가뭄에 물이 부족해지면 식물은 물을 찾기 위해 뿌리가 더 곧게 깊은 땅속으로 자라게 하는 것으로 나타났다. 이 메커니즘을 활용하면 뿌리 구조를 개선하여 가뭄에 강한 작물을 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 가뭄에 직면한 식물은 식물 호르몬 아브시스산(ABA)의 작용으로 성장 호르몬인 옥신(auxin) 생성을 촉진, 땅속 더 깊은 곳의 물에 접근할 수 있게 뿌리가 곧게 중력 방향으로 자라도록 하는 것으로 밝혀졌다.

상해교통대학 황국강교수팀은 영국 노팅엄대학 연구팀과 합작하여 식물이 가뭄 상황에서 식물 호르몬 아브시스산을 조절, 땅속 깊은 곳의 물에 접근하기 위해 뿌리를 더 곧게 자라게 하는 메커니즘을 발견했다고 일전 과학저널 《커런트 바이올로》지에서 밝혔다.

가뭄은 세계 식량 안보에 큰 위협이 되고 있으며 지난 10년간 가뭄으로 인해 발생한 농작물 생산 손실은 약 300억딸라에 달하는 것으로 추산된다.

연구팀은 물 부족을 견딜 수 있는 농작물의 능력을 향상시키는 것은 매우 중요하다며 ABA가 가뭄 내성에 중요하지만 ABA가 곡물 작물의 가뭄 저항성에 중요한 뿌리 시스템 구조를 조절하는 메커니즘은 여전히 불분명하다고 지적했다.

식물은 토양과 상호작용하는 기관인 뿌리 시스템을 통해 적극적으로 물을 찾는다. 가뭄 상태에서는 표토의 물이 고갈돼 더 깊은 땅속에서만 물을 얻을 수 있는데 ABA가 이런 환경에 적응하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져있다.

연구팀은 이 연구에서 어린 벼와 옥수수의 유전자를 조작해 ABA 생성을 억제한 다음 가뭄 환경에 로출시키고 정상적인 식물체 뿌리의 성장을 비교했다. 그 결과 ABA가 식물 성장 호르몬의 하나인 옥신(auxin) 생성을 촉진해 가뭄에 대응, 뿌리가 중력을 향해 더 가파르게 자라게 하는 뿌리 중력 굴성을 강화하는 것으로 밝혀졌다. 반면에 ABA 생성을 차단한 유전자 조작 식물체는 가뭄 상황에서도 정상적인 식물체에 비해 뿌리 중력 굴성이 약하게 나타나 뿌리가 더 넓은 각도로 퍼지면서 자라는 것으로 나타났다.

또 ABA 생성이 차단된 식물체에 외부에서 옥신을 추가 공급하자 뿌리 중력 굴성이 정상을 회복, 뿌리가 정상적으로 땅속으로 곧게 성장했다. 이는 ABA에 의해 생성이 조절되는 옥신이 뿌리 중력 굴성에 핵심 역할을 한다는 것을 시사한다.

연구팀은 이 결과는 ABA가 뿌리 성장 각도를 어떻게 변화시켜 더 깊은 땅속의 물을 찾을 수 있게 하는지를 보여주는 것으로서 벼와 옥수수에서 모두 확인됐다며 이는 이 메커니즘이 다른 곡물 작물에도 적용될 수 있음을 보여준다고 말했다.

/종합