발아 전 싹 트는 현상 잡는 '돌연변이 밀' 개발… 7배 긴 씨앗 수명 자랑¶
원제목: Characterization of a wheat mutant line 1813WH presenting increased seed dormancy andlongevity, and reduced pre-harvest sprouting
핵심 요약
- 발아 전 싹 트는 현상(PHS)을 억제하고 씨앗 수명을 획기적으로 늘린 새로운 밀 돌연변이 '1813WH'가 개발되었음을 알림.
- 이 돌연변이 품종은 글루타티온(GSH) 함량이 9.8배, 라피노스 함량이 3.5배 증가하여 항산화 능력과 씨앗 생존력이 크게 향상되었음을 설명함.
- 개발된 돌연변이 품종은 종자 보존 및 이용성 증대, 씨앗 수명 연장 품종 개발에 중요한 새로운 소재가 될 수 있음을 시사함.
상세 내용¶
밀 생산에 막대한 피해를 주는 발아 전 싹 트는 현상(PHS)을 효과적으로 줄이기 위한 전략으로 씨앗 휴면성 강화가 중요하게 다루어지고 있습니다. 하지만 씨앗 휴면성은 복잡한 특성으로 인해 유전적 조작을 통한 강화가 어려운 과제였습니다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위한 연구 결과가 발표되었는데, 기존의 PHS 민감성 밀 품종에 EMS 처리를 통해 새로운 돌연변이 '1813WH'를 성공적으로 개발했다는 내용입니다.
이 돌연변이 품종은 야생형과 비교했을 때 획기적으로 강화된 씨앗 휴면성을 보였습니다. 휴면성 지수(GI)가 야생형의 42.77%에서 단 4.57%로 현저히 낮아졌으며, 이는 씨앗이 부적절한 환경에서 싹 트는 것을 효과적으로 막아낼 수 있음을 의미합니다. 더불어, 이 돌연변이 품종은 식물 높이 감소, 분얼 수 감소, 생식 기간 연장, 마디 두께 증가, 낱알 크기 증가 및 천립중 증가와 같은 여러 가지 농업적 특성 변화도 동반했습니다.
특히 주목할 만한 점은 씨앗의 수명이 크게 개선되었다는 것입니다. 가속 노화 처리 조건에서도 씨앗 수명이 유의미하게 향상되어 안정적인 발아 역동성을 유지했습니다. 이는 수확 후 씨앗의 저장 기간을 늘리고 품질을 보존하는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 이러한 씨앗 수명의 증가는 종자 은행에서의 장기 보존이나 다양한 환경에서의 씨앗 활용 범위를 넓히는 데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.
이러한 특성 변화의 분자적 메커니즘을 파악하기 위한 대사체 및 전사체 분석 결과도 흥미롭습니다. 돌연변이 품종에서 라피노스 함량은 야생형의 3.5배, 글루타티온(GSH) 함량은 9.8배 증가했으며, 글루타티온의 산화환원 비율(GSH/GSSG) 역시 10.74로 야생형(0.68) 대비 크게 상승했습니다. 이는 항산화 능력 강화와 밀접한 관련이 있음을 보여줍니다.
종합적인 전사체 및 대사체 분석 결과, 글루타티온 대사, 갈락토스 대사(라피노스 계열 올리고당 합성 관련), 그리고 TCA 회로 관련 경로들이 유의미하게 활성화된 것으로 나타났습니다. 반면, TCA 회로 중간 산물의 함량 감소와 관련 경로의 주요 유전자 발현 변화가 관찰되었습니다. 이 연구는 씨앗 휴면성과 씨앗 수명 간의 잠재적 연관성을 보여주는 증거를 제공하며, 이는 장기 보존 및 이용에 중요한 유전자원 확보와 더불어 씨앗 휴면성 및 수명 연장을 목표로 하는 밀 육종을 위한 새로운 가능성을 열어줄 것으로 전망됩니다.
편집자 노트¶
이번 연구는 우리 식탁의 중요한 식량인 밀의 품질과 생산성을 좌우하는 '발아 전 싹 트는 현상(PHS)'을 획기적으로 개선할 수 있는 실마리를 제공했다는 점에서 매우 의미가 깊습니다. PHS는 수확기에 비가 오거나 습도가 높아질 경우 낱알 속에서 싹이 트는 현상으로, 밀의 품질 저하와 막대한 경제적 손실을 초래하는 주범입니다. 이번에 개발된 '1813WH'라는 이름의 돌연변이 품종은 이러한 PHS를 효과적으로 억제할 뿐만 아니라, 씨앗 자체가 가지고 있는 수명을 획기적으로 늘렸다는 점에서 주목할 만합니다.
이 돌연변이 품종의 핵심은 '씨앗 휴면성'과 '씨앗 수명'의 증대입니다. 씨앗 휴면성은 환경이 좋지 않을 때 발아를 억제하여 씨앗이 살아남도록 돕는 자연의 지혜와 같습니다. 그런데 이 품종은 휴면성이 강해져 불필요한 발아를 막아주고, 동시에 씨앗이 더 오래도록 생존할 수 있는 능력을 갖게 된 것입니다. 이는 단순히 농작물 생산량 증대를 넘어, 우리 식량 안보와도 직결될 수 있는 중요한 진전입니다. 예를 들어, 종자 은행에 보관되는 씨앗의 수명이 길어진다면, 이는 귀중한 유전 자원을 보다 안정적으로 보존하고 미래 세대에 물려줄 수 있는 기반이 됩니다.
연구진은 이 돌연변이 품종의 비밀을 '글루타티온(GSH)'과 '라피노스'라는 두 가지 물질에서 찾았습니다. 글루타티온은 우리 몸에서도 중요한 항산화 물질로 작용하는데, 식물 씨앗에서도 산화를 막아 씨앗의 노화를 늦추는 역할을 합니다. 라피노스는 일종의 당으로, 씨앗이 건조하거나 스트레스받는 환경에서도 에너지를 효율적으로 사용하도록 돕는 것으로 알려져 있습니다. 즉, '1813WH' 품종은 이 두 물질을 대량으로 축적함으로써 마치 '항산화 파워업'과 '에너지 저장'을 동시에 달성한 셈입니다. 앞으로 이러한 분자 수준의 이해를 바탕으로, PHS에 강하고 오래가는 밀 품종 개발이 더욱 가속화될 것으로 기대됩니다.