폭우나 집중호우에 의해 홍수가 일어나는 경우가 있습니다. 특히 동남아 지역의 농지에서는 빈번하게 발생하는 일이며, 전 세계적으로도 홍수는 식량 생산에 큰 피해를 주는 재해 중 하나입니다.
그런데 홍수 이후에 발생하는 병, 해충 피해도 홍수의 문제점 중 하나입니다. 홍수 이후 습도가 높기 때문에 병이 발생하기 쉽고 해충 피해가 증가하는 경우도 많습니다. 그런데 왜 이 현상이 나타나는 것일까요? 높은 습도는 병, 해충이 살기 적합한 환경이기 때문일까요?
이번 연구는 침수에 의한 식물의 상태와 해충 저항성에 대해 연구하였습니다. 그 결과, 단순히 주위 환경이 변했기 때문만이 아니고 식물의 해충 저항성이 침수에 의해 크게 감소한다는 사실을 발견하였습니다.
식물은 해충이 자신을 갉아먹을 때 발생하는 상처로 해충의 존재를 알아차립니다. 따라서 상처가 발생하면 1시간 이내에 자스몬산 (jasmonic acid)라는 저항성 호르몬을 합성하게 됩니다. 이 호르몬은 식물 내에 다양한 유전자를 발현시켜 해충의 소화력을 억제하는 단백질 등을 생산합니다. 따라서 해충이 자스몬산이 발현된 식물을 먹게 되면 소화력이 떨어져 더 성장하기 못하고 죽게 됩니다.
그런데 침수가 발생할 경우 30분 내에 상처에 의한 자스몬산 호르몬의 합성 능력이 현저히 떨어지게 됩니다. 이 현상은 침수가 끝난 이후 2일 이상 지속됩니다. 따라서 식물은 침수를 잠깐이라도 겪게 되면 해충 저항성을 상당 부분 잃게 됩니다. 본 연구에서는 이러한 현상을 발견하고, 침수에 의해 발현되는 호르몬인 에틸렌 (ethylene)이 주요 원인 중 하나라는 시실을 밝혔습니다.
결국, 홍수 이후 해충의 피해가 증가하는 이유는, 해충이 살기 적합한 환경과 더불어 식물의 저항성이 약해지기 때문이라는 것으로 해석할 수 있습니다.
그런데 식물은 침수 이후에 왜 해충 저항성을 약화시키는 걸까요? 이 의문에 대해서는 아직 연구되지 않았지만 자스몬산의 역할을 분석해 보면 이유를 추측할 수 있습니다. 침수 이후에는 해충과 더불어 병원균에 의한 피해가 매우 급증합니다. 그런데 자스몬산은 해충 저항성을 높이지만 병 저항성은 억제한다는 특징이 있습니다. 따라서 식물은 진화 과정에서 선택했을 가능성이 큽니다. 본 연구 대상인 애기장대의 경우 침수 이후 해충보다는 병에 의한 피해가 컸기 때문에 자스몬산을 낮춰 해충 저항성을 포기하더라도 병 저항성을 높였을 것입니다.
Hyo-Jun Lee, Ji-Sun Park, Seung Yong Shin, Sang-Gyu Kim, Gisuk Lee, Hyun-Soon Kim, Jae Heung Jeon, and Hye Sun Cho. Submergence deactivates wound-induced plant defence against herbivores. (2020) Communications Biology 3 (1), 651.
