국내 연구진이 세계 최초로 식물 근권(식물 뿌리둘레의 영역) 미생물 간 공생 상호작용 기전과 기능을 밝혔다.

동아대학교(총장 이해우)는 응용생물공학과 이선우 교수와 이상무 연구교수를 비롯해 대학원생 등으로 구성된 연구팀이 미생물 생태학 분야의 세계 최고 저널인 국제미생물생태학지(ISME Journal, IF 10.8) 온라인에 논문을 게재했다고 17일 전했다.

이 교수 연구팀은 ‘Rhizobacterial syntrophy between a helper and a beneficiary promotes tomato plant health(식물 근권에서 도우미 미생물과 수혜자 미생물 간 공생 협력이 토마토 식물을 건강하게 한다)’라는 제목의 이번 논문에서 세계 최초로 식물 근권 미생물 간 공생 상호작용 기작과 활용법을 규명했다.

식물 근권은 식물 뿌리가 토양 내에서 자라 그 영향이 미치는 범위를 말하며, 그곳에서 검색 가능한 미생물(주로 세균, 방선균, 사상균) 집단을 의미한다.

화학농약이나 화학비료를 대체하기 위한 친환경 수단으로 자연에 존재하는 유용 미생물이 일부 쓰이고 있지만, 대다수 미생물은 배양이 안 되고 있어 환경으로부터 유용 미생물 자원을 획득하는 것은 매우 어려운 것으로 알려져 있다.

이 교수 연구팀은 이를 극복하기 위해 난배양성 수혜자(Beneficiary) 세균과 공생하는 도우미(Helper) 세균의 상호작용을 탐구했다.

난배양성 수혜자 세균은 특정 기능의 유전자 손실이 있기 때문에 이를 보조하는 도우미 세균과 공배양을 통해서만 획득할 수 있다.

동아대 연구팀은 미생물 공동 배양 기법과 도우미 세균의 변이체 연구로 ‘근권 토양에서 도우미 Pseudomonas putida H3가 생산하는 숙신산이 난배양성 수혜자 Niallia sp. RD1의 생장과 complex II 의존적 세포 호흡으로 에너지 생성을 보조한다’는 것을 최초로 입증했다.

두 세균 간 공생 상호작용은 토마토 풋마름병 발병을 억제할 뿐 아니라 토마토 생육도 촉진하는 것으로 나타났다.

이번 연구는 식물 뿌리 미생물 군집에서 난배양성 수혜자와 도우미 미생물 사이의 에너지 요구성(Energy auxotrophy)이 중요하다는 것을 새롭게 밝혀냈다는 성과를 거뒀다.

이는 다양한 자연 환경에서 미생물 상호의존 과정과 세균의 난배양성에 대한 새로운 통찰력을 제공할 것으로 기대된다,

이 교수 연구팀은 오랜 기간 ‘식물 마이크로바이옴 상호작용 연구’를 수행했으며 이번 연구 성과는 지난 2018년 ‘Nature Biotechnology(네이처 바이오테크놀로지)’ 발표한 논문에 이어 대학원생과 박사급 연구원들의 땀방울이 모여 이뤄낸 우수한 성과로 눈길을 끈다.

이번 논문에는 동아대 이선우 교수(교신저자)와 이상무 연구교수(공동 제1저자)를 비롯해 로니야 타파마가 박사(응용생명과학과 박사, 공동 제1저자)와 정민경(응용생명과학과 석사, 공동 제1저자), 충북대 공현기 교수(동아대 응용생명과학과 박사), 동아대 권주환·최민서(동아대 응용생명과학과 석사, 박사 재학), 이형주(응용생물공학과 박사), 국립농업과학원 이승엽 박사(동아대 응용생명과학과 박사), 동아대 레이스 칸(동아응용생명과학과) 박사 등이 참여했다.
미생물 유전체 비교분석은 연세대 김지현 교수와 송주연 교수의 도움을 받았다.

이번 연구는 한국연구재단 (이공분야 대학중점연구소지원사업, 중견연구자지원사업)과 농촌진흥청의 우장춘 프로젝트, 환경부 특성화인력양성사업단의 지원을 받아 수행됐다.