From teosinte to modern maize: domestication and crop improvement reshape the endophytic microbiome

모든 식물은 그 조직 안에 숨겨진 세계, 즉 뿌리와 잎 속에 살아가는 박테리아와 균류의 북적이는 공동체를 품고 있습니다. 이 미세한 이웃들은 단순한 승객이 아닙니다. 이들은 식물이 영양분을 모으고, 스트레스를 견디며, 질병으로부터 방어하는 것을 돕는 필수적인 파트너입니다. 수 세기 동안 인류는 더 큰 씨앗이나 더 높은 수확량과 같은 형질을 위해 식물을 선택하며 작물의 진화를 형성해 왔습니다. 가축화라고 알려진 이 과정은 야생의 조상을 오늘날 우리가 먹는 현대의 품종으로 변화시켰습니다. 하지만 식물의 유전자가 변함에 따라, 한 가지 중요한 질문이 남았습니다. 그들 내부에 살고 있는 미생물 공동체에는 어떤 일이 일发生했을까요? 더 나은 옥수수를 육종한 것과 동일한 힘이 옥수수의 생존을 돕는 미생물 파트너들도 변화시켰을까요? 현대 농업이 의도치 않게 작물로부터 유익한 미생물을 박탈했다면, 우리는 더 회복력 있고 지속 가능한 농업을 구축하기 위한 핵심 도구를 놓치고 있는 것일지도 모르기에 이 관계를 이해하는 것은 매우 중요합니다.

연구팀은 야생 조상부터 오늘날 들판에서 발견되는 고수율 하이브리드에 이르기까지, 옥수수의 내부 미생물 생태를 비교함으로써 이 보이지 않는 역사를 추적하고자 했습니다. 그들은 테오신테(teosinte)라고 알려진 야생 풀, 농부들이 수 세대 동안 재배해 온 전통 품종, 그리고 과학적으로 육종된 현대적 계통을 포함하여 옥수수의 진화 전 과정을 대표하는 씨앗들을 수집했습니다. 공정한 비교를 위해, 연구진은 이 모든 서로 다른 유형의 식물을 동일한 토양과 관리 조건 하에 같은 온실에서 재배하여, 내부 미생물의 차이가 환경이 아닌 식물 자체의 유전자에 기인하도록 했습니다. 그들은 각 식물의 잎과 뿌리를 정밀하게 채취하였고, 식물 내부에서 살아가는 미생물만을 연구할 수 있도록 표면을 멸균한 뒤, 박테리아와 균류 공동체의 DNA를 시퀀싱하여 누가 존재하는지, 그리고 얼마나 다양한지를 확인했습니다.

결과는 옥수수가 야생에서 현대의 들판으로 이동함에 따라 나타나는 명확한 손실과 변화의 패턴을 보여주었습니다. 야생의 테오신테와 전통적인 재래종은 특히 균류를 중심으로 가장 풍부하고 다양한 미생물 공동체를 보유하고 있었습니다. 반면, 개선된 현대적 옥수수 계통은 조직 내부에 훨씬 적은 종류의 미생물을 품고 있었습니다. 흥ari하게도, 전통 재래종과 현대 계통을 교배하여 만든 하이브리드는 균류 다양성에서 놀라운 증가를 보였는데, 이는 유전적 배경을 섞는 것이 수 세기의 육종 과정 동안 상실된 미생물의 풍요로움을 복원하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다. 연구진은 식물 내의 위치가 가장 중요하다는 것을 발견했습니다. 뿌리에 사는 공동체는 잎에 사는 공동체와 근본적으로 달랐으며, 식물의 유형과 상관없이 별개의 그룹을 형성했습니다. 그러나 이러한 특정 위치 내에서도 옥수수의 종류가 중요했습니다. 야생 식물은 영양분 순환과 성장을 돕는 것으로 알려진 박테리아와 균류의 서식지였던 반면, 현대 품종은 관리되는 농경지에서 흔히 발견되는 다른 그룹의 미로들로 채워져 있었습니다.

이러한 변화는 단순히 누가 존재하는가의 문제가 아니라, 그 공동체가 무엇을 할 수 있는지에 대한 기능적 변화였습니다. 야생 옥수수 내부의 미생물은 식물이 환경과 상호작용하고 자연스럽게 스트레스를 관리하도록 돕는 화합물을 생성하는 데 더 능숙한 것으로 보였습니다. 그러나 현대 옥수수의 미생물은 병원성이 있거나 교란된 환경에서 번성하는 생물들의 존재가 더 높은, 인간이 관리하는 세상에서 살아남는 데 최적화된 기능적 프로필을 보여주었습니다. 이 연구는 식물 조직의 물리적 위치가 이러한 공동체를 형성하는 가장 강력한 힘이지만, 야생 풀인지 현대적 하이브리드인지와 같은 식물 자체의 역사가 그 내부 생태계의 다양성과 기능을 조용히 재편해 왔음을 시사합니다. 이러한 발견은 야생 친척종과 전통 품종이 미생물 다양성의 귀중한 저장고임을 보여주며, 작물과 그들의 미세한 동맹 사이의 유익한 파트너십을 복원하고자 하는 육종가들에게 잠재적인 길을 제시합니다.