한국은 1990년대 이후 식생활이 서구화되면서 쌀 소비량이 급격히 감소하고 있다. 농학 측면에서 보면 쌀은 밀, 옥수수, 보리, 콩과 함께 5대 핵심 곡물이며, 사료 및 에너지 곡물에 포함되는 옥수수, 보리, 대두를 제외한 식량곡물로 밀과 쌀로 분류된다. 이 때문에 식량 주권 확보 차원에서 쌀 자급력을 오히려 높여야 한다는 목소리가 나온다. 그렇지만, 온난화로 인한 기후변화로 추위와 더위가 번갈아 가며 발생하는 만큼, 벼의 기후 내성 확보가 필요하다.

이런 상황에서 중국 과학원 식물학연구소 식물 분자 생리학 연구실, 시스템·진화 식물학 연구실, 중국과학원대, 중국 농업대 국립식물유전자연구센터, 국립 쌀연구소 공동 연구팀은 쌀의 냉해 내성에 도움을 주는 ‘COLD6’ 유전자를 찾았으며, 이를 활용해 분자 설계를 한다면 냉해 저항성을 가진 쌀 품종 육성이 가능할 것이라고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명 과학 분야 국제 학술지 ‘분자 세포’(Molecular Cell) 10월 31일 자에 실렸다.

냉해 피해는 쌀 생산량 확보에 있어서 주요 도전 과제다. 기후 변화로 인해 이미 1500만 ㏊ 이상의 쌀 재배 면적이 냉해 영향을 받고 있으며, 저온 피해는 24개국에서 수시로 발생하는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 많은 농학자는 분자 설계를 통해 냉해 내성이 향상된 쌀 품종을 개발하는 연구를 하고 있다. 쌀 내부에 있는 온도 감지 복합체가 칼슘이온(Ca2+) 신호 전달을 유도해 세포의 냉해 내성을 부여하는 것은 알려졌지만, 실제로 구현하는 방법은 찾지 못했다.

연구팀은 쌀 세포에서 ‘냉해 내성 다양성 6’(COLD6)과 ‘오스모틴 유사 단백질’(OSM1)로 구성된 냉해 인지 복합체를 분리해 내는 데 성공했다. 쌀의 냉해 인지 센서가 세포에서 온도 인식을 유도하기 위해 칼슘이온과 결합하는 것으로 알려져 왔지만, 이번 연구에서 세포막에 있는 COLD6-OSM1 결합체가 칼슘신호 전달을 넘어 신호 분자인 ‘2’,3‘-cAMP’ 생성을 유도해 저온에 대한 방어 반응을 시작한다는 것을 발견했다. 정상 조건에서는 COLD6가 세포막에서 ‘쌀 G단백질 α 서브유닛’(RGA1)과 상호작용하지만, 냉해 조건에서는 OSM1이 COLD6에 물리적으로 결합해 RGA1을 배제한다. 이 과정은 OSM1의 증가와 함께 2’,3‘-cAMP 수준을 높여 쌀의 냉해 내성을 높인다. 이런 신호 전달 메커니즘은 다른 작물에도 적용돼 냉해 내성을 높일 수 있을 것으로 연구팀은 전망했다. 연구팀에 따르면 COLD6의 대립 유전자 변이가 성장 온도에 대한 지리적 적응에 중요한 역할을 한다. 실제로 재배 지역별 쌀의 분자적 증거와 일치하고, 상당수 재배된 대립 유전자는 남아시아와 동남아시아의 야생 쌀에서 유래된 것으로 분석됐다.

연구를 이끈 강종 식물학연구소 교수(식물 분자생리학)는 “이번 연구로 냉해 저항성 쌀 품종 육종을 위한 분자 설계가 가능해졌다”라며 “냉해 저항성 쌀 품종이 개발된다면 냉해에도 수확량을 안정화할 수 있어 식량 위기에 효과적으로 대처할 수 있을 것”이라고 말했다.