BIOTECHNOLOGY
BRAIN TREE
브레인트리 생명공학연구소
연구분야

균근소개

균근

균근(菌根, mycorrhiza)이란 식물의 어린뿌리가 토양 중에 있는 곰팡이와 공생(symbiosis)하는 형태를 의미한다. 곰팡이는 기주식물에게 무기염을 대신 흡수하여 전달해 주고, 기주식물은 곰팡이에게 탄수화물을 전해줌으로써 공생관계를 유지한다. 균근은 고등육상식물의 약 97%에서 발견될 만큼 흔하게 존재하며, 산림생태계와 같이 무기양분의 함량이 낮은 토양에서는 균근의 도움으로 수목이 생존해갈 수 있다. 북극의 툰드라 지역이나 고산지대와 같이 생육환경이 나쁜 곳에서는 특히 균근이 중요한 역할을 한다.

균근의 혜택은 여러 가지 알려져 있는데, 그 중에서 가장 눈에 띄는 것은 토양 중에 있는 인산의 흡수를 촉진시켜 주는 것과, 산림과 같은 산성 토양에서 암모늄태(NH4+) 질소를 흡수할 수 있도록 해주는 것이라고 할 수 있다. 이것은 수목의 근계가 초본식물처럼 치밀하게 발달하지 않더라도 균근의 수많은 균사가 뿌리로부터 수 cm까지 뻗어 더 효율적으로 무기염과 수분을 흡수하기 때문이다.

외생균근

외생균근(外生菌根, ectomycorrhiza)은 주로 목본식물에서 발견되는 형태로서. 곰팡이의 균사가 세포 안으로 들어오지 않고, 기주세포의 밖에서만 머물기 때문에 외생이라는 말을 쓰고 있다. 균사는 뿌리 표면을 두껍게 싸서 균투(菌套, fungal mantle)를 형성하고, 뿌리 속으로 피층까지 침투하여 세포와 세포 사이의 간극에 균사에 의한 하티그망(Hartig net)을 만들며, 피층보다 더 안쪽으로 들어가지 않는다.

감염된 뿌리의 표피 혹은 피층세포는 방사선 방향으로 세포신장이 일어나서 두꺼운 균투와 더불어 뿌리의 직경을 굵게 만든다. 따라서 외생균근으로 감염된 뿌리는 감염되지 않은 뿌리와 비교하여 형태적으로 다르기 때문에 육안으로 혹은 해부현미경으로 쉽게 구별할 수 있다. 감염된 뿌리에는 뿌리털이 발생하지 않고, 대신 균사가 뿌리 표면으로부터 토양 속으로 뻗어 뿌리털의 역할을 대신하여 더 효율적으로 무기염을 흡수한다.

기주식물의 범위는 거의 목본식물로 국한되어 있고, 온대지방에서는 소나무과(소나무류, 젓나무류, 가문비나무류, 낙엽송류, 솔송나무류), 자작나무과(자작나무류, 오리나무류), 참나무과(참나무류, 밤나무류, 너도밤나무류), 버드나무과(버드나무류, 포플러류)의 수목에서 흔히 발견되며, 그 밖에 피나무류에서도 간혹 발견된다. 특히 소나무과의 수목은 필수적으로 외생균근을 형성하며, 천연상태에서 균근 없이는 살아갈 수 없다.

외생균근을 형성하는 곰팡이는 주로 담자균과 자낭균과 같은 버섯류이다. 한국에서 가장 널리 알려진 송이버섯은 국내에서는 소나무림에서만 발견되며, 숲의 나이가 20-80년 정도로 가장 생활력이 왕성할 때 공생을 이룸으로써 기주선택성이 강한 경우에 속한다. 그 밖에 산림의 임상(땅바닥)에서 발견되는 버섯 중에서 균근버섯이 많은데, 흔한 것으로 광대버섯(Amanita), 무당버섯(Russula), 젖버섯(Lactarius), 그물버섯류(Boletus) 등이 있다.

내생균근

내생균근(內生菌根, endomycorrhiza)은 곰팡이의 균사가 기주식물의 세포 안으로 들어가기 때문에 붙여진 말로서, 균사가 뿌리의 피층세포 안으로 침투하여 자란다. 그러나 균사의 생장은 피층세포에 국한되고 내피 안쪽으로 들어가지 않는데, 이러한 특징은 외생균근과 내생균근의 공통점으로서 뿌리 한복판의 통도조직을 침범하지 않는 것이 일반적인 병원균과 다르다. 균사의 생장은 뿌리 밖으로 연장되어 토양 속으로 자라지만, 외생균근과 같은 균투를 형성하지 않으며, 뿌리털이 정상적으로 발달한다.

기주식물의 범위는 육상생태계에서 발견되는 대부분의 식물이라고 할 수 있는데, 초본류, 주요작물(수도작 제외), 쌍자엽식물, 그리고 외생균근을 형성하는 목본식물을 제외한 모든 목본식물(모든 과수류 포함)이다. 따라서 내생균근의 기주범위는 외생균근보다 훨씬 넓으며, 특히 대부분의 작물과 과수류가 내생균근을 형성하기 때문에 농업적으로 중요하다.

