서울대학교 농업생명과학대학 농림생물자원학부 Cécile Segonzac 교수 연구팀은 야생 담배에서 풋마름병균이 분비하는 이펙터 단백질(effector)인 RipY를 인식하여 면역반응을 활성화하는 면역수용체(nucleotide-binding leucine-rich repeat receptor, NLR)인 RRS-Y를 발견하였다. 더욱이, 면역수용체가 세포 내 세포막에 위치함으로써 이펙터 단백질의 인식과 면역반응 활성화에 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀내었다. 이번 연구결과는 식물 생물학 분야에서 영향력 있는 국제 학술지인 Plant Communications에 게재되었다.

전 세계적으로 널리 재배되고 소비되는 중요한 농작물 중 하나인 감자를 포함하여 토마토, 고추는 대표적인 가지과 (Solanaceae)에 속한 작물이다. 풋마름병은 병원성 세균인 Ralstonia pseudosolanacearum에 의해 발생하는데 주로 식물의 지하부를 통해 침입하여 식물의 도관 내에서 증식하여 물의 흐름을 막아 시들음병을 유발한다.
가지과에 속한 경제적으로 중요한 작물들은 대부분 풋마름병 (bacterial wilt)에 대해 취약하며, 농작물 생산에 심각한 피해를 주고 있다. 저항성 작물 개발은 풋마름병에 대한 효과적인 방제 전략 중 하나이다.

식물도 동물와 같이 선천적 면역체계(innate immune system)를 가지고 있으며, 세포 내 면역수용체인 nucleotide-binding leucine-rich repeat receptor(NLR)를 통해 식물의 병원균이 분비하는 단백질인 이펙터(effector)를 인식하여 식물의 저항성 반응을 활성화시켜 병원균의 증식을 억제한다.
풋마름병에 대해 저항성 반응을 유도할 수 있는 소수의 NLR이 다른 식물 종에서 발견되었지만, 풋마름병균의 유전적 다양성과 NLR의 인식을 회피하거나 억제할 수 있는 돌연변이로의 빠른 진화로 인해 안정적인 지속 가능 저항성을 가진 작물의 육종은 여전히 어려운 과제이다. 따라서, 풋마름병 저항성 형질의 중요한 유전적 자원으로 활용되는 다양한 NLR를 발견하고 확보하는 것이 필수적이다.

연구팀은 식물에서 특정 유전자의 기능을 분석하기 위해 사용되는 역유전학기법인 Virus-induced gene silencing (VIGS)를 활용하여 야생 담배에서 300여 개의 NLR를 빠르고 효과적으로 탐색함으로써 풋마름병균의 이펙터 중 하나인 RipY를 특이적으로 인식하여 면역반응을 활성화하는 새로운 NLR인 RRS-Y를 발견하였다.
연구결과에 따르면, 이번 연구를 통해 발견된 RRS-Y는 식물 세포 내 세포막에 존재하는 것을 관찰하였고, 이는 RRS-Y의 아미노기 말단에 존재하는 두 개의 잔기에 의해 조절되며 세포막의 위치가 이펙터를 인식하고 면역반응을 유도하는 데 중요하다는 것을 알아내었다.
또한, 본 연구에서 발견한 RRS-Y는 풋마름병균의 다른 종에 존재하는 이펙터 RipY의 단백질 서열의 자연적 변이와 상관없이 인식할 수 있다는 것을 밝혀내었다. 이는 야생 담배 면역수용체 RRS-Y가 이펙터 RipY를 가지고 있는 넓은 범위의 풋마름병균을 인식할 수 있음을 시사한다.

본 연구 결과를 통해 야생 담배의 새로운 면역수용체를 발견함으로써, 가지과 작물의 풋마름병 저항성 품종 육종을 위한 유전적 자원으로서의 활용 가능성을 확인할 수 있었다.
야생 담배의 면역수용체의 활성화 기작에 대한 연구결과는 식물 면역시스템에 대한 이해를 확장하고 더 나아가 식물 병원체에 대한 저항성 작물을 개발하는 데 이바지할 것으로 전망된다.





Model for the activation of RRS-Y.
Ralstonia spp. delivers RipY effector into the intracellular space through type III secretion system (T3SS). Within the cell, a plasma membrane-localized RRS-Y interacts with RipY effector through the ankyrin (ANK) repeat domain of RipY and recognizes the C-terminus of RipY. The recognition event activates RRS-Y-mediated immunity.