[로이슈 전여송 기자] 농촌진흥청은 벼의 염 스트레스 내성을 조절하는 유전자 ‘OsWRKY116’의 기능을 규명하고 염해에 강한 작물 육종에 활용할 가능성을 확인했다고 18일 밝혔다.

이번 연구는 벼 오믹스 유전체·생명정보 빅데이터를 기반으로 스트레스 대응에 관여하는 유전자를 탐색하고 유전자 편집을 통해 기능을 검증하는 방식으로 진행됐다.

염해는 토양이나 관개수에 포함된 염분으로 인해 작물의 생육과 수량이 감소하는 현상이다. 염분이 과도하게 축적되면 수분 흡수 장애와 나트륨 이온의 독성 축적, 양분 흡수 불균형 등이 발생할 수 있다. 이 과정에서 활성산소종이 과도하게 축적돼 세포 내 단백질과 막 지질, DNA가 손상될 수 있다.

염 스트레스는 발아와 유묘 생육, 출수 등 작물의 생육 전 단계에 영향을 미치며, 특히 유묘기에 받은 피해는 최종 수량 감소로 이어질 수 있다. 연구진은 간척지 확대와 해수 침입, 관개수 염류화 등에 대응할 수 있는 작물 개발을 위해 벼의 염 스트레스 내성에 관여하는 유전자를 탐색했다.

연구진은 벼 오믹스 빅데이터 분석을 통해 OsWRKY116 유전자를 선발했다. 이어 유전자가위 기술인 크리스퍼 카스9을 활용해 해당 유전자 부위에 결실을 유도하고 기능을 제거한 벼 계통을 확보했다.

OsWRKY116 유전자의 기능을 제거한 벼와 대조구인 삼광벼의 유묘를 염 스트레스 조건인 염화나트륨 150mM 환경에서 비교한 결과, 삼광벼에서는 잎의 백화와 생육 저해가 나타난 반면 유전자 편집 벼에서는 잎의 백화 현상이 감소하고 지상부와 지하부 생육이 향상됐다.

염 처리 후 대조구 개체가 모두 고사한 시점에도 OsWRKY116 유전자 편집 벼는 생존 개체가 확인됐다. 연구진은 이를 토대로 OsWRKY116 유전자의 발현을 억제할 경우 염 스트레스 저항성이 증가하며, 해당 유전자가 벼의 내염성을 조절하는 인자로 기능한다고 설명했다.

농촌진흥청은 ‘벼의 내염성을 조절하는 OsWRKY116 유전자 및 이의 용도’에 대한 특허출원을 완료했다. 향후 해당 유전자를 벼 염 스트레스 저항성 연구와 간척지 등 염해 지역에 적응할 수 있는 작물 개발 연구에 활용할 계획이다.

농촌진흥청 국립농업과학원 이태호 슈퍼컴퓨팅센터장은 “이상기후의 증가로 안정적인 식량 생산이 더욱 중요해지고 있는데, 이에 신속하게 대응하려면 슈퍼컴퓨터를 기반으로 필요한 유전자를 빠르게 탐색‧발굴하고 그 기능을 검증해야 한다.”라고 말했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr