시스템생물학과 김지현 교수 연구팀이 ‘병저항성 관련 식물 마이크로바이옴의 구조 및 기능’을 세계 최초로 규명한 연구가 과학기술정보통신부 및 한국과학기술기획평가원에서 이달(2019년 10월 8일) 선정・발표한 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되었다.

  해당연구는 연세대 시스템생물학과 김지현 교수 연구팀과 동아대 이선우 교수 연구팀이 공동 연구한 결과로 병저항성 식물에서 번성하는 특정 미생물이 토마토 풋마름병 발생과 진전을 억제한다는 것을 세계 최초로 확인하였다. 즉, 풋마름병에 잘 견디는 토마토의 뿌리 근처 토양에서 번성하는 특정 세균이 식물병 발생과 진전을 억제하는 것을 발견하여 병저항성 식물이 병원균에 대항하기 위해 다른 미생물을 이용한다는 것을 최초로 증명한 것이다.

  식물의 병저항성에 대한 이해는 식물병을 예방하고 치료하는데 필수적이다. 식물병리학에서 식물의 면역은 저항성 유전자로부터 만들어지는 단백질이 병원균의 침입을 탐지하면 각종 저해물질들이 만들어져서 병원균을 공격함으로써 이루어지는 것으로 지금까지 알려져 왔지만, 식물에 서식하는 미생물의 역할에 대해서는 알려진 것이 거의 없다. 본 연구에 쓰인 토마토는 전 세계적으로 중요한 경제작물로서 감자, 고추, 담배 등 가지과 식물의 연구 모델이고, Ralstonia solanacearum에 의한 풋마름병은 가장 중요한 식물세균병 중 하나이다.

  최근 미생물이 식물의 영양, 생리, 발달뿐만 아니라 생물‧비생물적 환경 스트레스에 대한 적응성에 많은 영향을 미칠 수 있다는 것이 밝혀지고 있고, 이를 시스템 수준에서 이해하고 조절함으로써 농업생산성을 높이려는 움직임도 활발하다. 본 연구결과는 마이크로바이옴에 대한 기초연구 성과이지만 사업화 추진을 통해 실질적이고 실용적인 성과로 이어질 가능성이 높으므로 신산업 창출에도 기여할 수 있을 것이다.

  시사주간지 The Economist에서는 본 연구의 주요 성과로 신개념 ‘식물 프로바이오틱스(plant probiotics)’ 개발 가능성에 주목한 바 있으며, 유전체, 메타유전체 서열 등 대용량 바이오데이터의 분석을 통한 숙주-미생물 및 미생물-미생물 간의 상호작용에 대한 시스템 수준의 이해와 더불어 연구 성과를 활용한 빅데이터 기반의 신개념 친환경 농약과 비료 개발로 이어져 지속 가능한 농생명산업과 바이오경제 발전에 기여할 것으로 기대된다.