벼 모내기 매년 안해도 될까…中 연구진, '여러해살이' 개발

매년 새로 심어야 하는 벼를 한 번 심으면 여러 해 동안 자라게 만드는 유전자가 발견됐다. 게티이미지뱅크

과학자들이 매년 새로 심어야 하는 한해살이 식물인 벼를 한 번 심으면 여러 해 동안 자라는 식물로 개량하는 데 성공했다. 

다이빙신·뤼단펑·한빈 중국과학원 분자식물과학센터 연구원 팀은 야생 벼에서 발견한 유전자 조합을 재배 벼에 이식해 2년 이상 지속적으로 자라는 여러해살이 벼 계통을 개발하고 연구결과를 국제학술지 '사이언스'에 19일(현지시간) 발표했다.

현재 전 세계에서 재배되는 벼는 씨앗을 맺은 뒤 죽는 한해살이 식물이다. 재배 벼의 야생 조상 격인 야생 벼는 꽃을 피우고 씨앗을 맺은 뒤에도 새 가지가 자라나 같은 뿌리에서 여러 해를 살아간다. 벼가 작물화되는 과정에서 여러해살이 특성이 왜, 어떻게 사라졌는지는 그동안 밝혀지지 않았다.

연구팀은 야생 벼와 재배 벼를 교배한 수백 개 계통을 분석해 여러해살이 특성을 결정하는 핵심 유전자 부위 'EBT1'을 찾아냈다.

EBT1에는 마이크로 리보핵산(miRNA)156이라는 두 개의 조절 유전자가 나란히 배치돼 있다. 두 유전자는 식물의 성장 단계 전환을 조절하는 역할을 한다. 재배 벼에서는 꽃이 핀 뒤 유전자 활동이 멈추는 반면 야생 벼에서는 꽃이 피고 씨앗을 맺은 후에도 새로 자라나는 줄기 눈에서 유전자가 다시 켜진다. 

연구팀은 두 벼의 차이가 유전자 서열 자체가 아닌 유전자 주변 환경의 차이에서 비롯된다는 사실을 밝혀냈다. 야생 벼에서는 씨앗이 익은 뒤 새 줄기 눈에서 유전자 주변의 DNA 구조가 느슨하게 풀리면서 유전자가 다시 켜진다. 재배 벼에서는 같은 시기 유전자 주변에 억제 신호가 달라붙어 유전자가 다시 켜지지 못하도록 잠긴 상태로 유지된다. 유전자 자체가 아닌 주변 환경의 차이만으로 다년생과 한해살이의 운명이 갈린다는 의미다.

재배 벼(위)는 꽃을 피우고 씨앗을 맺은 뒤 그대로 죽는다. 반면 야생 벼의 MIR156BC 유전자를 이식한 벼(아래)는 씨앗이 익은 뒤에도 줄기 눈에서 유전자가 다시 켜지며 새 가지를 계속 뻗어나간다. 여기에 벼가 누워서 성장하게 하는 유전자를 추가로 이식하면 야생 벼와 유사한 다년생 형태로 자란다. 사이언스 제공

연구팀은 EBT1 야생 유전자와 함께 야생 벼가 땅 위로 뻗어 마디에서 뿌리를 내리는 성질을 담당하는 유전자 두 개를 재배 벼에 함께 이식해 야생 벼와 비슷한 형태로 자라는 계통을 만들었다. 새로운 벼는 줄기 마디에서 뿌리를 내리고 새 줄기를 계속 만들어내며 중국 하이난의 열대 지역에서 2년 이상 생존하는 것이 확인됐다.

연구팀은 "현재 개발된 계통은 여러해살이 성질은 갖췄지만 씨앗 수확량이 줄어드는 한계가 있다"며 "수확량을 유지하면서 여러해살이 성질을 완전히 구현하려면 추가 유전자 자리를 발굴해야 한다"고 밝혔다.

<참고>
doi.org/10.1126/science.adv218

[임정우 기자 jjwl@donga.com]