유전자 변이 벼품종 '감탄' 토양 미생물 바꿔 메탄 배출 24% 감축

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국생명공학연구원은 감염병연구센터 류충민 박사 연구팀이 저메탄 벼 품종 '감탄'의 유전자 변이가 뿌리 주변 미생물의 균형을 바꾸어 메탄 생성은 줄이고 메탄을 분해하는 미생물은 늘린다는 사실을 처음으로 규명했다고 25일 밝혔다.

연구팀은 지난 2023년 농촌진흥청 국립식량과학원과의 공동연구를 통해 메탄 발생을 획기적으로 줄인 벼 품종 '감탄(감소메탄, 밀양360호)'을 개발하고 지난해 정식 품종 등록을 마친 바 있다.

당시 연구 성과는 국제학술지 네이처 클라이밋 체인지(Nature Climate Change)에 게재되며 큰 주목을 받았으나, 벼의 유전적 변이가 구체적으로 어떤 과정을 통해 토양 미생물을 조절하고 메탄 생성을 억제하는지에 대한 세부 원리는 미완의 과제로 남아 있었다.

이에 연구팀은 실제 농가 현장과 유사한 비료 사용 환경에서 후속 연구를 진행하여 이번 성과를 도출했다.

연구팀은 먼저 벼의 알 크기를 조절하는 유전자인 GS3에 주목했다. 이 유전자의 기능이 없어진 감탄 품종을 질소 비료를 적게 사용하는 조건에서 재배한 결과, 일반 품종보다 출수기 이후 메탄 배출량이 최대 24%까지 줄어드는 것을 확인했다.

연구팀은 그 원인을 밝히기 위해 벼 전사체, 토양 미생물 유전체 및 전사체 분석 등 다양한 최신 분석기술을 종합적으로 활용했다. 분석결과 감탄 품종은 광합성으로 만든 탄소를 뿌리보다 벼이삭(알)으로 더 많이 보내는 특성을 보였다.

이로 인해 뿌리 주변으로 분비되는 영양물질이 줄어 이를 먹이로 삼는 메탄생성균의 활동이 자연스럽게 감소하는 것으로 나타났다. 메탄 생성의 원료가 되는 탄소 공급을 줄여 메탄 배출을 낮추는 원리다.

또 질소 부족 조건에서 벼를 재배한 결과, 일반 품종은 수확량이 14% 감소한 반면 감탄 품종은 7% 수준에 그쳐 안정적인 생산성을 유지하는 동시에 메탄 배출량은 줄일 수 있었다.

이번 연구는 식물 유전자가 토양 미생물 생태계를 조절해 온실가스 배출을 줄일 수 있음을 과학적으로 입증한 사례로 평가된다. 유전자–미생물–온실가스 간 연결 고리를 분자 수준에서 규명했다는 점에서 의미가 크다고 연구팀은 설명했다.

특히 추가적인 농자재 투입 없이 유전적 특성과 저질소 재배 관리만으로 메탄을 감축할 수 있음을 보여줘 탄소중립 농업 실현을 위한 현실적인 감축 전략을 제시했다는 점에서 파급효과가 기대된다.

류 박사는 "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 대안을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 말했다.

농촌진흥청 저탄소그린라이스생산기술개발사업과 생명연 주요사업 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제 미생물생태학지 ISME 저널에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr