지구 온난화로 인한 기후 변화는 인간 생존에 있어서 다양한 부분에 도전 과제를 던지고 있다. 열대 지방과 아열대 지역의 기온이 상승하고 가뭄 발생이 잦아지면서 쌀과 옥수수 같은 작물의 수확량이 20%가량 감소할 것으로 예상되면서 금세기 말에는 심각한 식량 부족에 직면할 수 있다는 경고가 나오고 있다. 문제는 벼의 경우 전 세계 메탄 배출량의 약 12%를 차지하고 있다는 점이다. 쌀 재배를 늘릴수록 기후 변화는 가속화될 수 있다는 것이다.

이런 상황에서 중국 후난 농업대 농경제대, 중국 길량대 생명과학대, 장쑤 농업과학 아카데미, 상하이 농업과학 아카데미, 아열대 농업연구소, 스웨덴 농업과학대(SLU) 식물 생물학 연구센터, 분자 과학과 공동 연구팀은 벼의 뿌리에서 배출하는 메탄의 양을 결정하는 화합물을 규명하고, 이를 활용해 메탄을 최대 70%까지 줄일 수 있는 새로운 벼 품종을 육종할 수 있다고 6일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘분자 식물학’ 2월 4일 자에 실렸다.

논에서 배출되는 메탄은 벼 뿌리에서 방출되는 유기 화합물을 분해하는 미생물이 만든다. 다른 식물은 뿌리 삼출물로 알려진 화합물을 방출해 토양 미생물의 먹이가 되고, 미생물은 식물이 흡수할 수 있는 영양분을 내보내면서 식물 성장을 돕는다. 토양 미생물과 뿌리 삼출물이 메탄 배출에 관여한다는 것은 오랫동안 알려져 왔지만, 뿌리 삼출물의 어떤 화합물이 작용하는지는 명확하게 밝혀지지 않았다.

연구팀은 메탄으로 전환하는 뿌리 삼출물 성분을 파악하기 위해 메탄 배출량이 적은 GMO 품종 벼 ‘SUSIBA2’와 메탄 배출량이 높은 벼 품종인 ‘니폰베어’(Nipponbare)를 비교했다. 그 결과, SUSIBA2 뿌리가 푸마르산염을 훨씬 적게 생성한다는 사실을 발견했고, 푸마르산 분비량과 주변 토양에서 메탄 방출 고세균 또는 메탄원(原)의 풍부함과 상관관계가 있다는 것을 발견했다.

연구팀은 푸마르산의 역할을 확인하기 위해 용기에서 재배한 벼의 토양에 푸마르산을 첨가하고 메탄 배출량을 확인했다. 그 결과, 푸마르산을 흙에 첨가하면 메탄 배출이 증가했고, 푸마르산 효소 분해를 억제하는 화학물질인 옥산텔을 추가하면 메탄 배출이 눈에 띄게 감소한다는 것도 발견했다. 또 SUSIBA2의 뿌리 삼출물에는 에탄올 성분이 많다는 사실에 근거해 벼 주변 토양에 에탄올을 뿌리면 메탄 배출량이 줄어든다는 것도 확인했다.



연구팀은 수확량이 많고 병해충에 튼튼한 벼 품종과 메탄 배출이 낮은 품종인 ‘헤이징’과 교배해 새로운 벼 품종을 개발했다. LFHE라 이름 붙여진 교배종은 푸마르산 함량은 낮고 에탄올 함량은 높은 뿌리 삼출물을 일관되게 방출하는 것이 관찰됐다. LFHE 벼는 기존 우수 품종 벼보다 메탄 배출량이 70%나 낮고, 수확량도 2024년 평균 ㏊당 4.71t보다 많은 ㏊당 8.96t을 기록했다.

연구를 이끈 추안신 선 스웨덴 농업과학대 교수는 “이번 연구는 토양 자체에 메탄 배출량을 줄이는 물질이 포함돼 있으며, 품종 간 메탄 배출량을 줄이고 수확량은 높일 수 있는 쌀 생산이 가능하다는 것을 보여준다”며 “특히 사람들이 우려하는 것처럼 유전자 조작(GMO) 없이 전통적 육종 방식으로 재배 가능하다는 것이 특징”이라고 말했다.