IBS·농촌진흥청, 노화 조절 유전자 이용해 벼 생산성 7% 높여

▲ 노화 조절 유전자 도입을 통한 벼 수확량 증진 기술 모식도 [IBS 제공. ]

벼의 노화 속도를 늦춰 수확량을 늘릴 수 있는 기술이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS) 식물 노화·수명 연구단과 농촌진흥청 공동 연구팀은 벼에 노화를 조절하는 유전자를 도입해 생산성을 높이는 데 성공했다고 4일 밝혔다.

전 세계적으로 식량난 해소를 위해 작물의 수확량을 늘리기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히 작물의 노화를 늦춰 수량성(단위면적 당 수확량)을 높일 수 있다는 '노화 지연'(Stay Green) 이론이 식량 문제의 대안으로 떠오르고 있다.

노화가 천천히 진행되면 광합성 기간과 양이 늘어나 수확량이 많아지기 때문이다.

실제 벼의 노화를 조절하려는 연구가 시도되기도 했지만, 벼가 제때 익지 않아 실패에 그쳤다.

연구팀은 이번 연구에서 인디카 벼의 수량성을 7% 증가시킴으로써 이 같은 '노화 지연 이론'을 세계 최초로 증명했다.

우선 벼의 대표적 품종인 자포니카와 인디카를 비교 분석해 노화 속도를 결정하는 유전자를 찾아냈다.

한국과 일본에서 주로 소비되는 자포니카종은 둥글고 굵으며 전 세계에서 생산되는 쌀 중 10%가량을 차지한다. 나머지 90%가 동남아 지역에서 주로 경작되는 인디카 종인데 길고 얇으며, 자포니카종보다 열흘가량 노화가 빠르다.

연구팀은 우선 '지도 기반 유전자 동정 방법'(map-based cloning·특정 형질과 연관된 유전자 지도를 작성해 원하는 유전자를 분리하는 방법)으로 유전자를 분리해 냈다.

그 결과 벼의 엽록소를 분해하는 효소인 'OsSGR 유전자'가 자포니카와 인디카 간 노화 속도의 차이를 만들어낸다는 것을 확인했다.

OsSGR 유전자가 많이 발현되면 엽록소 분해가 촉진되면서 노화가 빠르게 일어나게 된다.

인디카의 OsSGR 유전자의 발현을 조절하는 프로모터(DNA 염기서열 앞부분)는 OsSGR 유전자를 더 많이 빠르게 발현 시켜 노화를 촉진하는 것으로 나타났다.

연구팀은 이에 착안, 자포니카의 OsSGR 유전자를 인디카 벼에 도입해 새로운 품종을 개발했다.

새로 개발한 벼는 광합성량과 기간이 늘면서 일반 인디카 벼보다 등숙률(낟알이 영그는 비율)이 9% 증가했고, 수량성도 7%가량 향상됐다.

연구 책임자인 이시철 IBS 연구위원은 "노화 조절 유전자를 이용해 벼뿐만 아니라 다양한 작물 육종 개발이 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 이날 자 온라인판에 실렸다.