고추 탄저병 저항성 유도하는 신호조절 경로 세계 최초로 밝혀

다음은 대한민국 정부 부처인 농촌진흥청에서 발표한 보도자료를 바탕으로 작성된 상세하고 포괄적인 요약입니다.

1. 핵심 요약

농촌진흥청은 2025년 9월 1일, 고추 탄저병 저항성 유도에 핵심적인 신호조절 경로를 세계 최초로 규명했다고 발표했습니다. 이 연구는 탄저병 저항성 고추 품종인 캡시쿰 바카툼(Capsicum baccatum)에서 병원균 감염 부위뿐만 아니라 감염되지 않은 다른 조직까지 저항성을 유도하는 살리실산(SA) 기반의 신호전달 메커니즘을 밝혀냈습니다. 특히 CbAR9 유전자와 CbSAHH 단백질의 상호작용을 통해 이동성 면역 신호물질인 메틸살리실산(MeSA)이 생성되어 식물체 전체에 저항성을 부여하는 원리를 규명했습니다. 이번 발견은 연간 1,000억 원 이상의 고추 탄저병 피해를 줄이고 기후변화에 강한 신품종 개발에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

2. 주요 내용

• 세계 최초 고추 전체저항성 신호조절 경로 규명: 농촌진흥청은 2025년 9월 1일 보도자료를 통해, 고추 탄저병 저항성 품종인 캡시쿰 바카툼(Capsicum baccatum)에서 병원균 감염 부위뿐만 아니라 감염되지 않은 다른 조직까지 저항성을 유도하는 살리실산(Salicylic Acid, SA) 기반의 신호조절 경로를 세계 최초로 밝혀냈다고 발표했습니다. 이는 식물체가 특정 부위의 감염 정보를 전체 조직에 전달하여 미감염 부위까지 저항성을 갖게 하는 '전체저항성(Systemic Acquired Resistance, SAR)' 현상의 구체적인 메커니즘을 고추에서 규명한 것입니다.

• 핵심 유전자 CbAR9 및 단백질 CbSAHH의 상호작용 규명: 연구진은 2022년에 발굴한 탄저병 저항성 유전자 CbAR9와 상호작용하는 단백질 'CbSAHH'를 분리하고 그 기능을 검정했습니다. 이들의 상호작용을 통해 병원균 침입 부위에서 이동성 면역 신호물질인 메틸살리실산(MeSA)이 합성되어 식물체 내 다른 부위로 이동하며, 이를 통해 고추 식물체 전체가 탄저병에 대한 면역 반응을 가지도록 유도하는 핵심 원리를 밝혀냈습니다.

• 고추 탄저병의 심각성 및 연구의 시급성: 고추 탄저병은 국내외 고추 농가에 가장 큰 피해를 주는 질병으로, 주로 콜레토트리쿰 아쿠타툼(Colletotrichum acutatum)이라는 곰팡이 병원균에 의해 발생합니다. 이 병으로 인해 연평균 20~30%의 수확량 감소와 연간 1,000억 원 이상의 경제적 손실이 발생하며, 이상기상 현상으로 피해가 더욱 심화될 것으로 예상되어 저항성 유전자 및 품종 개발이 매우 시급한 상황입니다.

• 국제 학술지 게재 및 학술적 우수성 인정: 이번 연구 결과는 식물 분야 국제 학술지인 Plant Physiology(피인용 지수 IF 6.9)에 게재되어 학술적 우수성을 인정받았습니다. 또한, 생물학연구정보센터(BRIC)에서 피인용 지수 10 이상 또는 분야별 상위 3%에 속하는 세계적 학술지에 게재된 논문을 발표한 국내 과학자를 대상으로 선정하는 '한국을 빛내는 사람들(한빛사)'에도 선정되어 국내 과학계의 위상을 높였습니다.

• 탄저병 저항성 증진 약제 및 유전자 기반 표지 개발 활용: 농촌진흥청은 이번 연구 결과가 메틸살리실산(MeSA) 유사물질 등을 합성하여 식물체 내 탄저병 저항성을 증진하는 약제 개발에 활용될 것으로 기대하고 있습니다. 더불어, 규명된 신호조절 유전자 정보를 바탕으로 저항성 자원을 정확도 높게 선발할 수 있는 유전자 기반 표지(마커)를 개발하여, 고부가 가치 탄저병 저항성 고추 신품종 육성에 크게 기여할 것으로 전망됩니다.

• 연구 책임자의 기후 적응형 품종 개발 의지 표명: 농촌진흥청 디지털육종지원과 권수진 과장은 이상기상으로 인한 고추 탄저병 피해 심화에 대응하여 새로운 저항성 품종 개발에 필요한 저항성 유전자 발굴과 기능 검정 연구의 중요성을 강조했습니다. 앞으로도 관련 연구를 활발히 수행하여 기후변화에 적응할 수 있는 품종 개발에 이바지하겠다는 의지를 밝혔습니다.

3. 배경 및 목적

고추 탄저병은 국내외 고추 재배 농가에 막대한 피해를 입히는 주요 질병으로, 연평균 20~30%의 수확량 감소와 연간 1,000억 원 이상의 경제적 손실을 초래하고 있습니다. 주로 콜레토트리쿰 아쿠타툼(Colletotrichum acutatum)이라는 곰팡이 병원균에 의해 발생하며, 동남아시아에서는 콜레토트리쿰 캡시시(C. capsici)에 의해서도 발병합니다. 최근 이상기상 현상으로 인해 탄저병 발생 빈도와 강도가 증가하여 그 피해가 더욱 심화될 것으로 예상됩니다. 이러한 배경 속에서, 탄저병에 강한 저항성 유전자와 품종을 개발하는 것이 고추 농가의 안정적인 생산량 확보와 소득 증대를 위해 매우 시급한 과제로 대두되었습니다.

