날 따뜻해지면 감자 수확량 줄어드는 원리 찾았다

생명연, 생육 시기별 유전자 분석...고온에서도 수확량이 높은 감자 품종개발 기여 기대

감자는 기온이 낮을 때 수확량이 늘어난다. 우리나라에서도 주로 고랭지에서 재배된다. 그러나 고온에서 감자 수확량이 줄어드는 과정에 대한 자세한 연구는 찾아보기 어려웠다. 국내 연구진이 감자 유전자 분석을 통해 기온과 수확량의 관계를 처음 규명했다. 

한국생명공학연구원(원장 김장성)은 식물시스템공학연구센터 이효준‧김현순 박사 연구팀이 감자의 생육 시기별로 유전자 분석을 시행, 고온에서 감자가 재배될 때 괴경 형성을 억제하는 원리를 발견했다고 19일 밝혔다.

생명연 이효준 박사(왼쪽)과 박지선 박사가 기온에 따른 감자의 생장을 연구하고 있다. (자료=생명연)

향후 고온에서도 수확량을 유지하는 감자 품종 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 생물학 분야 학술지 '셀 리포트'에 최근 표지논문으로 게재됐다. 

괴경이란 식물의 땅속에 있는 줄기 끝이 양분을 저장해 크고 뚱뚱해진 것을 말한다. 덩이줄기라고도 하며, 감자나 돼지감자, 토란 등이 여기에 속한다. 기온이 높아지면 괴경 형성을 유도하는 'StSP6A'라는 유전자의 양이 감소해 수확량이 줄어드는 것으로 알려져 있다. 

연구팀은 생육 전반에 걸친 괴경의 형성과 발달을 살피기 위해 다양한 온도에서 감자를 재배하고 생육 시기별로 감자의 유전자와 수확량을 분석했다. 그 결과 고온에서 감자는 환경 적응을 위해 괴경 형성을 억제하지만, 그 원리는 생육 초기와 후기가 서로 다른 것으로 나타났다. 생육 초기에는 괴경 형성 유도 유전자의 RNA를 조절하는 반면, 후기에는 유전자의 DNA를 조절하는 방식을 택한다. 

또 생육 초기 괴경 형성 유도 유전자의 발현을 높이면 수확량을 회복할 수 있지만, 후기에는 유전자 발현을 높이더라도 수확량에는 영향이 없다는 것을 밝혔다. StSP6A가 이미 형성된 감자의 발달에는 큰 영향을 미치지 못하기 때문이다. 고온에서 StSP6A 유전자 발현양을 높였을 때, 괴경의 개수는 유지되지만 무게는 늘지 않아 수확량은 여전히 감소한다.  

StSP6A 유전자의 발현량을 높인 감자 식물에서의 온도에 따른 수확량 비교. WT: 일반 감자. 고온에서 괴경의 개수가 감소(왼쪽에서 두 번째)35S:StSP6A-1: StSP6A 유전자 발현량을 높인 감자. 고온에서도 괴경의 개수가 유지되지만, 무게를 측정하면 수확량은 여전히 감소(왼쪽에서네 번째) (자료=생명연)

따라서 고온에서 감자 수확량을 보존하려면 StSP6A 외 다른 요인을 공략할 필요가 있다. 연구팀은 이 같은 사실을 바탕으로 생육 초기와 후기에 괴경 형성 억제에 관여할 것으로 예상되는 유전자들을 추가로 제시했다. 

이효준 박사는 "고온 환경에서의 감자 수확량 감소는 생육 부진 등의 부작용 때문이 아니라 식물 스스로 환경 적응을 위해 괴경 형성을 억제했기 때문"이라며, "감자 수확량 감소의 원리를 활용한다면 향후 고온 환경에서도 수확량이 높은 감자 품종을 개발할 수 있을 것"이라고 밝혔다.