뿌리 깊게 내리는 유전자 발견...온실가스 흡수, 극한 기후 적응가능한 식물개발

지구온난화로 인해 전 세계는 여름철에는 폭염과 폭우, 홍수, 겨울에는 혹한과 폭설 등으로 몸살을 앓고 있다. 이 때문에 많은 연구자들은 지구온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 대기 중에서 제거하기 위한 다양한 방법을 고민하고 있다. 현재 연구되고 있는 이산화탄소 포집·저장 기술(CCS)은 이산화탄소를 저장해 깊은 바닷속이나 지하 빈공간에 넣어두는 것이 주를 이루고 있다. 그런데 식물학자들이 나무의 뿌리를 땅 속 깊숙이 뻗어나가도록 만들어 좀 더 친환경적으로 이산화탄소를 제거할 수 있는 방법을 찾아냈다.

미국 솔크생물학연구소, 오스트리아 그레고리멘델 분자식물생물학연구소 공동연구팀은 식물의 뿌리가 땅 속 깊이 자라는지 얕게 자라는지를 결정하는 유전자를 발견해 기후변화에 강한 식물을 개발할 수 있게 됐다는 연구결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 12일자에 발표했다.

이번 연구는 솔크연구소에서 추진 중인 ‘하니싱 플랜트 이니셔티브’(Harnessing Plants Initiative)의 일환으로 진행된 것이다. 하니싱 플랜트 이니셔티브는 대기 중 이산화탄소를 줄여 기후변화를 막기 위한 계획으로 보다 튼튼하고 땅 속 깊이 뿌리를 내릴 수 있는 식물을 개발해 이산화탄소를 포집해 오래 지하에 저장할 수 있도록 하기 위한 것이다.

식물의 뿌리는 식물이 지탱할 수 있는 지지기능과 잎에서 만든 양분을 저장하고 물을 흡수하는 기능도 갖고 있다. 연구팀은 뿌리가 산소와 이산화탄소 교환에도 중요한 역할을 한다는 점에 착안했다.

연구팀은 생물학 연구에 많이 쓰이는 애기장대를 이용해 식물의 줄기와 뿌리 끝에서 세포벽을 신장시켜 길이 생장을 촉진시키는 식물생장호르몬의 일종인 ‘옥신’ 분비를 조절하는 유전자와 작동메커니즘을 분석했다. 옥신이 식물 생장에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있지만 구체적으로 뿌리 생장구조에 어떻게 영향을 미치는지는 정확하게 알려져 있지 않은 상태다.분석 결과 연구팀은 ‘EXOCYST70A3’라는 유전자가 옥신의 촉진을 분비해 뿌리 생장구조를 직접적인 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. 실제로 연구팀은 EXOCYST70A3 유전자를 변형시킨 결과 뿌리 생장구조가 변화되고 더 많은 뿌리가 더 깊숙이 파고 들어간다는 사실을 확인했다.

연구팀은 이번 연구결과가 궁극적으로 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 식물을 개발하는 한편 강수량에 따라 성장 속도를 조절하고 오래 살아남을 수 있는 식물을 만드는데 도움을 줄 것으로 기대하고 있다.

볼프강 부쉬 솔크연구소 교수는 “증가하고 있는 이산화탄소의 양을 줄이기 위해 다양한 방법들이 연구되고 개발되고 있지만 가장 효과적이고 친환경적인 방법은 결국 식물을 이용하는 것”라면서 “생물체는 그 구조와 기능이 믿을 수 없을 만큼 복잡하기 때문에 식물 분자 메커니즘을 환경 반응에 연계한다는 것이 쉽지 않은 일이지만 어쨌든 이번 연구결과는 하니싱 플랜트 이니셔티브의 첫 번째 성과”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr