기후변화로 인한 작물의 가뭄저항성 증진 기술은 미래 대응 핵심기술의 하나다. 건강에 대한 국민적 관심 증가로 과채류의 건강 기능성물질 증진 기술 개발도 필요한 상황이다.

농촌진흥청(청장 조재호)이 환경스트레스 저항성 증진 및 플라보노이드 생산 증진 화합물 개발 후 식물영양제로 조기 산업화 한 성과를 인정받고 있다.

식물의 플라보노이드는 항산화 효과가 뛰어나 건강기능식품 원료로 많이 이용된다. 특히 플라보노이드 중 하나인 안토시아닌은 과채류, 화훼류에 함유된 붉은색 천연색소로 과채류나 꽃 색 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.

농진청은 식물이 좋지 않은 환경에 놓였을 때 스트레스 반응을 초기에 인식할 수 있는 생체 감지기(호르몬 센서)를 개발하고, 이를 활용해 스트레스 내성을 유도하는 소재를 선발했다.

특히, 앱시스산은 환경 스트레스 조건에서 식물체의 보호기작을 작동시키는 식물 호르몬으로서 다양한 스트레스 관련 유전자 발현을 유도한다.

농진청은 벼에서 앱시스산에 의해 발현이 유도되는 대표적 유전자 Rab16A의 프로모터를 기반으로 앱시스산에 대한 반응성을 극대화시킨 합성 프로모터를 개발했다. 또한, 그 합성 프로모터에 발광 유전자를 결합해 식물 스트레스 호르몬 센서 시스템을 개발했다.

개발된 센서 시스템을 이용한 1000여 종의 화합물 스크린을 통해 이 중 S17로 명명한 화합물이 스트레스 반응 센서를 활성화시키며 환경 스트레스 내성을 증진시킬 수 있음을 밝혀 논문게재 및 특허출원을 했다.

경제성 갖춘 고유의 농업용 화합물 소재 확보

이렇게 선발한 소재를 2020년 산업체((주)도프)에 기술이전하고 2년 동안 함께 연구한 끝에 소재 1종이 다양한 과채류에서 안토시아닌 색소를 비롯한 항산화 플라보노이드 생산을 증가시킨다는 것을 발견했다.

농진청은 기술이전 이후 화합물 S17에 대한 추가적인 기능 검정을 기술이전 기업 (주)도프와 함께 수행했다.

설탕이 첨가된 배지에 S17 처리 시 4일 후 배추 유묘에서 안토시아닌이 축적됨을 확인했으며, 고농도 처리 시 작물 생육이 억제됨을 관찰했다. 또한, S17과 유사한 화합물인 3-(2-S)도 S17보다 효과는 약하지만 고농도에서 안토시아닌을 축적시키고 작물 생육도 억제한다는 공통적인 특성을 관찰했다.

벼, 애기장대 등 타 식물에서도 화합물 처리 시 효과를 관찰했다. 그 결과 배추와 동일하게 안토시아닌 축적 효과를 나타냈으므로 화합물의 효과는 특정 작물에만 한정되지 않으며 광범위한 작물에 적용될 수 있음을 확인했다.

연구팀은 안토시아닌뿐만 아니라 다른 플라보노이드의 변화도 관찰하기 위해 HPLC(고성능액체크로마토크래피)를 사용하여 정량분석을 수행한 결과, 설탕 무처리 시에는 캠페롤(kaempferol) 함량이 약 2배 증가했으며, 설탕 처리 시에는 캠페롤 함량이 최대 6배 증가했다. 이외에도 시아니딘(cyanidin) 및 아이소람네틴(isorhamnetin)이 축적되는 것을 확인했다.

연구 결과를 종합해 농진청과 ㈜도프는 2022년 6월에 S17과 3-(2-S)를 플라보노이드를 증진시키는 화합물로서 공동특허 출원했으며, 관련 국제 특허 출원도 진행중이다.

개발한 소재들은 과채류의 기능성 플라보노이드를 높일 수 있는 다양한 식물영양제로 활용할 수 있으며, 이를 통해 작물 상품성과 부가가치를 높여 농가 소득 증대를 도울 수 있을 것으로 기대된다.

㈜도프에서는 화합물 S17과 기능을 강화할 수 있는 영양성분의 혼합으로 과채류에서 기능성 플라보노이드를 증진시키기 위한 영양제를 개발하고 산업화하기 위한 연구를 농진청과 공동으로 추진하고 있다. 또한, 과채류의 기능성을 증진시켜 농가소득에 기여하기 위한 영양제 개발 연구를 농진청과 지속적으로 공동 수행할 예정이다.

이미 ‘가뭄저항성 증진 식물영양제(DSD-1)’가 제품화 되어 시장에서 좋은 반응을 얻고 있으며, ‘항산화 플라보노이드 증진 식물영양제(슈가엔칼라-LX)가 올해 개발 출시됐다.

김범기 농진청 국립농업과학원 생물소재공학과 연구관은 “식물영양제 원료소재의 효율적인 선발 시스템 구축으로 지속적인 개발이 가능하다”며 “상품화 가능한 효과와 안전성 그리고 경제성을 갖춘 고유의 농업용 화합물 소재를 확보한 것의 의미가 크다”고 밝혔다.

또한, 민간기업과의 지속적인 공동연구로 기초 원천 연구 성과를 조기에 산업화 한 성공 사례로도 꼽히고 있다.

이은원 기자 | wons@newsfm.kr