극지연구소, 남극 식물 유전자로 추위와 가뭄에 강한 '벼' 개발

섭씨 4도에서 형질전환 벼 절반 생존

(출처=극지연구소)

남극 식물의 유전자를 이용해 추위와 가뭄에 강한 '벼' 개발에 성공했다.

극지연구소 이형석 책임연구원과 연세대학교 김우택 교수 연구팀은 춥고 건조한 남극에서도 꽃을 피우는 남극좀새풀에서 GolS2 유전자를 찾아내고 극한환경에서의 생존능력을 확인했다고 7일 밝혔다.

실험 결과 남극좀새풀의 유전자를 넣어서 형질을 바꾼 벼는 일반 벼보다 저온 생존율이 5배 높았다. 상온에서는 성장에 별 차이가 없었지만 심각한 냉해 피해가 발생하는 섭씨 4도에서 형질전환 벼는 절반이 넘는 54%가 생존했지만, 일반 벼는 11%만 살아남았다.

남극좀새풀의 효능은 건조환경에서도 나타났다. 9일 동안 물을 주지 않다가 다시 주었을 때 형질전환 벼의 생존율은 30%로 일반 벼 10%의 3배였다.

벼의 내성을 키우기 위해 사용했던 이전 유전자들은 저온이나 건조 둘 중 하나의 조건에만 작용했다. 연구팀은 춥고 건조한 상황에서 형질전환 벼의 세포 내부에 독성 활성산소를 줄이는 올리고당의 함량이 증가했는데 GolS2 유전자가 식물이 악조건으로 스트레스를 받을 때 세포 내 당 함량을 늘려주는 역할을 하는 것으로 봤다.

남극좀새풀은 섭씨 0도에서 30%의 광합성 능력을 유지하고 건조 조건에서도 광합성 유지 능력이 뛰어나 자연재해로 인한 작물 피해를 막아줄 수 있는 미래 유전자원의 보고로 꼽힌다.

이번 연구는 극지 생물 유전체 정보 분석 및 활용기반 구축 사업의 일환으로 해양수산부 등의 지원을 받아 2014년부터 진행됐으며 생물 분야 전문 학술지 플랜트 앤드 셀 피지올로지(Plant and Cell Physiology) 2020년 1월호에 발표됐다.

이형석 극지연구소 책임연구원은 “극지식물의 유전자원이 국내 벼농사의 최대 가해자, 냉해와 가뭄을 이겨내고 농작물의 생산성을 높이는 데 활용되기를 기대한다”고 밝혔다.