벼 잎에서 공기와 물이 어떻게 들어오고 나가는지 그 원리가 밝혀졌다.

농촌진흥청(청장 이양호)은 식물체에서 공기와 수분의 주 통로인 기공의 열고 닫음을 조절하는 ‘칼륨채널 유전자’를 발견했다고 밝혔다.

이번 연구는 기후변화에 대응해 물 이용효율이 증대된 벼를 개발하기 위한 과제 수행 중 이뤄진 것이다.

이번에 발견한 유전자는 벼 잎의 공변세포(기공을 구성하는 세포)에서만 발현되며 외부의 환경 변화에 반응해 기공의 열고 닫음을 조절한다.

벼에는 세 개의 비슷한 칼륨채널(칼륨이 드나드는 통로)이 있는데, 그 중 OsKAT2 채널 유전자는 기공에서만 발현하며, 이 채널이 다른 채널에 비해 칼륨을 흡수하는 능력이 우수하다는 것을 밝혔다.

OsKAT2 채널 유전자가 세포막의 전압을 감지해 이온 이동 통로를 열어 칼륨을 흡수하면 공변세포 내 칼륨 농도가 높아지면서 삼투압이 증가해 물이 공변세포 내로 흡수돼 기공이 열리는 원리다.

이에 따라 공기와 수분이 들어오고 나가는 기공의 열고 닫음을 조절할 수 있다면 인위적으로 벼의 물 이용효율을 높여 기후변화에 따른 물 부족에 대응한 내한발성(가뭄을 견디는 성질) 벼를 개발하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

농촌진흥청은 이번에 개발한 유전자의 프로모터(유전자의 발현을 조절하는 유전정보를 지니고 있는 DNA염기서열부위)에 대해 2013년 3월 특허 등록을 했으며, 국제 SCI 학술지 PLos one 8월호에 논문을 게재했다.

또한 현재 이 유전자를 이용해 기공의 열고 닫음 기능을 조절할 수 있는 벼를 개발하기 위한 연구과제가 진행 중이다.

농촌진흥청 분자육종과 김범기 연구사는 “이번에 발견한 유전자는 벼에서 최초로 보고된 것으로 이 유전자를 이용해 벼 기공의 열고 닫음을 조절하는 것이 가능해지면 내재해성 작물 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다”라고 말했다.
* 칼륨(potassium, K+): 식물에서 가장 풍부하게 존재하는 양 이온으로서 세포 내의 삼투압을 조절하고, 세포막 전위차를 조절하는 역할을 수행함.

<청소년기자 황선영 hwangmachine@gmail.com>