가뭄에 물이 부족해지면 식물은 물을 찾기 위해 뿌리가 더 곧게 깊은 땅속으로 자라게 하는 것으로 나타났다.

 이 메커니즘을 활용하면 뿌리 구조를 개선, 가뭄에 강한 작물을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

 영국 노팅엄대 라훌 보살 교수와 중국 상하이 자오퉁대 궈창황 교수팀은 최근 과학 저널 커런트 바이올로지(Current Biology)에서 식물이 가뭄 상황에서 식물 호르몬 아브시스산(ABA)을 조절, 땅속 깊은 곳의 물에 접근하기 위해 뿌리를 더 곧게 자라게 하는 메커니즘을 발견했다고 밝혔다.

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

 연구팀은 농작물이 물 부족을 견딜 수 있는 능력을 향상하는 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 알려져 있다.

 연구팀은 이 연구에서 어린 벼와 옥수수의 유전자를 조작해 ABA 생성을 억제한 다음 가뭄 환경에 노출하고 정상적인 식물체 뿌리의 성장을 비교했다.

 그 결과 ABA가 식물 성장 호르몬의 하나인 옥신(auxin) 생성을 촉진해 가뭄에 대응해 뿌리가 중력을 향해 더 가파르게 자라게 하는 뿌리 중력 굴성(root gravitropism)을 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 하는지 보여주는 것으로, 벼와 옥수수에서 모두 확인됐다며 이는 이 메커니즘이 다른 곡물 작물에도 적용될 수 있음을 보여준다고 말했다.

 보살 교수는 "식량 불안을 해결하는 방법을 찾는 것은 매우 중요하다"며 "식물의 성장을 제어하는 메커니즘을 더 잘 이해할수록 식물이 가뭄을 더 잘 견디고 수확량을 개선할 수 있는 시스템 설계에 다가갈 수 있다"고 말했다.

 ◆ 출처 : Current Biology , Rahul Bhosal et al., 'ABA-auxin cascade regulates crop root angle in response to drought', https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960982224016439