관련되는 곰팡이는 접합자균에 속하는 하등균류로서, Glomus와 Scutellospora가 가장 흔하게 발견된다. 이 균의 포자는 직경이 커서(40-100um) 바람에 전파되지 못하는 것이 특징이다.

균근의 역할

균근의 여러 가지 혜택과 역할이 알려져 있는데, 그 중에서 가장 중요한 것은 무기염의 흡수촉진이다. 균근의 형성률 혹은 감염률은 토양의 비옥도가 높을수록 낮으며, 특히 토양 중에 있는 인산의 함량에 반비례하는데, 이것은 균근이 인산의 흡수를 촉진하기 때문에 인산의 함량이 높을수록 기주식물이 균근균과 공생해야 할 필요성을 갖지 않기 때문이다. 인산 이외에도 질소, 황, 구리 등의 흡수 촉진이 증명된 바 있다.

균근균의 균사는 뿌리를 둘러싸고 있거나 토양 중에 뻗어 토양의 건조, 낮거나 높은 pH, 토양 독극물, 극단적인 토양 온도에 대한 저항성을 높여주고, 뿌리 표면을 먼저 점령하여 항생제를 생산함으로써 병원균에 대한 저항성도 증가시켜 준다.

따라서 균근은 일반적으로 식물의 생육이 불리한 한계토양(marginal soil), 예를 들면 탄광 폐석지와 버려진 농경지에서 생태적으로 중요한 위치를 차지하고 있으며, 산림의 생산성을 높이는 데 기여할 수 있다. 실제로 균근균으로 인공 접종한 묘목의 생장이 촉진된 예는 무수히 많다.

수목식별

수목의 생장에 영향을 미치는 병해충의 진단 및 방제를 위한 그 첫 번째 단계로 수목의 정확한 기주를 확인하는 것이 중요한 과정으로 알려져 있다. 브레인트리 생명공학연구소의 수목 식별팀은 병해충에 피해를 입은 기주를 확실하게 종 동정함으로써 정확한 수목 피해 진단과 적합한 방제 방법을 찾는데 큰 역할을 하고 있다. 식물 종의 동정은 형태적 종 개념에 바탕을 두고 식별하며, 필요 시에는 식물DNA를 분석하여 신뢰도 높은 정보들을 제공하고 있다.

곰팡이진단팀

곰팡이 진단팀은 수목에 병원성을 갖는 병원균과 각종 산업에 활용되는 곰팡이의 진단을 담당하고 있으며 수목과 공생하는 곰팡이인 균근균을 수목의 생장 활성균으로 사용하여 건강한 도시림조성에 관한 지속적인 연구를 수행하고 있다. 한국의 중요 수목병원균으로는 녹병과 자낭균에 관련된 연구분야를 전문으로 다루고 있다.

바이러스진단팀

현재 식물바이러스병은 치료제가 없기 때문에 방제가 무엇보다도 중요하다. 따라서 식물바이러스 감염의 초기 진단이 필요하고 감염 대상을 조속히 제거해야 큰 피해를 줄일 수 있다. 본 연구소에서는 식물바이러스 감염된 목본 및 초본에서 total RNA를 추출하여 검정용 특이적 프라이머 제작과 RT-PCR기법으로 식물바이러스 감염 여부를 확인하고, 검정된 식물바이러스의 염기서열을 분석하여 식물바이러스를 동정한다.

세균진단팀

세균진단팀이란?

세균진단팀은 주로 수목에 발생하는 세균병을 진단 및 동정 하는 일을 주요 업무로 하고 있다. 세균의 의한 병징으로 의심이 되는 경우 빠른 시일 내에 여러 세균들을 동시에 동정할 수 있는 선택배지와 16S rRNA sequencing을 통해 보다 정확하고 빠르게 동정을 할 수 있는 시스템을 갖추고 있다. 동정된 세균은 병원성 테스트를 통해 실제 병원균 여부를 판단하여 고객에게 정확한 정보를 제공하는 역할을 하고 있다.

국내외 현황

전 세계적으로 지구 온난화의 영향과 급격한 기후변화 등에 의해서 점차 세균병의 출현이 높아지는 추세에 있다. 최근 들어 조경에 관심이 증가함에 따라 이와 함께 병의 출현도 증가하는 추세이다. 현재까지 세균의 의한 병은 과수를 포함한 농작물에서 주로 보고가 되어 있으며 수목병의 경우 이보다 미비한 상태이다. 수목에 발생하는 대표적인 병으로 뿌리혹병, 궤양병, 점무늬병, 가지마름병 등이 보고 되어 있으나 이에 대한 정확한 진단과 동정이 미흡한 상태이다.

해충진단팀

해충은 수목의 생장에 직·간접적으로 영향을 미친다. 직접적인 흡즙 및 저작을 통해 식물 조직을 가해하여 수목생장을 저해하고, 감로등을 배출하여 식물 병원성 미생물 감염을 유도하여 2차 피해를 유발한다. 본 해충 진단팀에서는 대상 해충 종을 신속하게 동정하고 효과적인 해충군 관리 방법을 제공한다.