전 세계 농업 생산 손실의 10~15%가 질병으로 인한 것이라고 합니다. 그리고 이 식물 질병의 70-80%가 사상균에 의해 발생하기 때문에 사상균으로부터 작물을 보호하는 것은 세계 인구를 효과적으로 먹여 살리는 데 중요한 문제입니다. 병원성 진균이 식물을 감염시키기 위해서는 식물의 표피 세포를 뚫고 침입해야 합니다. 즉, 식물 표피 세포는 환경에서 병원성 진균의 공격을 막는 첫 번째 장벽 역할을 합니다. 그렇다면 표피세포는 어떤 방어기능을 가지고 있을까요?
흥미롭게도 식물의 표피에는 광합성에 그다지 관여하지 않는 작은 엽록체가 포함되어 있는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 그것이 어떤 기능을 하는지는 불분명했다. 광합성에 크게 기여하지 않는 식물의 표피에 작은 엽록체가 있는 이유는 무엇입니까?
신슈대학 농업학부의 이리에다 히로키 조교수와 교토대학 농업대학원의 다카노 요시타카 교수는 식물의 표피에 있는 작은 엽록체가 곰팡이 병원체의 침입을 제어한다는 사실을 발견했습니다. 두 사람은 작은 엽록체가 곰팡이 공격에 반응하여 세포 내부에서 극적으로 표면층으로 이동하고 그러한 방어 반응에 관여한다는 것을 발견했습니다.
이 연구에서 두 사람은 먼저 어떤 종류의 병원성 진균이 표피 엽록체에 반응하는지 조사했습니다. 그 결과, 그들은 여러 병원성 사상균이 표피 엽록체의 표면 이동을 유발한다는 것을 발견했습니다. 흥미롭게도 이러한 병원성 사상균은 소위 '비적응'으로 표피 세포의 침입을 차단한다는 사실도 밝혀졌습니다. 반면에, 적응된 병원성 균류는 표피 엽록체가 표층으로 이동을 멈춘 식물에서 표피를 침범할 가능성이 더 높습니다.
다음으로 그들은 표피 엽록체의 표면 이동에 관여하는 식물 단백질을 찾는 데 성공했습니다. 이 단백질을 과잉 생산하는 식물이 유전자 전달 도입에 의해 만들어졌을 때, 표피 엽록체는 병원성 사상균에 대해 표층으로 이동하지 않았다. 이 형질전환 식물체에서는 병원성 사상균의 표피 침입에 대한 면역이 감소된다. 또한 병원성 균류는 표피 엽록체가 표층으로의 이동을 멈춘 식물에서 표피를 침범할 가능성이 더 높다는 것이 발견되었습니다. 이러한 결과는 표피 엽록체의 표층으로의 이동이 병원성 진균의 침입을 차단하는 방어 반응에 관여함을 나타냅니다.
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