A novel barley leaf rust resistance locus, distinct from Rph5 and Rph7, identified on barley chromosome 3HS

보리는 수백만 명을 먹여 살리는 주요 작물이지만, 그 수확은 흔한 적인 잎녹병(leaf rust)의 끊임없는 공격을 받고 있습니다. 이 질병은 미세한 곰팡이에 의해 발생하며, 식물의 잎을 공격하여 영양분과 수분을 빼앗음으로써 곡물의 생산량과 품질 모두에 상당한 손실을 초0입힙니다. 농부들에게 이 위협은 실질적이고 지속적입니다. 이에 맞서 싸우기 위해 과학자들은 식물 자체의 방어 기제에 주목합니다. 시간이 흐르면서 육종가들은 곰팡이가 자리를 잡기 전에 차단하는 방패 역할을 하는 보리 내부의 특정 유전자들을 찾아냈습니다. 그러나 곰팡이는 영리하고 빠르게 진화하여, 기존의 이러한 방패들을 종종 우회하곤 합니다. 이는 새롭고 독특한 저항성원을 찾는 것이 필수적임을 의미합니다. 이는 단순히 방패를 갖는 것의 문제가 아니라, 곰팡이가 아직 깨뜨리는 법을 배우지 못한 다른 종류의 방패를 갖는 것에 관한 문제입니다. 이러한 유전적 방어 체계를 다양화하는 것은 화학 제제에 크게 의존하지 않고도 보리 밭의 생산성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

최근 한 연구에서 연구진은 작물의 다양성이 풍부한 지역으로 알려진 중동에서 수집된 여섯 가지 서로 다른 보리 품종에 주목했습니다. 그들은 이 특정 식물들이 잎녹병 곰팡이에 대항할 새로운 비밀을 간직하고 있는지 확인하고자 했습니다. 식물을 테스트했을 때, 연구진은 여섯 가지 품종 모두가 모든 성장 단계에서 질병에 저항할 수 있다는 것을 발견했는데, 이는 '전 단계 저항성(all-stage resistance)'이라고 알려진 특성입니다. 이는 유망한 시작이었으나, 연구진은 그 이면에 있는 유전적 메커니즘을 이해해야 했습니다. 이 저기항성 식물들을 감수성(susceptible) 식물과 교배하고 그 자손을 연구함으로써, 저항성이 두 가지 다른 방식으로 작동한다는 것을 발견했습니다. 네 가지 품종의 경우, 보호는 두 개의 서로 다른 유전자가 함께 작용하여 나타났습니다. 나머지 두 가지 품종에서는 단일 유전자가 방어를 담당했습니다.

연구팀은 이 두 가지 품종에 집중하여 이 보호 유전자들이 보리의 유전 지도상 정확히 어디에 위치하는지 파악했습니다. AGG-137으로 알려진 품종의 경우, 연구진은 저항성 위치를 염색체 3HS 상의 특정 구간으로 좁혔습니다. 보리 게놈의 상세한 참조 지도를 사용하여, 그들은 저항성 유전자가 3.62에서 9.83 백만 염기쌍에 걸친 영역에 위치함을 확인했습니다. 연구진이 임시로 RphAGG-137이라 명명한 이 유전자는 새로운 것으로 밝혀졌습니다. 연구진은 이를 동일한 염색체에 존재하는 알려진 저항성 유전자인 Rph5 및 Rph7과 비교했습니다. 분석 결과, 이 새로운 유전자는 이 두 유전자와는 별개의 것임이 확인되었습니다. 흥로하게도, 추가 테스트 결과 이 특정 보리 품종은 새로 발견된 유전자와 Rph2라는 오래된 기존 유전자를 함께 보유하고 있음이 드러났습니다. 이 조합은 이전에 본 적 없는 강력한 보호층을 제공합니다.

두 번째 품종인 AGG-72는 또 다른 이야기를 보여주었습니다. 연구진이 RphAGG-72라고 부른 이 저항성 유전자는 완전히 다른 염색체인 4H에 위치해 있었습니다. 연구진이 식별한 특정 영역은 554.68에서 577.32 백만 염기쌍에 걸쳐 있습니다. 이 위치가 중요한 이유는 이 영역이 다른 보리 품종에서 이전에 확인된 두 가지 저항성 유전자인 Rph21 및 RphCas의 알려진 위치와 겹치기 때문입니다. 데이터에 따르면 AGG-72의 저항성은 이 두 가지 알려진 유전자 중 하나이거나, 혹은 같은 동네에 살고 있는 완전히 새로운 유전자일 가능성이 높습니다. 연구진은 이 세 가지 가능성 중 무엇이 사실인지 아직 확정적으로 결정하지 못했지만, 답이 있는 영역을 명확히 지도화했습니다. 이 특정 위치들을 식별하고 적어도 하나의 유전자가 독특하다는 것을 확인함으로써, 이 연구는 식물 육종가들에게 변화하는 잎녹병의 위협을 견뎌낼 수 있는 보리 품종을 개발하기 위한 새로운 목표를 제공합니다.