농촌진흥청은 이러한 필요성에 따라 2022년부터 탄저병 저항성 및 감수성 품종의 유전체와 유전자 발현 분석을 통해 탄저병 저항성에 관여하는 유전자 CbAR9을 발굴하는 선행 연구를 진행해왔습니다. 이번 연구의 궁극적인 목적은 CbAR9 유전자와 상호작용하는 CbSAHH 단백질의 역할을 규명하고, 이들의 상호작용이 어떻게 고추 식물체 전체에 저항성(Systemic Acquired Resistance, SAR)을 유도하는 이동성 신호조절 경로를 활성화하는지 세계 최초로 밝히는 것이었습니다. 이를 통해 탄저병 저항성 증진 약제 개발 및 고부가 가치 저항성 고추 신품종 육성을 위한 과학적 기반을 마련하고, 기후변화에 강한 농업 환경을 조성하는 데 기여하고자 했습니다.

4. 세부 추진 내용

이번 연구는 탄저병 저항성 고추 품종인 캡시쿰 바카툼(Capsicum baccatum)을 핵심 재료로 활용하여 진행되었습니다. 연구진은 2022년에 이미 탄저병 저항성에 관여하는 유전자 CbAR9을 발굴한 바 있으며, 이를 바탕으로 CbAR9과 상호작용하는 단백질을 탐색하는 후속 연구를 수행했습니다. 구체적으로, 생체내 단백질-단백질 상호작용 실험을 통해 CbAR9과 결합하는 CbSAHH 단백질을 성공적으로 분리하였고, 형광융합 단백질과 담배잎 원형질체를 이용하여 이 두 단백질이 식물체 내에서 직접적으로 결합한다는 사실을 확인했습니다.

이후 연구팀은 바이러스 매개 유전자 발현 억제 기술(Virus-Induced Gene Silencing, VIGS)을 활용하여 CbAR9과 CbSAHH 유전자의 발현을 각각 억제한 후 탄저병균을 접종하는 방식으로 이들의 기능을 검정했습니다. 그 결과, 두 유전자의 발현이 억제될 경우 감염 부위뿐만 아니라 비감염 부위에서도 탄저병 병징이 현격히 증가하는 것을 관찰했습니다. 또한, CbAR9과 CbSAHH 발현이 억제된 고추의 감염 잎에 이동성 면역 신호물질인 메틸살리실산(MeSA)을 처리하자, 감염되지 않은 다른 잎에서 저항성이 회복되는 것을 확인하여 이들의 상호작용이 메틸살리실산 이동 신호를 활성화시켜 고추 식물체 전체에 저항성(Systemic Acquired Resistance, SAR)을 유도한다는 사실을 명확히 규명했습니다. 이 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 디지털육종지원과에서 주도적으로 수행되었으며, 그 성과는 식물 분야 국제 학술지인 Plant Physiology(피인용 지수 IF 6.9)에 게재되고 생물학연구정보센터(BRIC)의 '한국을 빛내는 사람들(한빛사)'에도 선정되는 등 학술적 우수성을 인정받았습니다.

5. 기대 효과

이번 연구 결과는 고추 탄저병으로 인한 막대한 피해를 줄이고 농가 소득을 증대하는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 구체적으로, 규명된 신호조절 경로를 활용하여 메틸살리실산(MeSA) 유사물질 등을 합성함으로써 식물체 내 탄저병 저항성을 효과적으로 증진시키는 새로운 약제를 개발할 수 있는 기반을 마련했습니다. 또한, CbAR9 및 CbSAHH와 같은 신호조절 유전자 정보를 바탕으로 저항성 자원을 정확하고 효율적으로 선발할 수 있는 유전자 기반 표지(마커)를 개발하여, 고부가 가치 탄저병 저항성 고추 신품종 육성 기간을 단축하고 성공률을 높일 수 있을 것입니다. 이는 연간 1,000억 원 이상으로 추정되는 고추 탄저병으로 인한 경제적 손실을 크게 줄이고, 기후변화에 강한 품종 개발을 통해 고추 농가의 안정적인 생산량 확보와 소득 증대에 직접적으로 기여할 것입니다. 더 나아가, 우수 고유 유전자 CbSAHH의 지적 재산권을 확보함으로써 국내 농업 기술의 경쟁력을 강화하는 효과도 기대됩니다.

6. 향후 계획

농촌진흥청은 이번 연구 성과를 바탕으로 고추 탄저병에 대한 저항성 연구를 더욱 활발히 추진할 계획입니다. 특히, 이상기상으로 인해 탄저병 피해가 더욱 심화될 것으로 예상되는 만큼, 새로운 저항성 유전자 발굴과 그 기능 검정 연구에 지속적으로 투자할 예정입니다. 궁극적으로는 이번에 밝혀진 신호조절 경로를 활용하여 탄저병 저항성 증진 약제 개발을 위한 심화 연구를 진행하고, 유전자 기반 표지를 실제 육종 과정에 적용하여 기후변화에 강하고 안정적인 생산이 가능한 기후 적응형 고추 신품종을 개발하는 데 이바지할 것입니다. 이를 통해 고추 농가의 어려움을 해소하고 국내 농업의 지속 가능한 발전에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다.