벼 유전자 하나 바꿔 온실가스 메탄 배출량 24% '뚝'

국내 연구진이 저메탄 벼 품종 감탄의 유전자 변이가 뿌리 주변 미생물 균형을 바꿔 메탄 생성을 줄인다는 원리를 처음으로 규명했다. 게티이미지뱅크 제공

유전자가 토양 미생물을 조절해 메탄 배출을 줄이는 메커니즘이 처음으로 밝혀졌다.

한국생명공학연구원(생명연)은 류충민 감염병연구센터 책임연구원팀이 저메탄 벼 품종 '감탄'의 유전자 변이가 뿌리 주변 미생물 균형을 바꿔 메탄 생성을 줄이고 메탄 분해 미생물을 늘리는 원리를 처음으로 규명했다고 25일 밝혔다. 추가적인 농자재 없이 품종 선택만으로 온실가스를 감축할 수 있어 탄소중립 농업의 현실적 대안으로 주목받는다. 연구 결과는 '국제미생물생태학저널(ISME Journal)' 1월호에 게재됐다.

연구팀은 2023년 농촌진흥청 국립식량과학원과 공동으로 메탄 발생을 획기적으로 줄인 벼 품종 '감탄(감소메탄, 밀양360호)'을 개발하고 2025년 정식 품종 등록을 마쳤다. 당시 성과는 국제학술지 '네이처 기후변화(Nature Climate Change)'에 게재되며 주목받았으나 벼 유전적 변이가 토양 미생물을 조절하고 메탄 생성을 억제하는 세부 원리는 미완의 과제로 남아 있었다.

연구팀은 실제 농가 현장과 유사한 비료 사용 환경에서 후속 연구를 진행해 이번 성과를 도출했다. 벼 알 크기를 조절하는 유전자 GS3에 주목해 기능이 없어진 감탄 품종을 질소 비료를 적게 쓰는 조건에서 재배한 결과 일반 품종보다 이삭이 팬 뒤 메탄 배출량이 최대 24% 줄었다. 원인 규명을 위해 벼 전사체, 토양 미생물 유전체 및 전사체 분석 등 최신 분석기술을 종합 활용했다. 

그 결과 감탄 품종은 광합성으로 만든 탄소를 뿌리보다 벼이삭으로 더 많이 보냈다. 뿌리 주변으로 분비되는 영양물질이 줄면서 메탄생성균 활동이 자연스럽게 감소했다. 메탄 생성의 원료인 탄소 공급을 줄여 메탄 배출을 낮추는 원리다.

질소 부족 조건에서 재배했을 때 일반 품종은 수확량 감소 규모가 14%인 반면 감탄 품종은 7% 수준에 그쳐 생산성을 유지했다. 감탄 품종이 뿌리 근처에서 질소고정세균을 유인, 공기 중 질소를 고정해 질소 부족을 스스로 해소했기 때문이다.

이번 연구는 식물 유전자가 토양 미생물 생태계를 조절해 온실가스 배출을 줄일 수 있음을 과학적으로 입증한 사례다. 유전자–미생물–온실가스 간 연결 고리를 분자 수준에서 밝혔다는 점에서 의미가 크다. 

류충민 책임연구원은 “이번 성과는 벼의 특정 유전자가 토양 속 미생물과 소통해 온실가스 배출을 조절하고 질소 이용 효율을 높이는 과정을 분자 수준에서 밝혀낸 것”이라며 “우리가 매일 먹는 밥을 저탄소 품종으로 선택하는 것만으로도 기후 위기 대응에 기여할 수 있음을 보여준 일상 속 작지만 강력한 실천 대안”이라고 말했다.

<참고자료>
doi.org/10.1093/ismejo/wraf284 

[조가현 기자 gahyun@donga.com]