[표지로 읽는 과학] 한 뿌리에서 매년 자라는 '여러해살이 벼'

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이번주 국제학술지 '사이언스' 표지에는 어린 벼인 '모'가 둥글게 모인 모습이 그려졌다. 농사에 널리 쓰이는 벼는 한해살이 식물로 보통 봄에 파종하고 가을에 수확하고 나면 생을 마감한다. 매년 새로 심어야 한다는 뜻이다. 그동안 과학자들은 주로 생장 기간을 단축하는 방식으로 벼의 생산성을 늘렸다.

다이빙신·뤼단펑·한빈 중국과학원 분자식물과학센터 연구원 팀은 야생 벼에서 발견한 유전자 조합을 농사용 벼에 이식해 2년 이상 반복적으로 자라는 여러해살이 벼를 개발하고 연구결과를 19일(현지시간) 사이언스에 발표했다.

야생 벼는 꽃을 피우고 씨앗을 맺은 뒤에도 새 가지가 자라나 같은 뿌리로 여러 해를 살아간다. 벼가 작물화되면서 여러해살이 특성이 어떻게 사라졌는지는 아직 불명확하다.

연구팀은 야생 벼와 농사용 벼를 교배한 계통 수백 단계를 분석해 여러해살이 특성을 결정하는 핵심 유전자 'EBT1'를 찾아냈다.

EBT1에 있는 두 조절 유전자는 식물의 성장 단계 전환을 조절한다. 농사용 벼에서는 꽃이 핀 뒤 유전자 활성이 멈추지만 야생 벼에서는 씨앗을 맺은 후 새로 자라는 줄기 눈에서 유전자가 다시 활성화된다.

분석 결과 두 벼의 차이는 유전자를 이루는 염기서열이 아닌 주변 환경으로 결정된다는 사실이 밝혀졌다. 야생 벼는 새 줄기 눈에서 유전자 주변 디옥시리보핵산(DNA) 구조가 느슨하게 풀리면서 유전자가 다시 활성화됐지만 농사용 벼에서는 같은 시기에 유전자 주변으로 억제 인자가 달라붙어 유전자가 '잠금 상태'로 유지됐다. 환경 차이만으로 한해살이와 여러해살이가 갈린 것이다.

연구팀은 야생 벼의 EBT1 유전자와 야생 벼의 마디에서 뿌리를 내리도록 하는 유전자를 농사용 벼에 함께 이식했다. 재조합된 벼는 줄기 마디에서 뿌리를 내리고 새로운 줄기를 연속으로 만들며 중국 하이난 열대 지역에서 2년 이상 생존했다.

연구팀은 "개발된 벼 계통은 여러해살이 성질은 갖췄지만 수확량이 줄어드는 한계가 있다"며 "수확량을 유지하면서도 여러해살이 성질을 완전히 구현하려면 추가 유전자를 발굴해야 한다"고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1126/science.adv218

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]