美 연구팀 "잎 면역수용체가 천적 유인 물질 방출 유도…작물 보호 활용 가능"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 강낭콩 식물이 잎을 갉아 먹는 애벌레의 공격을 받으면 잎에 있는 면역 수용체가 활성화돼 애벌레의 천적 말벌을 불러들이는 화학 신호를 내보낸다는 연구 결과가 나왔다.
미국 워싱턴대 애덤 스타인브레너 교수팀은 28일 과학 저널 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에서 애벌레 공격을 받은 강낭콩 잎에서 인셉틴 수용체(INR)가 공격을 감지해 포식성 말벌을 유인하는 휘발성 유기화합물 방출을 유도한다는 사실을 확인했다고 밝혔다.
연구팀은 이 결과는 콩과식물에서 면역 수용체가 매개하는 초식동물 유도 휘발성 물질(HIPV) 방출이 생태계에서 어떤 역할을 하는지 보여준다며 이는 이 물질을 지속 가능한 친환경 작물 보호 기술로 활용할 가능성을 시사한다고 말했다.
식물은 곤충 공격을 받아도 도망칠 수 없기 때문에 화학적 방어 체계를 발달시켜 왔다. 잎에 있는 면역계가 곤충이 식물을 갉아 먹거나 알을 낳을 때 남기는 특정 분자를 감지, 상처 치유와 방어 반응을 유도하는 면역 신호를 활성화한다.
이런 항 초식동물 반응에는 초식동물 관련 분자 패턴(HAMP)을 인식하는 식물 세포 표면의 면역 수용체가 관여하지만, 이런 분자적 상호작용이 자연환경에서 어떤 생태학적 의미를 갖는지는 충분히 밝혀지지 않았다고 연구팀은 지적했다.
연구팀은 강낭콩(Phaseolus vulgaris) 잎의 인셉틴 수용체(INR)가 애벌레 입속 분비물에 포함된 인셉틴(inceptin)이라는 분자를 인식하면 포식성 말벌을 끌어들이는 휘발성 물질 혼합체를 방출한다는 점에 주목했다.
인셉틴은 열대거세미나방(Spodoptera frugiperda) 같은 애벌레가 잎을 먹는 과정에서 생성되는 아미노산 11개짜리 펩타이드(In11)로, 콩과식물 잎은 이를 극미량 농도에서도 감지할 수 있다.
연구팀은 먼저 중남미 강낭콩 재래종에서 인셉틴(In11)에 반응하지 않는 재래종 계통을 발견했고, 이를 이용해 인셉틴 수용체(INR)만 정상 또는 기능하지 않는 개체를 육성해 서로 비교했다.
그다음 강낭콩 잎에 상처를 낸 뒤 열대거세미나방(Spodoptera frugiperda) 애벌레 구강 분비물(OS)이나 그 안의 핵심 펩타이드인 In11을 처리하고, 에틸렌 생성, 방어 관련 유전자 발현 등 식물이 보이는 면역 반응을 측정했다.
그 결과 INR 수용체가 정상인 강낭콩은 In11을 감지하면 강한 면역반응(MAPK3·MAPK6 인산화)을 보였고 방어 관련 유전자 활성도 증가한 반면 INR이 기능을 잃은 돌연변이 식물은 이런 반응이 크게 약해진 것으로 나타났다.
또 식물이 내보내는 휘발성 유기화합물(VOC) 분석 결과, INR이 정상인 식물에서는 애벌레의 천적인 포식성 말벌을 유인하는 것으로 알려진 호모터펜류 화합물(DMNT·TMTT)이 다량 생성돼 방출되는 것으로 확인됐다.
이어 INR이 정상인 식물과 돌연변이 식물을 애벌레에 5일간 먹인 결과 돌연변이 식물을 먹은 애벌레의 성장률이 72.7%나 높은 것으로 나타났다. 이는 INR이 식물의 곤충 저항성에 중요하다는 사실을 보여준다.
또 멕시코 오악사카주 농경지에서 강낭콩 식물에 열대거세미나방 애벌레를 고정해놓고 포식성 말벌의 공격 빈도를 관찰한 결과, INR 돌연변이 식물에서는 말벌의 공격 빈도가 정상 식물보다 약 40% 낮았다.
연구팀은 이 발견은 콩과식물의 단일 면역 수용체가 자연환경에서 생태적으로 의미 있는 식물-곤충-포식자 상호작용을 어떻게 매개하는지를 보여주는 명확한 분자-생태학 연결 고리를 제공한다고 설명했다.
이어 곤충의 공격을 받을 때 이를 감지하고 애벌레의 천적인 포식자에게 도움을 청하기 위해 방출하는 유도성 식물 휘발성 물질을 농업에서 지속 가능한 작물 보호 전략에 활용하는 것이 가능할 것이라고 덧붙였다.
◆ 출처 : Science Advances, Adam Steinbrenner et al., 'A plant immune receptor mediates tritrophic interactions by linking caterpillar detection to predator recruitment', https://doi.org/10.1126/sciadv.aec3229
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