농촌진흥청(청장 허태웅)은 차세대 염기서열 분석기술을 이용해 콩의 생육단계에 따라 뿌리혹과 근권토양 내 미생물이 크게 변화하는 것을 밝혔다. 콩을 캐면 흔히 관찰할 수 있는 뿌리혹에는 공기 중 질소를 모아 콩에 공급하는 미생물들이 존재한다.
콩 근권토양을 차세대 염기서열 분석기술(NGS)을 이용해 대량 분석한 결과, 콩의 성장은 뿌리혹과 근권토양 미생물의 종류와 비율이 크게 달라지는 주요인인 것으로 나타났다.
콩 뿌리혹에는 이미 잘 알려진 뿌리혹 박테리아가 있었으며, 질소를 고정하는 미생물을 비롯해 여러 기능을 할 수 있는 다양한 미생물이 공존한다는 사실을 확인했다.
근권토양에도 다양한 기능을 가진 Actinobacteria, Alphaproteobacteria, Acidobacteria 등이 있었다. 여기에 생육단계에 따라 가장 큰 변화를 보인 미생물은 Bacteroidetes였다. 미생물에 의해 분비되는 토양 내 효소 활성도는 콩이 자라면서 증가했으며, 근권토양에 존재하는 미생물의 수와 종류 증가에도 영향을 미쳤다.
또한, 어린 식물에서 콩이 형성되는 시기까지는 콩의 생장을 위해 콩 뿌리 주변 토양과 뿌리혹에 질소 고정을 위한 미생물이 점차 증가했다. 콩 꼬투리가 성숙하기 시작하면 콩 뿌리혹에 질소 고정을 위한 미생물 외에 플라보박테리아(Flavobacterium)나 엔테로박터(Enterobacter) 등이 증가해 최대 24.2%를 차지했다.
이는 콩에 일어날 수 있는 병이나 환경 변화에 따른 스트레스 저항성 증진과 관련이 있는 것으로 분석된다.
이번 연구 결과는 다른 콩과 작물의 근권토양과 뿌리혹 미생물 상호작용 기작을 밝히는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 앞으로 이를 이용해 콩 토양 개간 시 콩 성장에 필수적인 생물 비료를 개발하고자 노력할 계획이다.
이번 연구 결과는 해외 학술지인 Frontiers in Plant Science (IF 4.402)와 International Journal of Molecular Sciences (IF 4.556)에 논문으로 게재됐다.
농촌진흥청 생물안전성과 강현중 과장은 “지금까지 콩 뿌리에는 뿌리혹 박테리아가 대부분인 것으로 알려졌으나 이번 연구 결과 다양한 미생물을 확인할 수 있었다.”라며, “이들이 작물의 병이나 환경 스트레스 저항성 증진에 영향을 미치는 것으로 추정돼 앞으로 새 품종 육성 등에 활용할 수 있을 것으로 보인다.”라고 말했다.
농촌진흥청 환경개선미생물연구단 김정준 단장은 “콩 근권토양과 뿌리혹 미생물 변화에 대한 이해는 우수한 콩 육종 소재 개발뿐 아니라 불량 환경 저항성을 증진시키는 재배방법, 저투입농법 개발 등 신기술 개발을 위한 초석이 될 수 있다.”라고 말했다.
