국립산림과학원 웹진 과학이 그린
2020.09

모바일메뉴버튼

춘식이의 탐구생활 산림과학자도 모르는 산림과학 파헤치기 춘식이의 탐구생활 산림과학자도 모르는 산림과학 파헤치기
행복한 숲춘식이의 탐구생활
주의 이 글은 무척 깁니다. 하지만 끝까지 읽으신다면 숲에 대한 당신의 상식이 한 단계 업그레이드될 것입니다. 1년을 읽으면 당신도 나무박사!!

4억 년째 진행 중!
곰팡이와 식물의 애증 관계

곰팡이는 사람의 호흡기나 식도 등을 통해 체내에 들어가면 각종 질병을 일으키는 원인으로 작용합니다. 그러나 곰팡이가 꼭 나쁘게 작용하기만 하는 것은 아닙니다. 곰팡이는 식물과 다양한 방식으로 상호작용하며 변화를 일으키는데요. 병원성 곰팡이는 식물에 해로운 영향을 미치지만, 상리공생 곰팡이는 병원균에 대한 식물의 방어 반응을 강화하고 영양분 섭취를 증가시킵니다. 흥미진진한 곰팡이와 식물의 관계 속으로 함께 떠나보실까요?

▲곰팡이

▲곰팡이

곰팡이는 식물과 다양한 상호작용을 하며 자연 생태계와 현대 농업에 큰 영향을 미칩니다. 곰팡이 즉 미생물은 식물의 토양 아래 뿌리 부분 또는 지상부와의 상호작용을 통해 유기물 분해와 재활용에 중요한 역할을 합니다. 식물과 곰팡이 사이의 상호작용은 매우 복잡해 사물기생, 병원성, 공생 등 다양한 생활양식을 서로 결합할 수 있기 때문에 그 경계가 분명하지 않은 경우가 많습니다. 식물은 대부분의 병원체에 저항할 수 있습니다. 그리고 식물은 곰팡이와 공생하거나 중립적인 관계가 지배적이고, 식물 방어 단백질이 나타나면 식물 수용체와 곰팡이가 활성화된 반응으로 나타납니다.

식물이 육상에서 번성하게 된 것은 곰팡이의 도움으로 가능해진 일입니다. 이러한 관계는 유관속 식물이 출현한 4억~4억 6천만 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 식물과 곰팡이의 유익한 상호작용은 양쪽에 안정성을 제공했지만, 유해한 상호작용은 생존에 대한 압박을 가하며 식물의 급속한 진화를 초래했습니다. 그러나 대부분의 상호작용에서 곰팡이는 식물의 생장과 발달을 촉진하며 다양한 스트레스 내성을 키웠습니다. 반면 식물은 곰팡이에게 탄수화물을 공급하며 안정적인 공생관계가 형성되었습니다.

식물-곰팡이 상호작용에 대한 비교

방어와 공생을 조절하는 식물과 곰팡이

곰팡이는 식물에 긍정·부정적 영향을 모두 미칠 수 있습니다. 그래서 식물 입장에서는 곰팡이가 친구인지 적인지 구별할 필요가 있습니다. 곰팡이를 구별하는 첫 번째 단계는 패턴 인식 수용체(Pattern Recognition Receptor, PRR)라고 불리는 식물 세포 표피의 수용체에서 미생물인지 병원체인지 분자 패턴을 감지하는 것입니다.
식물은 패턴감지 후 병원체라고 인식하면 식물의 방어시스템을 유도하고, 공생하는 미생물이라고 판단하면 식물의 기초 면역반응을 제어합니다. 두 번째 단계는 균근 형성과정에서 숙주 식물에 의한 내생균근균(AM) 곰팡이를 인지하는 것인데, 신호를 감지하고 인산화시킴으로써 세포질에 신호를 전달합니다. 마지막은 곰팡이의 대처입니다. 식물의 탐지나 방어를 피하고자 이펙터를 분비함으로써 식물 신호 전달과정을 방해합니다. AM 곰팡이인 ‘Glomus intraradices’의 이펙터는 숙주에 의해서 흡수되고, 핵에서 방어 관련 유전자 발현을 변화시키는 것으로 알려져 있습니다. 생존을 위해서 서로에 대해 치열하게 경계하고 탐구하는 모습이 흥미롭지 않나요?

식물-곰팡이 병원균 상호작용에서의 신호전달

곰팡이의 새로운 연구 과제를 만든 기후변화

(a) 병원체-숙주-환경의 상호작용을 보여주는 질병 삼각형 (b) 기후변화에 따른 G. clavigera와 매개체인 소나무 딱정벌레(MPB) 및 숙주 나무(로지풀 소나무) 간의 상호작용 (Ⅰ) 가뭄을 일으키는 기후변화로 나무가 스트레스를 받는다. (Ⅱ) MPB는 범위 확장과 대규모 공격 중 감염된 침엽수 속에 화랑을 건설한다. 청색 얼룩 균류(Grosmannia clavigera) 배양체는 감염된 침엽수에서 분리되었다. (Ⅲ) 많은 로지폴 소나무는 캐나다에서 전염병으로 죽었다.

한편 기후변화는 새로운 곰팡이 질병과 기존 병원균의 출현을 유발했습니다. 기후변화는 절지동물의 분포와 풍토를 변화시켜 질병의 빈도를 증가시킵니다. 실례로 장기간의 가뭄과 더운 여름이 지속됐던 1990년대 후반 캐나다와 미국 북서부에 소나무 딱정벌레가 대거 출현했습니다. 딱정벌레의 발발은 캐나다 서부 침엽수림을 1,800만 헥타르(ha) 이상 파괴했습니다. 딱정벌레는 대규모로 나무를 공격할 뿐 아니라, 청색 얼룩 균류와 공생관계를 형성하며 나무를 감염시켰고 심지어 죽음에 이르게 했죠. 가설에 따르면 공생 균류는 새로운 환경에 적응하는 능력이 더 강한 것으로 추정되고 있습니다.

▲곰팡이

▲곰팡이

이처럼 기후변화는 미생물을 통해 식물의 파괴를 유발할 수 있습니다. 식물과 곰팡이의 상호작용은 생각보다 훨씬 더 복잡해서 쉽지만은 않을 전망입니다. 곰팡이만 고민하는 것이 아니라, 식물 관련 전체 미생물과의 관계를 고려해야 하기 때문이죠. 곰팡이는 식물의 발달과 건강에 큰 영향을 미치기 때문에, 곰팡이가 식물과 동화되기 위해 그들의 삶의 방식을 어떻게 변경하는지, 내생균근류가 어떻게 기생성으로 적응해 가는지 등의 다양한 연구가 앞으로의 숙제입니다.

  • 이전 컨텐츠로 이동
  • 다음 컨텐츠로 이동