환경친화적인 단백질의 개발로 작물의 수량 증대와 농가소득 증대에 기여
대구가톨릭대와 신규 단백질 분리하고 특허 출원도 마쳐
농촌진흥청(청장 라승용)은 대구가톨릭대학교와 함께 미생물에서 작물이 잘 자라도록 돕고 건조 내성을 유도하는 신규 단백질을 분리하고 그 기능을 세계 최초로 구명했다고 12일 밝혔다.
이 신규 단백질 ‘YxaL’은 작물의 주요 병원균을 길항하고 생육을 돕는 복합기능 세균 ‘바실러스 벨레젠시스(Bacillus velezensis) GH1-13’에서 분리한 것이다.
이 단백질은 작물의 생육과 밀접한 관련이 있는 호르몬 오옥신과 에틸렌, 앱시스산의 합성 유전자들과 상호작용해 식물 곁뿌리를 발달시키고 건조 내성을 유도해 생육을 돕는 것으로 확인됐다.
이 신규 단백질 1ppm 농도의 수용액에 고추 종자를 2시간 동안 1회 담갔다가 파종해 재배한 결과, 작물의 생체중은 26% 늘고 건조 피해는 50% 정도 줄어드는 효과가 나타났다.
농촌진흥청은 이번에 구명한 신규 단백질에 대해 대량 생산 방법을 개발해 특허 출원을 마쳤으며, 실용화될 수 있도록 2019년에 국제특허 출원과 산업체 기술 이전을 추진할 예정이다.
농촌진흥청 국립농업과학원 농업미생물과 김남정 과장은 “친환경 안전 농산물의 수요가 늘고 지속가능한 농업이 중요해짐에 따라 농업 생물제 시장이 한 해 평균 14.5%씩 커지고 있습니다. 신규 단백질은 산업체 기술이전과 국제특허 출원을 통해 세계 시장에서도 큰 호응을 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다.”라고 말했다.
〔참고자료〕 복합기능 신규 단백질 YxaL
일반 특성을 살펴보면, 주로 토양과 식물에 유익하게 활용되는 Bacillus subtilis group의 균주들에 존재하는 베타-프로펠러구조의 단백질이다.
바실러스 세포 밖으로 분비되는 단백질이며 아미노산 서열에 효소 반응이나 산화 반응하는 시스테인 잔기가 없으며, YxaL 단백질 발현은 복합기능 세균(Bacillus velezensis GH1-13)의 유전체-전사체-단백체-유전자 발현 분석실험을 통해 밝혀진 기본구성 단백질(constitutive protein)이며 분자량은 39,784 이다.
▶세계 최초 단백질의 기능 구명하다.
식물뿌리 성장세포에서 에틸렌 합성유전자(ACS11) 발현양을 현저히 증가시키는 반면 오옥신 및 앱시스산과 반응하는 유전자들(IAA1, GH3.3, AFB4)의 발현양은 감소시키는 복합적인 식물성장 호르몬 반응경로로 곁뿌리와 뿌리털의 발달과 성장을 촉진하는 세계 최초의 단백질 호르몬이다.
(좌) 무처리 (우) YxaL (1 mg/L)에 2 시간 침지 처리하고 1 주일 후 애기장대
다양한 식물(애기장대, 벼, 고추) 씨앗에 대한 동일한 효과가 관찰되었으며 파종 직전 단독으로 침지 처리한 YxaL의 최적농도는 1 mg/L (0.5～5 mg/L)임.
※특허출원: YxaL 단백질 또는 이의 상동 단백질을 포함하는 식물 성장 촉진용 조성물 및 YxaL 단백질의 대량생산 방법(10-2018-0120736)
▶YxaL 단백질의 효과
고추 종자를 YxaL 단백질 1 mg/L (1 ppm)농도에 단독 침지(2 시간)한 후 파종하여 재배한 결과 생육 증진 및 건조에 대한 내성을 증강하는 효과를 관찰할 수 있다.
- 생육증진 효과(생체중 26% 증가: t-test, P < 0.05),
건조피해 완화 효과(피해 경감율 50%)
- 전체 뿌리의 길이와 무게는 큰 차이가 없지만 (t-테스트, P=0.42),
YxaL을 처리한 고추씨의 유묘에서 곁뿌리와 뿌리털이 증대한 효과.
향후, 환경친화적인 단백질의 개발로 작물의 수량 증대와 농가소득 증대에 기여할 것으로 예상되며, 산업체로의 기술이전과 을 통해 세계 시장에서 경쟁력있는 스타 제품이 생산될 것으로 기대된다.
