Bioprospecting and characterization of Trichoderma and Bacillus species as biocontrol agents against Macrophomina phaseolina in maize

토양 아래 숨겨진 세계에서는 매일 생존을 위한 소리 없는 투쟁이 벌어지고 있습니다. 식물은 번성하기 위해 미생물로 이루어진 복잡한 동맹과 적들의 네트워크에 의존합니다. 이 미생물 중 일부는 뿌리를 질병으로부터 보호하거나 영양분 흡수를 도와 유익하지만, 다른 것들은 전체 작물을 전멸시킬 수 있는 파괴적인 병원균입니다. 이러한 파괴적인 힘 중 하나는 흙 속에 살며 옥수수의 뿌리를 공격하여 숯갈색 부패병(charcoal rot)이라는 질병을 일으키는 곰팡이입니다. 이 곰팡이는 토양 속에서 수년간 생존할 수 있게 해주는 작고 내구성이 강한 생존 구조를 생성하기 때문에 관리가 특히 어려우며, 현재 이를 확실히 막을 수 있는 강력한 화학적 처리법이나 저항성 식물 품종은 없습니다. 이 곰팡이가 자리를 잡으면 식물의 수분과 영양분을 빼앗아 식량 생산에 상당한 손실을 초래합니다. 화학 물질에 의존하지 않고 이 곰팡이를 막을 방법을 찾는 것은 농부와 과학자 모두에게 매우 중요한 목표입니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 자연의 자체 방어 체계에 주목하여, 곰팡이와 대등하게 맞서 싸울 수 있는 미생물을 찾기 시작했습니다. 그들은 먼저 환경으로부터 59종의 다양한 박테리아 및 곰팡이 샘플을 수집했습니다. 이 샘플들은 실험실에서 엄격한 스크리닝 과정을 거쳐 어떤 것들이 숯갈색 부패병 곰팡이의 성장을 효과적으로 억제할 수 있는지 확인되었습니다. 과학자들은 특정 형질, 즉 곰팡이를 직접 공격하는 능력, 성장을 억제하는 화학 신호를 방출하는 능력, 그리고 옥수수 식물의 성장을 돕는 잠재력을 찾고 있었습니다. 이 초기 그룹 중에서 가장 유망한 네 가지 후보가 나타났는데, 바로 *트리코데르마(Trichoderma)*라고 불리는 유익한 곰팡이 두 종류와 *바실러스(Bacillus)*라고 불리는 유익한 박테리아 두 종류였습니다.

연구진은 이 네 가지 후보가 숯갈색 부패병 곰팡이에 어떻게 작용하는지 정밀하게 조사했습니다. 그들은 두 종류의 트리코데르마 종이 공격적인 경쟁자처럼 행동한다는 것을 발견했습니다. 이들은 물리적으로 해로운 곰팡이를 감싸 안고, 그것을 잡아먹으며 가용한 공간과 영양분을 모두 차지함으로써 침입자가 생존할 수 없게 만들었습니다. 또한 이들은 국소적으로 머무르는 화합물과 공기 중을 떠다니는 화합물 모두를 방출하여 곰팡이를 더욱 억제했습니다. 바실러스 박테리아는 약간 다른 접근 방식을 취했는데, 병원균의 성장을 억제하기 위해 공기와 토양을 통해 이동하는 강력한 화학 화합물을 방출하는 데 크게 의존했습니다. 모든 경우에 있어, 이 유익한 유기체들은 통제된 테스트에서 숯갈색 부패병 곰팡이의 확산을 현저히 늦추거나 멈출 수 있었습니다.

단순히 적과 싸우는 것을 넘어, 연구는 이 유익한 유기체들이 옥수수 식물 자체에 어떤 영향을 미치는지도 살펴보았습니다. 연구진이 건강한 옥수수 묘목에 이 네 가지 후보를 적용했을 때, 성장이 눈에 띄게 촉진되는 것을 관찰했습니다. 네 가지 유기체 모두 식물이 식물을 고정하고 물을 모으는 데 필수적인 더 큰 뿌리 체계를 발달시키도록 도왔습니다. 후보 중 두 가지, 즉 트리코데르마 그룹 중 하나와 바실러스 그룹 중 하나는 또한 식물이 지상부에서 더 높고 튼튼하게 자라도록 도왔습니다. 이는 이 유기체들이 단순히 식물을 보호하는 것을 넘어, 식물이 더 강하고 활기차게 자라도록 능동적으로 돕는다는 것을 시사합니다.

마지막 퍼즐 조각은 이 유기체들이 식물이 내부로부터 스스로를 방어하도록 어떻게 돕는지 이해하는 것이었습니다. 연구진은 식물 세포 내에서 면역 체계의 일부로 작용하는 특정 효소의 활성도를 측정했습니다. 그들은 유익한 유기체로 식물을 처리하는 것이 생화학적 반응을 유발한다는 것을 발견했습니다. 일부 처리는 세포를 스트레스로부터 보호하는 효소의 활성을 높였고, 다른 처리는 식물이 천연 방어 화합물을 생산하도록 돕는 효소를 증폭시켰습니다. 이는 유익한 유기체들이 단순히 방패 역할만 하는 것이 아니라, 식물이 스스로 질병과 싸울 수 있도록 더 경계하고 준비할 수 있게 가르친다는 것을 나타냅니다.

연구는 이 네 가지 특정 유기체의 성공이 결합된 전략에 있다고 결론짓습니다. 이들은 해로운 곰팡이를 직접 공격하고, 식물이 더 크고 건강하게 자라도록 도우며, 식물의 내부 방어 기제를 강화함으로써 작동합니다. 이러한 다층적인 접근 방식은 숯갈색 부패병을 관리하기 위한 유망한 길을 제시하며, 화학적 처리에 대한 자연적인 대안을 제공합니다. 비록 이 연구가 통제된 환경에서 수행되었지만, 연구 결과는 이 특정 트리코데르마 및 바실러스 균주들이 작물을 보호하는 데 중요한 역할을 할 수 있으며, 토양 자체를 질병의 근원이 아닌 보호의 원천으로 바꿀 수 있음을 시사합니다.