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식물을 죽이는 작은 힘, 곰팡이의 감염전략
20세기 초, 미국 동부 전역에는 광활한 밤나무 숲이 펼쳐져 있었다. 비단 면적만 넓을 뿐 아니라, 나무들은 사람이 들어갈 수 있을 만큼 거대했고 높이는 수십 미터에 달했다. 그런데 이 거대했던 밤나무 숲은 불과 50년 만에 사라져 버리고 말았다. 그 원인은 동아시아에서 수입된 밤나무 목재에서 퍼진 밤나무 역병이었다. 역병은 40억 그루에 달하는 밤나무를 고사시켜 멸종 직전까지 몰아넣었다. 한때 미국 밤나무는 생태계의 주역이었다. 그러나 아직까지 남은 여파로 인해 묘목 상태로만 근근히 살아가고 있으며, 성체까지 성장한 나무는 주 단위에서도 한 그루조차 발견하기 어려울 정도이다. 이 거대한 나무들을 몰살시킨 밤나무 역병균Cryphonectria parasitica은 겨우 수 마이크로미터 크기의 작은 곰팡이(균류)이다. 곰팡이는 이처럼 자신보다 수만배 거대한 생명체를 가볍게 압도할 수 있다. -주요 식물병원체 유형 좌상단으로부터 시계방향으로 세균, 바이러스, 선충, 균류 인간 병원체는 박테리아와 바이러스가 주가 된다. 그에 따라 총 병원체 연구비용 중 세균과 바이러스가 90%가량을 차지한다. 그러나 균류는 인간에 심각한 질병을 일으키는 경우가 드물어 고작 3%가량이 투자된다[1]. 반면 식물병원체 중에서는 균류가 압도적인 비율을 차지한다. 약 60-70%의 식물병이 균류에 의해 발병하며, 연구 규모도 가장 크다. -벼 도열병균의 감염 주기 균류는 여러 세포가 실 형태로 붙어 자라는 균사hyphae의 모습으로 생장한다. 그리고 일종의 씨앗이라고 볼 수 있는 포자Conidia를 만들어 번식한다. 포자는 바람이나 물을 타고 이동할 수 있다. 그러다 적절한 환경에서 숙주 식물의 표면에 도달하면, 포자는 휴면 상태에서 깨어나 발아관germ tube을 형성한다. 그리고 그 끝에 부착기appressorium라는 기관을 만들어 식물 표면에 단단히 부착한다. 식물의 표면은 단단한 큐티클층으로 보호되어 있다. 하지만 병원균은 부착기 내부에 쌓인 고농도 삼투물질을 이용해 팽압을 일으켜 표피층을 물리적으로 뜯어낼 수 있다. -감염을 시도하는 벼 도열병균. 중앙의 포자로부터 발아관을 따라 우측에 부착기가 형성됨 이 때의 팽압은 균 종에 따라 최대 80기압까지 올라갈 수 있는데, 이는 해저 800m의 수압과 맞먹는다. 이러한 과정을 거친 이후로, 병원균들은 이어지는 영양 획득 방식의 차이에 따라 세 부류로 나뉜다[2]. 우선 사물영양균 Necrotroph가 있다. 사물영양균은 감염시 독소를 분비해 식물세포를 죽여 분해한다. 그리고 그 잔해로부터 영양분을 흡수한다. -잿빛곰팡이에 감염된 포도 열매 대표적인 병원균으로는 잿빛곰팡이Botrytis cinerea가 있다. 이 병원균은 매우 넓은 숙주 범위를 가지고 있어 500종 이상의 식물을 감염시킬 수 있으며 연간 100억 달러 이상의 작물 손실을 초래한다. 다음으로는 활물영양균biotroph가 있다. 활물영양균은 살아있는 숙주 내에서만 생존이 가능하기에 숙주를 죽이지 않는다는 특징을 가진다. 이들은 흡기haustorium라는 기관을 만들어 빨대처럼 숙주의 영양분을 빨아먹어 수확물의 질을 저하시킨다. -흰가루병이 퍼진 밀 잎 여기엔 밀 흰가루병Blumeria graminis이 속한다. 이 병원균은 밀 수확량의 40%를 감소시킬 수 있는 치명적인 질병이다. 그리고 두 방식이 혼합된 반활물영양균Hemibiotroph이 있다. 이들은 감염 초기에는 활물영균처럼 영양분만 빨아먹지만 감염 후기에 들어서면 세포를 죽여 용해해 양분을 흡수한다. 여기에는 위에서 언급한 벼 도열병균Magnaporthe oryzae이 있다. 이 병원균은 주식 작물인 벼를 공격하며 최대 30%의 손실을 일으킬 수 있어 전 세계에서 가장 위험한 식물병원균으로 선정되었다[3]. -녹병에 감염된 밀(상)과 로비갈리아가 언급된 로마시대 석판 고대 로마에서는 밀 녹병을 의인화한 로비구스라는 신을 숭배했다. 그를 숭배하는 로비갈리아 축제에서는 감사나 경외를 표하는 것 보다, 두려운 존재를 달래기 위한 모습이 역력했다. 축제의 재물로는 녹병의 붉은 병징과 연관지어. 적갈색 털을 가진 갓 태어난 강아지의 피와 내장이 사용되었다. 고대인들에게 식물병이란 신으로 여겨질 정도로 공포의 존재였던 것이다. -흰곰팡이병이 퍼진 콩 재배지 현대에도 식물병원균애 의한 수확량 손실은 연간 40%에 달한다. 그리고 단 5종의 식물병원균만으로도 6억 명 분의 식량이 사라질 수 있다[4]. 과학이 발달한 현대에는 더 이상 질병이 신으로 여겨지 않지만, 그 피해를 극복하는 것은 2천여 년이 지난 지금도 해결하지 못한 과제이다. *정확한 정보는 참고문헌 참조 1.IHME Pathogen Core Group (2024). Global burden associated with 85 pathogens in 2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. The Lancet. Infectious diseases, 24(8), 868–895. 2.Laevens, G. C. S., Dolson, W. C., Drapeau, M. M., Telhig, S., Ruffell, S. E., Rose, D. M., Glick, B. R., & Stegelmeier, A. A. (2024). The Good, the Bad, and the Fungus: Insights into the Relationship Between Plants, Fungi, and Oomycetes in Hydroponics. Biology, 13(12), 1014. 3.Dean, R., Van Kan, J. A., Pretorius, Z. A., Hammond-Kosack, K. E., Di Pietro, A., Spanu, P. D., Rudd, J. J., Dickman, M., Kahmann, R., Ellis, J., & Foster, G. D. (2012). The Top 10 fungal pathogens in molecular plant pathology. Molecular plant pathology, 13(4), 414–430. 4.Hane, J. K., Paxman, J., Jones, D. A. B., Oliver, R. P., & de Wit, P. (2020). "CATAStrophy," a Genome-Informed Trophic Classification of Filamentous Plant Pathogens - How Many Different Types of Filamentous Plant Pathogens Are There?. Frontiers in microbiology, 10, 3088.
작성자 : ㅇㅇ고정닉
