벼 노화 속도 조절했더니 수확량 늘어나네~

IBS·농진청·식량과학원 공동 연구...유전자 알아내

단위면적 당 벼 수확량 7% 향상

[이데일리 강민구 기자] 벼의 노화 속도를 조절해 수확량을 늘리는 방법이 개발됐다. 생육과 광합성 기간을 연장한 결과 단위면적당 수확량인 벼 수량성을 7% 높아졌다. 이 방법을 적용하면 작물 종의 노화 차이를 이용해 생산성이 높은 품종을 개발할 수 있다.

기초과학연구원은 식물 노화·수명 연구단 연구팀이 농촌진흥청, 국립식량과학원과 공동 연구로 벼의 노화를 조절하는 유전자를 알아냈다고 4일 밝혔다.

벼 노화조절 유전자(OsSGR) 동정.

식량문제가 세계적 과제로 떠오르면서 작물의 수확량을 높이기 위한 연구가 진행되고 있으며, 이 중 작물의 노화 속도를 늦춰 수량성을 높이는 ‘노화지연’이론이 식량문제의 해결책 중 하나이다. 노화가 천천히 진행되면 광합성 기간과 양이 늘어나 수확량이 많아지기 때문이다.

벼의 노화 속도를 늦춘 연구는 이전에도 있었지만 벼가 제때 익지 않아 수량성을 증가시키지 못했다. 이번 연구는 노화를 늦춘 인디카 종의 수량성을 7% 증가시켜 노화지연 이론을 증명했다.

연구진은 벼의 노화 속도를 결정하는 유전적 요소를 규명하기 위해 벼의 대표적 아종(亞種)인 자포니카와 인디카를 비교·분석했다. 한국에서 주로 소비되는 벼 품종인 자포니카는 모양새가 둥글고 굵지만, 인디카는 길고 얇으며 자포니카보다 10일 정도 노화가 빠르다.

연구진은 지도기반 유전자 동정 방법으로 유전자를 분리하고, 벼의 엽록소를 분해하는 효소인 ‘Stay-Green(OsSGR) 유전자’가 두 아종 간 노화 속도 차이를 만든다는 것을 알아냈다.

이 유전자가 많이 발현되면 엽록소 분해가 촉진돼 식물 노화가 빨리 진행되며, 유전자의 발현은 프로모터라는 염기서열에 의해 조절된다.

연구진은 OsSGR 유전자의 프로모터에 8가지 형태가 있고 이에 따라 유전자 발현량이 결정된다는 사실을 알아냈다. 인디카 아종에서 보이는 프로모터 형태는 OsSGR 유전자를 빠르고 많이 발현시켜 노화를 촉진한다. 예를 들어 광합성 효율이 낮아져 수량성이 줄어드는 것이다.

연구진은 이에 착안해 자포니카벼의 OsSGR 유전자를 인디카벼에 도입해 목표 유전자만 다르고 전체 유전적 조성은 같은 근동질 계통을 육성했다.

새로 개발한 벼 품종은 광합성량과 기간이 증가했다. 곡식이 수확이 가능할 정도로 알차게 여무는 비율인 등숙률은 9%, 벼 생산성은 7% 높아졌다.

이시철 연구위원은 “벼 노화 연구로 벼의 수명을 조절해 단위면적당 생산량을 높였다”며 “노화조절 유전자를 이용해 벼뿐 아니라 다양한 작물 육종을 개발하고, 식량 문제 해결의 돌파구를 마련할 것”이라고 기대했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4일 온라인 판에 게재됐다.