소화를 실행하고, 둘째는 세포 내용물을 희석하여 선충이 세포 내용물을 쉽게 소화할 수 있도록 도와준다.
