농촌진흥청(청장 이승돈)은 가뭄 피해를 줄일 수 있는 옥수수 핵심 유전자 기능을 구명하고, 실제 재배 조건에서 가뭄 저항성 향상 효과를 확인했다.
식물이 가뭄, 고온 등 환경 스트레스를 받으면 체내 활성산소(ROS)*가 급격히 증가해 세포 손상과 생육 저하가 나타난다.
* 활성산소(Reactive Oxygen Species): 화학적으로 반응성이 뛰어난 산소 원자를 포함하는 분자로서 초과산화물 라디칼(·O2-), 과산화수소(H2O2), 수산화 라디칼(HO·) 등이 대표적임. 활성산소는 발생 초기에는 신호전달 역할을 하지만 이후 과다 생성 시 유전자나 지질과 반응해 세포에 손상을 입히고 세포 사멸을 유발함.
연구진은 산화환원 반응에 관여하는 옥수수 글루타레독신 유전자(ZmGRXS17)를 대량 발현시켜 가뭄 조건에서 기능을 분석했다. 그 결과, 이 유전자가 기공 조절, 항산화 반응, 가뭄 반응 유전자 발현 등 다양한 스트레스 대응 체계를 통합적으로 조절하는 핵심 유전자임을 확인했다.
특히 가뭄 상황에서 물을 줬을 때 일반 옥수수는 회복하지 못했으나 글루타레독신 유전자가 대량으로 발현된 옥수수는 녹색 잎을 유지하며 빠르게 회복했고 생존율이 평균 70%까지 높아졌다.
또한, 가뭄 초기 단계에는 식물호르몬 앱시스산(ABA) 반응성이 늘어 기공을 더 빠르게 닫음으로써 수분을 효율적으로 유지하는 생리적 반응도 강화됐다.
이와 함께 항산화 효소(SOD, CAT) 활성이 늘어남으로써 활성산소가 덜 쌓여 세포 손상은 줄어드는 항산화 방어체계도 강화됐다. 가뭄 내성 관련 유전자(ZmNAC111, ZmVPP1, DREB1D, RD29B 등) 발현도 증가해 전반적인 가뭄 스트레스 대응 능력이 향상된 것으로 분석됐다.
이번 연구는 실제 옥수수가 자라는 재배지 환경에서 효과를 확인해 그 의미가 크다. 재배지 시험에서 글루타레독신 유전자가 대량으로 발현된 옥수수는 일반 옥수수보다 가뭄 상황에서 생육 저하가 적고 수확량 피해가 줄어드는 경향을 보였다. 이는 이 유전자를 수량 감소 없이 가뭄 저항성을 높일 실용적인 육종 소재로 활용할 수 있음을 뜻한다.
연구 결과는 국제 학술지 International Journal of Biological Macromolecules (IF 8.5)에 게재됐다. 농촌진흥청은 이 유전자를 기반으로 분자표지(마커)를 개발해 가뭄 내성 품종 선발을 효율화하고, 기후변화 대응형 옥수수 품종 개발에 적극 활용할 계획이다.
농촌진흥청 디지털육종지원과 권수진 과장은 "최근 기후변화에 따른 이상기상 증가로 작물 생산성이 저하되고 식량안보가 위협받으면서 세계적으로 재해에 강한 품종 개발 연구가 활발히 이뤄지고 있다."라며, "기후 위기 대응 내재해 품종 육성 기반을 지속적으로 확대해 나갈 것"이라고 말했다.
