이번 주 국제학술지 ‘사이언스’ 표지에는 고해상도 이미지를 얻을 수 있는 현미경인 공초점 현미경으로 관찰한 박테리아 이미지가 실렸다. 이 박테리아들은 식물의 새로 자란 곁뿌리 주변으로 몰려 서식하고 생장한다.
니코 겔트너 스위스 로잔대 식물분자생물학과 교수 연구팀은 식물 뿌리에서 누출되는 분비액인 글루타민이 뿌리에 사는 박테리아가 모이도록 만드는 중요한 원동력이라는 증거를 확인하고 연구결과를 2일 사이언스에 발표했다.
식물 뿌리에 모여 사는 박테리아는 뿌리의 발달과 식물의 전반적인 건강을 유지하는 데 도움을 준다. 식물이 다양한 스트레스를 극복할 수 있도록 회복력을 제공하는 역할도 한다.
박테리아들은 뿌리 분비액을 통해 모여드는 것으로 알려져 있지만 정확히 어떤 분비액이 어디서, 어떻게 방출되는지 등에 대해서는 거의 알려진 바가 없다.
연구팀은 뿌리 내피층에 존재하는 ‘카스파리선’이라는 구조가 박테리아 군집 형성에 중요한 곳이라는 점을 입증했다. 카스파리선은 뿌리를 통해 들어온 영양분이 중앙 관다발 조직으로 함부로 침투하는 것을 제한하는 역할을 한다. 반대로 당, 유기산, 아미노산, 광합성 생성물 등이 뿌리 바깥으로 누출되는 것을 방지하는 역할도 한다.
연구팀은 카스파리선이 없거나 손상된 뿌리 부위에서 박테리아 군집화가 일어난다는 점을 관찰했다. 카스파리선이 기능하지 못할 때 뿌리 내피층에서 아미노산의 일종인 글루타민이 누출됐고 글루타민의 영향으로 박테리아가 모여든 것이다.
박테리아는 글루타민에 화학주성을 보였다. 화학주성은 화학 유인 물질의 농도 변화를 감지해 이동하는 성질이다. 박테리아는 글루타민이 새어 나오는 곁뿌리 지점으로 이동해 달라붙어 증식했다. 박테리아는 이동한 곳의 환경에 맞춰 대사 적응을 하고 글루타민을 탄소원으로 사용해 증식한다는 점도 입증됐다.
연구팀은 “식물 발달 생물학과 고해상도 미생물 군집화 연구를 통합해 뿌리 주변 박테리아와 식물이 어떻게 상호작용하는지 확인했다”며 “뿌리에서 분비되는 글루타민이 빠르고 복잡하게 발달하는 미생물 군집 형성에 중요한 역할을 한다는 점을 명확히 확인했다”고 말했다.
