Short Communication: Genomic Screening of 341 Macrophomina phaseolina Genomes Reveals Near-Universal Conservation of CYP51A and SDHB Fungicide Target-Site Hotspots
341개의 *Macrophomina phaseolina* 분리주에 대한 유전체 스크리닝 결과, 현재 CYP51A 및 SDHB 살균제 표적 유전자의 저항성 관련 돌연변이가 드물거나 존재하지 않는 것으로 나타났으며, 이는 향후 저항성 감시를 위한 기준선을 확립한다.
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우리 발밑의 숨겨진 세계에서, 미세한 곰팡이들은 죽은 물질을 분해하거나 살아있는 식물을 침입하며 정원사이자 파괴자로서 역할을 수행합니다. 이 보이지 않는 유기체들 중에는 탄소 갈색병(charcoal rot)이라 알려진 파괴적인 질병을 일으키는 토양 서식 곰팡이인 마크로포미나 파세올리나(Macrophomina phaseolina)가 있습니다. 이 병원균은 방글라데시의 중요한 섬유 작물인 황마를 포함하여 수백 종의 식물의 뿌리와 줄기를 공격하며, 감염 시 상당한 수확량 손실을 초래합니다. 수확물을 보호하기 위해 농부들은 살균제라고 불리는 화학 물질을 사용합니다. 이 화학 물질들은 곰팡이 세포 내부의 특정 자물쇠를 막도록 설계된 정밀한 열쇠처럼 작동합니다. 아졸(azoles)과 숙신산 탈수소효소 억제제(succinate dehydrogenase inhibitors)로 알려진 두 가지 흔한 유형의 살균제는 곰팡이 내의 특정 단백질을 표적으로 삼습니다. 하나는 곰팡이가 세포벽을 만드는 데 도움을 주는 단백질이고, 다른 하나는 에너지를 생성하는 데 도움을 주는 단백질입니다. 만약 곰팡이가 이 표적 단백질의 형태를 아주 미세하게라도 바꿀 수 있다면, 화학적 열쇠는 더 이상 맞지 않게 되고 약물은 효과를 멈춥니다. 이러한 변화 능력은 저항성이라 불리며, 전 세계 농업에 대한 커지는 위협입니다.
오랫동안 과학자들은 이 곰팡이가 이미 야생에서 이러한 변화를 진화시켜, 우리가 깨닫기도 전에 현재의 도구들을 무용지물로 만들고 있는 것은 아닌지 우려해 왔습니다. 이를 알아내기 위해, 방글라데시의 한 연구팀은 곰팡이의 유전적 청사진을 직접 들여다보기로 결정했습니다. 연구진은 전 세계에 존재하는 다양한 범위의 곰팡이를 나타내는 341개의 서로 다른 게놈 서열을 공공 데이터베이스에서 수집했습니다. 게놈은 본질적으로 화학적 문자로 쓰인 생명체의 완전한 설명서와 같습니다. 연구진은 세포벽 단백질에 대한 지침의 세 가지 특정 지점과 에너지 단백질에 대한 세 가지 특정 지점에 집중하여 탐색을 진행했습니다. 이 지점들은 다른 종류의 곰팡이에서 미세한 변화가 저항성을 발달시키는 가장 흔한 방식이기 때문에 "핫스팟(hotspots)"으로 알려져 있습니다. 연구팀은 컴퓨터 프로그램을 사용하여 341개의 곰팡이 샘플에 담긴 지침을 잘 연구된 다른 곰팡이에서 발견되는 민감한 버전과 비교했습니다.
이 거대한 디지털 탐색의 결과는 놀라울 정도로 안심할 만했습니다. 조사된 341개의 곰팡이 게놈 중 339개가 세포벽 단백질 지점에서 원래의 변하지 않은 지침을 보유하고 있었습니다. 이는 곰팡이 개체군의 99.4%가 여전히 살균제가 공격하도록 설계된 버전의 단백질을 가지고 있음을 의미합니다. 나머지 두 샘플은 두 지점에서 약간의 차이를 보였으나, 세 번째 지점에서는 아무런 변화도 발견되지 않았습니다. 연구진이 에너지 단백질 지침을 살펴보았을 때, 소식은 더욱 명확했습니다. 341개의 샘플 모두가 중요한 지점에서 어떤 변화도 없이 원래의 민감한 버전을 보유하고 있었습니다. 즉, 이 약물들에 대한 완전한 효능 상실을 알리는 특정한 유전적 돌연변이는 이 곰팡이의 전 세계적 개체군에서 극히 드물거나 완전히 부재했습니다.
이 발견은 곰팡이가 흔한 살균제를 무력화할 수 있는 특정한 유전적 갑옷을 아직 개발하지 못했음을 시사합니다. 연구진은 이러한 유전적 모습이 실제 테스트에서도 관찰되었던 것과 일치한다고 언급했는데, 실제 테스트에서 곰팡이는 화학 물질에 대해 어느 정도의 내성은 보였으나 완전한 면역력을 갖지는 않았습니다. 그러나 연구팀은 이것이 유전 코드를 기반으로 한 예측일 뿐, 곰팡이가 다른 알려지지 않은 방법으로 약물에 저항할 수 없다는 최종적인 증명은 아니라고 조심스럽게 설명했습니다. 또한 그들은 특정 곰팡이에 대한 지침이 완전히 지도화되지 않았을 때 사용하는 표준 관행에 따라, 자신들이 사용한 참조 유전 지침이 다른 종의 곰팡이로부터 온 것이라고 지적했습니다. 이러한 한계에도 불구하고, 이 연구는 미래를 위한 명확하고 저비용의 기준점을 제공합니다. 이러한 위험한 돌연변이가 현재 결여되어 있다는 것을 확립함으로써, 방글라데시와 같은 지역의 과학자와 농부들은 이제 참조점을 갖게 되었습니다. 만약 저항성이 나타나기 시작한다면, 이 특정 유전적 지점이 변했는지 확인하는 것만으로도 조기에 감지할 수 있으며, 이를 통해 문제가 통제 불가능해지기 전에 작물을 더 잘 관리할 수 있게 될 것입니다.
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