진딧물 공격 받자, 이웃 식물에게 SOS…협공의 비밀 풀렸다

중앙일보

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강찬수 기자

북미 지역에서 관찰되는 진딧물. AP=연합뉴스

농업과 원예 작물에 큰 피해를 내는 진딧물.
일부 식물 종들은 공기 중에 화학물질을 내뿜는 방식으로 진딧물 공격에 대항한다.

특히 이웃에 있는 식물에 신호를 보내 협공하는 다양한 사례가 수십 년 전부터 파악됐다.

하지만 식물 사이에 신호를 주고받는 구체적인 메커니즘에 대해서는 알려지지 않았는데, 이번에 그 비밀이 풀렸다.

중국 칭화대 연구팀은 담배 친척뻘 식물(Nicotiana benthamiana)이 진딧물에 대해 '공중 방어(airborne defence)'를 벌일 때 그 바탕이 되는 유전적·분자적 메커니즘을 분석해 밝힌 논문을 네이처(Nature) 저널에 최근 발표했다.

담배의 친척뻘 식물인 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana). [위키피디어]

NAC2 없으면 진딧물에 취약

천적 이용한 해충구제-풀잠자리 유충이 진딧물을 잡아먹고 있다. [중앙포토]

연구는 NAC2라는 이 식물의 단백질에서 시작됐다.

NAC2의 유전자를 제거한 이 식물이 진딧물의 공격에 약하다는 사실을 우연히 관찰하게 됐기 때문이다.

이 단백질은 '전사 인자'로, 전사(transcription) 과정, 즉 특정 유전자로부터 RNA를 합성하는 과정을 조절한다.

DNA 특정 부위에 결합해 RNA 중합 효소에 영향을 줘 전사를 활성화하거나 억제하는 것이 바로 전사 인자의 역할이다.

NAC2은 구체적으로 살리실산 카르복실 메틸트랜스퍼라제-1(SAMT1)이라는 효소의 유전자 발현을 조절한다.
NAC2는 이 SAMT1 효소를 많이 생산하도록 조절하고, 이 SAMT1 효소는 살리실산 메틸(MeSA)이란 물질을 합성한다.

식물이 진딧물의 공격을 받으면 식물 세포 안에 만들어져 있던 MeSA라는 물질이 공중에 방출된다.
인근에 있던 식물은 이 MeSA라는 물질을 '신호'로 받아들인다.

이 MeSA 신호를 인식하는 것은 살리실산 결합 단백질-2(SABP2)이다.
이 SABP2가 MeSA의 수용체, 즉 수신기 역할을 하는 것이다.

살리실산으로 공중 방어

진딧물 공격에 맞서 식물이 신호를 주고 받으며 살리실산을 생산해 공중 방어에 나선다. 식물이 진딧물에 의해 공격을 받으면 NAC2-SAMT1 모듈을 활성화해 휘발성 MeSA를 생성하고, 방출한다. 이웃 수용 식물은 SABP2에 의해 휘발성 MeSA를 인식하고, 이를 SA로 전환한다. [Nature, 2023]

SABP2는 받아들인 MeSA를 살리실산(SA)으로 바꾸는 반응을 진행한다.

이렇게 이웃 식물은 체내에 생성된 SA를 공중에 뿌린다.

SA라는 물질이 화학무기가 돼 진딧물 공격을 막고 바이러스를 죽이는 데 사용된다.
여러 식물이 한꺼번에 SA를 뿌리면서 진딧물을 에워싼 공중 방어가 시작되는 것이다.

요약하면, 진딧물의 공격을 받은 식물이 공중에 MeSA 방출하고, 이웃 식물의 SABP2가 MeSA를 받아들여 SA로 변환시킨 뒤 공중 방어가 시작된다.