식물과 공생하는 균류는 주변 토양의 세균을 모아 이용하고 있다

코넬대학 · 보이스톰슨연구소의 연구팀이 균류와 식물이 토양의 양분을 흡수하는 것을 보조하는 세균을 발견했다고 보고했습니다. 이 세균을 이용하면 작물의 수확량을 개선하고 비료 의존도를 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.

Conserved and reproducible bacterial communities associate with extraradical hyphae of arbuscular mycorrhizal fungi | The ISME Journal
https://www.nature.com/articles/s41396-021-00920-2

Soil bacteria could improve crop yields, via fungi | Cornell Chronicle
https://news.cornell.edu/stories/2021/04/soil-bacteria-could-improve-crop-yields-fungi

Soil bacteria could improve crop yields, via fungi | Cornell Chronicle

토양의 세균이 식물과 공생관계를 맺고 있다는 것은 이미 알려져 있습니다. 예를 들어 뿌리혹박테리아라는 균류는 대기 중의 질소를 환원하여 식물이 흡수하기 쉽도록 하고 그 대가로 식물로부터 광합성 산물을 받는 공생관계에 있습니다.

또한 육상식물의 약 70%는 뿌리에 아바스큘러균근균(AM균)이라는 균의 공생형을 가지고 있으며 AM균이 생성하는 질소와 인을 지방산과 교환합니다. 그러나 AM균은 복잡한 유기분자에서 질소와 인을 얻는 데 필요한 효소가 없기 때문에 질소와 인을 얻는 메커니즘은 알 수 없었습니다.

보이스톰슨연구소의 마리아 해리슨 교수가 이끄는 연구팀은 AM균 외에도 식물의 양분흡수를 돕는 세균이 존재하는지 여부를 조사하기 위해 'Glomusversiforme'과 'Rhizophagusirregularis'라는 2종의 AM균을 준비하였고 외떡잎식물의 모델식물인 야생잔디(Brachypodium distachyon)와 함께 3가지 종류의 토양에서 공생시켜 관찰했습니다. 그리고 연구팀은 박테리아를 야생잔디와 함께 최대 65일간 성장시킨 후 균사에 붙어있는 세균을 유전자 배열에서 특정했습니다.

그 결과, 야생잔디 주변의 토양에서 관찰되는 세균의 구성이 놀라운 수준으로 일치하고 있었다는 것을 알 수 있었습니다. 그리나 야생잔디에서 멀리 떨어진 곳의 세균 구성은 크게 달랐다는 것. 즉, 특정 박테리아가 식물과 공생하는 AM균에 이끌렸다는 것입니다.

연구팀은 AM균이 이러한 세균을 유치하기 위한 분자를 분비하고 있을 가능성을 제기하며 "반대로 이끌려져 온 세균도 AM균에 뭔가 영향을 미쳤을 가능성도 생각할 수 있다"고 추측합니다. 또한 발견된 세균군에서는 유기물에서 린이온을 유리시키는 세균도 있는데, 이것이 AM균의 인산획득 프로세스의 핵심으로 연구팀은 보고 있습니다.

또한, 야생잔디 주변의 토양에 보이는 세균군에는 다른 세균을 먹어버리는 점액세균 등이 포함되어 있다고 합니다. 점액세균이 일부 균을 먹어치움으로써 토양의 미네랄이 증가할 가능성도 있습니다. 연구팀은 "AM균 주변의 세균군을 특정하여 AM균과 세균의 상호작용을 이해하면 농업시스템의 생태강화를 지원하기 위한 중요한 전략의 고안이 가능할 것"이라고 전망합니다.