예루살렘, 2026년 9월 8일 (TPS-IL) — 이스라엘 과학자들이 식물 씨앗이 흙 밖으로 나오기 전에 해로운 염분을 조절하는 데 도움이 되는, 이전에 해결되지 않았던 칼슘 조절 시스템을 규명했다고 밝혔다. 이는 식물이 짠 환경에서 발아하는 데 필요한 미네랄 균형을 유지하는 방법에 대한 새로운 통찰을 제공한다.
이 연구 결과는 궁극적으로 짠 토양에서 더 잘 발아할 수 있는 작물 개발에 도움이 될 수 있다. 어린 식물이 나트륨과 칼륨의 균형을 유지하도록 돕는 시스템을 규명함으로써, 이 연구는 과학자들이 염분 내성이 더 강한 작물을 육종하거나 유전적으로 개량하는 데 도움을 줄 수 있다.
토양 염분은 전 세계적인 주요 농업 문제이다. 유엔 식량농업기구(FAO)에 따르면, 전 세계적으로 약 14억 헥타르의 토지가 이미 염분에 영향을 받고 있으며, 관개 및 비관개 경작지의 10%가 포함된다.
예루살렘 히브리 대학의 Doron Shkolnik 박사가 이끈 이번 연구는 칼슘 신호 전달이 염분 스트레스 하에서 씨앗 발아 과정 동안 CAMTA6, PP2C49, HKT1;1 세 가지 단백질을 조정하는 데 도움이 된다는 것을 발견했다.
이 균형은 매우 중요하다. 식물은 세포가 제대로 기능하기 위해 칼륨이 필요하며, 과도한 나트륨은 이러한 기능에 방해가 될 수 있다. 염분은 또한 씨앗이 물을 흡수하는 것을 더 어렵게 만든다.
일부 토양은 자연적으로 짜지만, 농업은 이 문제를 악화시킬 수 있다. 밭에 반복적으로 물을 대면 물이 증발하면서 녹아있는 염분이 남게 된다. 가뭄, 배수 불량, 해수가 해안 지하수로 유입되는 것도 농지에 염분이 축적되는 원인이 될 수 있다.
Shkolnik 박사는 “씨앗 발아는 식물 생애 주기에서 극도로 취약한 단계이며, 염분은 어린 식물이 흙 밖으로 나오기도 전에 필요한 미네랄 균형을 깨뜨릴 수 있다”며 “우리가 밝혀내기 시작한 것은 그 반응 뒤에 있는 제어 시스템”이라고 말했다.
연구진은 식물 연구에 널리 사용되는 겨자과 식물인 Arabidopsis thaliana를 연구했다. 그들은 이 세 가지 단백질이 식물의 나트륨과 칼륨 균형을 조절하는 칼슘 반응성 조절 네트워크의 일부를 형성한다는 것을 발견했다.
이 시스템은 또한 배아의 다른 부분에서 다르게 조직된다. 염분 스트레스는 배아 잎의 가장자리, 즉 자엽에서 CAMTA6을 활성화하는 반면, 칼슘은 배아 뿌리, 즉 유근에서 HKT1;1을 자극한다. CAMTA6은 또한 PP2C49을 조절하며, 이는 다시 HKT1;1에 영향을 미친다.
발아 증진
연구진은 혈근초에서 추출한 천연 화합물인 상귀나린을 사용하여 이 경로를 테스트했다. 상귀나린은 PP2C 단백질을 억제한다. 이 화합물로 씨앗을 처리했을 때 염분 스트레스 하에서 발아가 증가했다.
중간 정도의 염분 스트레스 하에서, 처리되지 않은 씨앗의 76%가 발아한 반면, 상귀나린으로 처리된 씨앗은 92%가 발아했다. 더 심한 조건에서는 발아율이 3%에서 37%로 증가했다.
처리된 씨앗은 또한 더 건강한 나트륨-칼륨 균형을 유지했으며, 이는 상귀나린이 연구진이 규명한 경로에 영향을 미쳤다는 결론을 뒷받침한다.
이 발견은 궁극적으로 과학자들이 육종이나 유전적 개량을 통해 짠 토양에서 더 잘 발아하는 작물을 개발하는 데 도움이 될 수 있다. 또한 이 연구 결과는 동일한 경로에 영향을 미칠 수 있는 화학적 접근법의 가능성을 시사하지만, 이러한 전략이 농업에 사용되기까지는 훨씬 더 많은 연구가 필요하다.
상귀나린 자체는 짠 농지에 대한 즉각적인 해결책이 아니다. 그 이점은 발아 단계에 국한되었으며, 어린 식물이 싹튼 후에는 보호하지 못했다.
연구진은 또한 추가적인 칼슘 반응성 유전자가 염분 반응에 관여한다는 증거를 발견했으며, 이는 새로 특성화된 시스템이 더 큰 네트워크의 일부임을 시사한다.
이 연구는 동료 검토 저널인 The Plant Journal에 게재되었다.
