농촌진흥청, 작물 생육 증진 신규 단백질 세계 최초 구명

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.

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.