Globisporangium concavum sp. nov. and three oomycete species causing rhizome rot of lotus (Nelumbo nucifera) in Japan
본 연구는 일본의 연꽃(*Nelumbo nucifera*) 근경 부패를 일으키는 난균류 병원균으로서 신종 *Globisporangium concavum*과 함께 *G. oryzicola*, *Phytopythium helicoides*, 그리고 *Pythium dissotocum*을 최초로 규명하였음을 보고한다.
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일본의 조용하고 축축한 논 구석에서 연꽃이라 불리는 다년생 수생 식물이 번성하며, 그 두껍고 식용 가능한 뿌리는 식재료로 수확된다. 이 뿌리는 연근(rhizomes)이라 불리며 슈퍼마켓에서 흔히 판매되는데, 아삭한 질감을 유지하기 위해 주로 신선한 상태로 서늘한 조건에서 보관된다. 그러나 많은 수확 작물과 마찬가지로, 연근 역시 눈에 보이지 않는 침입자들에게 취약하다. 이들 중 가장 흔한 것들은 수분사상균(water molds)으로, 곰팡이처럼 보이고 행동하지만 별개의 생물학적 분류에 속하는 생물 집단이다. 진정한 균류는 세포벽이 키틴으로 구성되어 있는 반면, 수분사상균은 식물 세포벽에서 발견되는 것과 동일한 단단한 물질인 셀룰로오스로 세포벽을 구축한다. 이 미생물들은 작물의 부패를 일으키는 것으로 악명이 높으며, 특히 습한 환경에서 그러한데, 식물이 땅에서 캐내어져 저장 중일 때도 공격할 수 있다. 특정 작물을 공격하는 종이 정확히 무엇인지 이해하는 것은 농부와 식품 생산자들에게 매우 중요한데, 종마다 손실을 방도하기 위한 관리 전략이 다를 수 있기 때문이다.
기후 대학(Gifu University)의 연구진은 최근 냉장 저장 중에 부패하기 시작한 연근에 주목했다. 2014년에서 2017년 사이, 연구진은 뿌리에 검고 부드러운 부패와 함께 흰색의 솜털 같은 성장이 나타난 슈퍼마켓들로부터 샘플을 수집했다. 이 부패를 일으키는 생물들을 주의 깊게 분리함으로써, 연구팀은 다섯 가지 뚜렷한 수분사상균 균주를 식별해냈다. 다섯 가지 균주 모두 건강한 연 조직에 도입되었을 때 질병을 일으킬 수 있음이 증명되었으나, 이는 절단이나 구멍과 같이 조직에 상처가 난 경우에만 해당되었다. 이 발견은 특정한 취약성을 강조하는데, 병원균은 연근의 온전한 피부를 쉽게 뚫지 못하지만 수확 및 취급 과정에서 흔히 발생하는 상처가 생기면 번성한다는 것이다.
조사 결과, 알려진 범인과 알려지지 않은 범인이 섞여 있음이 드러났다. 분리된 균주 중 세 가지는 이미 과학계에 알려진 종으로 확인되었다. 하나는 이전에 벼 묘목을 감염시키는 것으로 알려진 Globisporangium oryzicola였고, 두 개는 일본과 중국의 연 부패와 연관된 것으로 알려진 Phytopythium helicoides였으며, 하나는 흔한 토양 서식 병원균인 Pythium dissotocum였다. 연근에서 이 세 종이 발견된 것은 이 질병이 유사한 습한 환경에서 재배되는 서로 다른 작물 사이를 넘나들 수 있는 다양한 생물 집단에 의해 발생함을 확인시켜 준다. 그러나 가장 중요한 발견은 알려진 어떤 종과도 일치하지 않는 네 번째 균주였다. 'GK16Ren2'로 명명된 이 유기체는 새로운 수분사상균 종이었으며, 연구진은 이를 Globisporangium concavum이라고 이름 붙였다.
이 새로운 유기체가 정말로 독특한 것인지 확인하기 위해, 과학자들은 미세한 특징들을 조사하고 유전 코드를 친척 종들과 비교했다. 현미경 아래에서, 이 신종은 생식 세포인 담낭포자(oospores)를 담고 있는 구형 구조를 생성했다. 이를 차별화하는 특징은 이 구조를 둘러싼 벽의 형태였다. 대부분의 관련 종은 매끄러운 벽을 가진 반면, Globisporangium concavum의 벽은 눈에 띄게 오목하거나 움푹 들어가 있어 속이 빈 듯한 외형을 띠었다. 또한, 이 신종은 실 모양의 몸체를 따라 풍만한 레몬 모양의 돌기를 많이 생성했는데, 이는 가장 가까운 친척 종에서 드문 특징이었다. DNA에 대한 유전적 분석 또한 이 종이 수분사상균의 가계도에서 다른 모든 알려진 종들과 분리된 독특한 가지를 차지하고 있음을 확인해주었다.
연구진은 또한 저장 중의 행동을 이해하기 위해 이 유기체들이 서로 다른 온도에서 얼마나 잘 자라는지 테스트했다. 신종인 Globisporangium concavum은 친척 종인 Globisporangium oryzicola의 최저 온도보다 더 낮은 섭씨 3도의 온도에서도 성장할 수 있었다. 이 저온 성장 능력은 왜 냉장 저장 중에 부패가 나타나는지를 설명해주는데, 보통 연근을 보존하기 위해 온도를 낮게 유지하기 때문이다. 실제로, 이 질병은 상온보다 이러한 저온에서 더 심각하게 나타났으며, 이는 연근을 신선하게 유지하기 위한 목적인 냉장 저장이 의도치 않게 특정 병원균의 성장을 돕고 있음을 시사한다.
본 연구는 Globisporangium oryzicola, Globisporangium concavum, 그리고 Pythium dissotocum이 연근 부패의 원인임을 확인한 첫 번째 보고이다. 신종인 Globisporangium concavum의 식별은 수확 후 연근에 영향을 미치는 질병의 퍼즐에 중요한 조각을 추가한다. 상처가 필요하다는 점과 저온에서 성장할 수 있다는 점과 같은 이들의 구체적인 특성을 파악함으로써, 이 연구 결과는 연근 생산이 직면한 생물학적 과제에 대한 더 명확한 그림을 제공한다. 이 작업은 통제된 저장 환경에서도 다양한 미생물 군집이 식량 안보를 위협할 수 있음을 강조하며, 신종의 발견이 식물 건강 연구에서 지속적인 과정임을 보여준다.
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