135년 전 식물 표본에서 곰팡이 유전자 염기서열 해독 성공

다음은 대한민국 정부 부처에서 발표한 보도자료 "135년 전 식물 표본에서 곰팡이 유전자 염기서열 해독 성공"에 대한 상세하고 포괄적인 요약입니다.

1. 핵심 요약

농촌진흥청은 2025년 8월 21일, 135년 전인 1890년에 탄저병에 감염된 홉 식물 건조표본에서 곰팡이 유전자 염기서열을 성공적으로 해독했다고 발표했습니다. 이는 세계적으로 가장 오래된 식물 표본에서 곰팡이 유전자 염기서열을 해독한 기록으로, 기존 1915년 기록을 경신한 혁신적인 성과입니다. 이번 연구를 통해 국내 환삼덩굴에서 발견된 탄저병균이 기존에 보고되지 않은 신종(Colletotrichum humulicola)임을 세계 최초로 밝혀냈으며, 이는 국제 학술지 '사이언티픽 리포트'에 게재되었습니다. 이 기술은 곰팡이 분류 연구에 큰 진전을 가져오고, 생태교란 식물인 환삼덩굴의 생물적 방제제 개발 가능성을 열었습니다.

2. 주요 내용

1. 세계 최고(最古) 식물 표본 유전자 염기서열 해독 성공: 농촌진흥청 연구진은 1890년 미국 미시간주립대학교에 보존된 탄저병 감염 홉 건조표본으로부터 탄저병균의 유전자 염기서열을 성공적으로 해독했습니다. 이는 135년 전 식물 표본에서 곰팡이 분류용 유전자 염기서열(유전자를 구성하는 염기의 배열 순서)을 해독한 세계에서 가장 오래된 기록으로, 기존 1915년 기록을 갱신하며 곰팡이 유전자 분석 기술의 새로운 지평을 열었습니다.
2. 환삼덩굴 탄저병균의 신종 발견 및 세계 최초 보고: 농촌진흥청 농업미생물은행(KACC)이 1995년부터 30년간 보관해온 국내 식물 탄저병균 433균주 중, 환삼덩굴에서 분리한 탄저병균이 기존 보고된 균주들과 유전적으로 차이가 있음을 확인했습니다. 홉 탄저병균과의 비교 분석을 통해 이 균주가 'Colletotrichum humulicola'라는 신종(이전에 학계에 보고되지 않은 새로운 생물 종)임을 밝혀내고 세계 최초로 보고하는 쾌거를 이루었습니다.
3. 혁신적인 유전자 해독 방법론 개발: 연구진은 현미경을 이용해 건조표본에서 탄저병 포자 덩어리를 정밀하게 모으고, 탄저병 전용 프라이머(DNA 복제나 증폭을 시작하는 데 필요한 짧은 DNA 조각)를 제작하여 리보솜 유전자를 포함한 5개 유전자의 염기서열을 해독하는 데 성공했습니다. 이 방법은 기존의 복잡한 해독 방식보다 훨씬 간편하며, 네이처에서 운영하는 실험 방법 관리 플랫폼 'Protocol.io'에도 소개되어 그 우수성을 인정받았습니다.
4. 국제 학술지 게재 및 연구 방법 공유: 이번 연구 결과는 2025년 8월 국제 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 온라인판에 게재되어 학계의 주목을 받았습니다. 또한, 오래된 식물 건조표본에서 곰팡이 유전자 염기서열을 분석하는 혁신적인 방법론은 'Protocol.io'에 상세히 소개되어 전 세계 연구자들이 활용할 수 있도록 공유되었습니다.
5. 곰팡이 분류 연구의 난제 해결 기여: 농촌진흥청 농업미생물과 김상범 과장은 이번에 개발된 100년 이상 된 식물 건조표본에서 탄저병 균주 유전자 염기서열을 손쉽게 해독하는 방법이 그동안 분류용 유전자 염기서열 확보의 어려움으로 난항을 겪었던 곰팡이 분류 연구에 큰 도움을 줄 것이라고 밝혔습니다. 이는 미생물 다양성 연구와 생물자원 활용의 기반을 강화하는 데 기여할 것입니다.
6. 생태교란 식물 환삼덩굴 생물적 방제제 개발 가능성 제시: 한국에서 생태계 교란종으로 지정되어 문제 되고 있는 환삼덩굴에서 신종 탄저병균을 발견함으로써, 이 균주를 활용한 생물적 방제제(해충이나 잡초를 방제하기 위해 천적이나 미생물 등 생물학적 요소를 이용하는 방법) 개발 가능성을 열었습니다. 이는 환경 친화적인 방식으로 환삼덩굴의 확산을 억제하는 새로운 대안을 모색할 수 있게 합니다.
7. 인삼 탄저병 연구의 세계 표준 확립 기여: 농촌진흥청 농업미생물은행은 이번 연구 외에도 국내 식물 탄저병 분류 연구를 꾸준히 수행해왔습니다. 특히 경기 연천의 인삼밭에서 분리한 탄저병 균주를 신(新)기준표본(특정 생물 종을 대표하는 공식적인 표본으로, 해당 종의 분류학적 정체성을 확립하는 데 사용됨)으로 설정하여, 1929년 처음 보고되었으나 기준표본이 없어 연구에 어려움이 많았던 세계 인삼 탄저병 연구의 표준으로 활용되도록 기여했습니다.

