[한국기술뉴스] 경상국립대학교 식물의학과 김진우교수 연구팀은 식물 질병 치료 및 방제에 활용하는 오핀 바이오센서 뿌리혹병 진단기를 개발했다. 개발된 기술은 경상국립대학교 산학협력단을 통해 2019년 06월 04일 특허를 출원(출원번호 제1020190066217호)했다. 특허 명칭은 '오핀 바이오센서 및 이를 이용한 뿌리혹병과 뿌리선충병 진단방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다. 

[기자]

뿌리혹병으로 알려져 있는 근두암종병(crown gall)은 전 세계적으로 다양한 작물에 큰 피해를 일으키는 토양전염성 세균병입니다. 원인 세균은 아그로박테리움 투메파시엔스(*Agrobacterium tumefaciens*)입니다. 그러나 뿌리혹병은 선충에 의해 발생하는 뿌리혹선충에 의한 병과 증상이 아주 유사하여 정확한 진단에 어려움이 있고 일반적인 세균의 진단에 사용되는 방법들을 적용할 수 없는 어려움이 있습니다.

경상국립대학교 연구팀은 뿌리혹병과 뿌리혹선충병을 쉽고 간단하게 진단할 수 있는 뿌리혹 특이적 오핀(opine) 바이오센서를 개발하고 활용하는 방법을 발명하였습니다.

뿌리혹병은 *Agrobacterium tumefaciens*가 가지고 있는 T-DNA의 식물체 핵내 전이(transfer)를 통해 발병되는 병으로 전이 T-DNA에 포함된 옥신 및 사이토카이닌 식물호르몬 생합성 유전자에 의해 감염부위가 비대해져서 혹이 발생하게 됩니다. 또한 T-DNA에는 오핀(opine) 생합성 유전자도 함께 포함되어 있어서 비대해진 혹에서 오핀이 생산됩니다. 그러나 선충에 의한 뿌혹조직에서는 오핀이 생산되지 않습니다. 오핀의 한 종류인 노팔린(nopaline) 기반 바이오센서(C58 *noxB*-*lacZY*)는 아그로박테리움 투메파시엔스 C58의 노팔린 대사유전자(*noxB*)에 *lacZY* 마커를 삽입하여 베타-갈락토시다아제(β-Galactosidase)의 발현을 유도한 균주입니다. 그 결과 혹조직에서 만들어진 노팔린은 전사조절단백질인 NoxR에 붙고, 이어 바이오센서의 *noxB*-*lacZY*를 활성화시키고 베타-갈락토시다아제의 기질인 5-bromo-4-chloro-3-indolyl β-D-galatopyranoside(X-gal)을 분해함으로써 파란색을 띄게 됩니다. 오핀의 한 종류인 옥토핀(octopine) 기반 바이오센서(15955 *ooxB*-*lacZY*)는 아그로박테리움 투메파시엔스 15955의 옥토핀 대사유전자(*ooxB*)에 *lacZY* 마커를 삽입하여 베타-갈락토시다아제(β-Galactosidase)의 발현을 유도한 균주입니다. 그 결과 혹조직에서 만들어진 옥토핀은 전사조절단백질인 OoxR에 붙고, 이어 바이오센서의 *ooxB*-*lacZY*를 활성화시키고 베타-갈락토시다아제의 기질인 X-gal을 분해함으로써 파란색을 띄게 됩니다. 노팔린 바이오센서(C58 *noxB*-*lacZY*)는 노팔린 기반 아그로박테리움 투메파시엔스 C58에 의해 발병되는 뿌리혹조직과 합성 노팔린에서만, 그리고  옥토핀 바이오센서(15955 *ooxB*-*lacZY*)는 옥토핀 기반 아그로박테리움 투메파시엔스 15955에 의해 발병되는 뿌리혹조직과 합성 옥토핀에서만 각각 유도되어 베타-갈락토시다아제의 기질인 X-gal을 분해함으로써 파란색으로 변색된 것을 확인할 수 있습니다. 선충에 의해 발생된 뿌리혹조직은 어떠한 바이오센서에도 반응을 보이지 않습니다.

개발된 오핀 바이오센서는 뿌리혹병과 뿌리혹선충을 쉽고 간편하게 그리고 정확하게 진단하는 데 활용될 수 있습니다. 또한 뿌리혹병의 원인세균이 노팔린형 또는 옥토핀형 Ti-plamid 인지를 세부적으로도 진단할 수 있습니다.

작물에서 발생하는 뿌리혹병의 원인을 쉽고 정확하게 진단하여 빠르고 올바른 병방제를 하고 안정적인 작물 재배에 기여할 것으로 기대됩니다.