3. 배경 및 목적

이번 연구는 국내 식물에 발생하는 다양한 곰팡이병, 특히 탄저병균(곰팡이가 식물의 열매, 잎 등에 검은색 괴저와 움푹 꺼진 종양을 발생시키는 병으로, 사람이나 동물에 발생하는 세균성 탄저병과는 다름)의 정확한 분류와 생물학적 특성 규명에 대한 필요성에서 출발했습니다. 농촌진흥청 농업미생물은행(KACC)은 1995년부터 30년간 우리나라의 다양한 식물에서 분리한 433균주의 탄저병균을 보관하며 국내 미생물 자원 보존 및 연구의 중추적인 역할을 수행해왔습니다. 이 과정에서 생태교란 식물인 환삼덩굴(번식력이 매우 강하고 다른 식물을 덮어 생육을 방해하므로 생태교란 식물로 지정되어 있음)에서 분리된 탄저병 균주가 기존에 알려진 균주들과 유전적으로 차이가 있음을 발견하였고, 이에 대한 심층적인 연구의 필요성이 대두되었습니다.

연구의 주된 목적은 이 환삼덩굴 탄저병균이 과연 새로운 종인지 과학적으로 입증하고, 이를 통해 곰팡이 분류학 분야의 난제를 해결할 수 있는 혁신적인 방법론을 개발하는 것이었습니다. 특히, 오래된 식물 표본에서 유전자 정보를 추출하는 기술은 곰팡이의 진화적 관계를 이해하고, 과거와 현재의 병원균 분포 변화를 추적하는 데 필수적이지만, 기존에는 기술적 한계와 복잡성으로 인해 접근이 어려웠습니다. 따라서 본 연구는 이러한 한계를 극복하고, 미래 농업 환경 변화에 대응하기 위한 병원균 정보 확보의 기반을 마련하고자 추진되었습니다.

4. 세부 추진 내용

농촌진흥청 연구진은 환삼덩굴 탄저병균의 신종 여부를 확인하기 위해 유전적으로 가장 가까운 식물인 홉(Humulus lupulus, 맥주 제조의 주요 원료로 사용됨)의 탄저병 균주와 유전적 특성을 비교하는 전략을 수립했습니다. 이를 위해 미국 미시간주립대학교에 보존되어 있던 1890년 탄저병에 감염된 홉의 건조표본을 도입하는 데 성공했습니다. 이 표본은 135년이라는 긴 세월 동안 보존되어 온 귀중한 연구 자원이었습니다.

세부적인 유전자 해독 과정에서는 고도로 정밀한 기술이 적용되었습니다. 연구진은 먼저 현미경을 사용하여 건조표본에 미세하게 남아있는 탄저병 포자 덩어리를 조심스럽게 채취했습니다. 이어서 탄저병균만을 특이적으로 증폭할 수 있는 전용 프라이머(DNA 복제 시작점)를 직접 제작하고, 이를 활용하여 곰팡이 분류에 중요한 리보솜 유전자(단백질 합성에 관여하는 리보솜을 구성하는 유전자)를 포함한 총 5개의 유전자에 대한 염기서열을 성공적으로 해독했습니다. 이 과정에서 개발된 간편하고 효율적인 해독 방법은 기존 1915년 식물 표본을 이용한 해독 방법보다 훨씬 단순하여, 향후 유사 연구에 널리 적용될 수 있는 기반을 마련했습니다. 연구 결과는 국제 학술지 '사이언티픽 리포트'에 게재되었으며, 개발된 방법론은 '네이처'에서 운영하는 'Protocol.io' 플랫폼에 공개되어 전 세계 연구자들과 공유되었습니다.

5. 기대 효과

이번 연구 성과는 곰팡이 분류학 분야에 혁신적인 발전을 가져올 것으로 기대됩니다. 100년 이상 된 오래된 식물 건조표본에서도 손쉽게 탄저병 균주의 유전자 염기서열을 해독할 수 있는 방법이 개발됨으로써, 그동안 유전자 정보 부족으로 어려움을 겪었던 곰팡이 분류 연구에 획기적인 전환점을 제공할 것입니다. 이는 미생물 다양성 연구를 촉진하고, 새로운 생물 자원 발굴 및 활용의 기반을 강화하는 데 크게 기여할 것입니다. 또한, 국내 생태계 교란종으로 지정된 환삼덩굴에서 신종 탄저병균을 발견한 것은 환삼덩굴의 생물적 방제제 개발 가능성을 열어, 환경 친화적인 방식으로 생태계 교란 식물을 관리하는 새로운 해결책을 제시할 수 있을 것으로 기대됩니다. 궁극적으로는 농업 생산성 향상과 생태계 보전에 기여하며, 국내외 농업 연구 발전에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

6. 향후 계획

농촌진흥청은 이번 연구를 통해 확립된 오래된 식물 표본 유전자 해독 기술을 바탕으로, 앞으로도 국내외 다양한 식물 병원균에 대한 분류 연구를 지속적으로 확대해 나갈 계획입니다. 특히, 농업미생물은행(KACC)에 보관된 미분류 곰팡이 균주들에 이 기술을 적용하여 유전적 특성을 규명하고, 새로운 종을 발굴하는 데 주력할 것입니다. 또한, 환삼덩굴 신종 탄저병균 'Colletotrichum humulicola'를 활용한 생물적 방제제 개발 연구를 본격적으로 추진하여, 현장 적용 가능성을 검토하고 실용화 방안을 모색할 예정입니다. 이와 더불어, 인삼 탄저병 기준표본 설정과 같이 국내 농업에 중요한 병원균에 대한 기준표준을 지속적으로 확립하여, 관련 연구의 국제적 위상을 높이고 농업 생물자원 연구의 선도적 역할을 수행해 나갈 것입니다.