조근종은 식물의 뿌리 부분이나 줄기 기부에 형성되는 비정상적인 종양성 생장(혹)을 지칭하는 용어입니다. 일반적으로는 '근두암종(根頭癌腫)' 또는 '뿌리혹병'으로도 불리며, 식물에 발생하는 중요한 세균성 질병 중 하나입니다.
1. 원인균 주로 토양에 서식하는 그람 음성균인 Agrobacterium tumefaciens (최근에는 Rhizobium radiobacter 또는 Agrobacterium radiobacter로 재분류됨)에 의해 발생합니다. 이 세균은 식물에 상처가 있을 때 침입하여 감염을 일으킵니다.
2. 발생 메커니즘
- 상처를 통한 침입: Agrobacterium 세균은 식물의 뿌리, 줄기, 가지 등에 생긴 작은 상처(예: 가지치기, 해충 피해, 농기계에 의한 상처 등)를 통해 식물체 내부로 침입합니다.
- Ti 플라스미드의 역할: 이 세균은 'Ti 플라스미드(Tumor-inducing plasmid)'라는 특이한 원형 DNA를 가지고 있습니다. 이 Ti 플라스미드 내에는 'T-DNA(Transfer DNA)'라고 불리는 특정 유전자 부위가 존재합니다.
- T-DNA 전이: 세균이 식물 세포에 침입하면, T-DNA는 식물 세포의 핵으로 이동하여 식물 염색체 DNA의 일부로 통합됩니다.
- 식물 호르몬 합성 촉진: 전이된 T-DNA는 식물 세포 내에서 옥신(auxin)과 사이토키닌(cytokinin)이라는 식물 호르몬의 합성을 비정상적으로 촉진하는 유전자를 포함하고 있습니다.
- 종양 형성: 과도하게 생성된 식물 호르몬은 감염된 식물 세포가 통제 불능 상태로 비정상적인 분열과 증식을 하게 만들며, 이로 인해 뿌리나 줄기 기부에 단단한 혹 모양의 종양이 형성됩니다. 또한, T-DNA는 옵신(opine)이라는 특이한 아미노산 유도체를 합성하는 유전자도 포함하고 있는데, 이 옵신은 세균의 영양원으로 이용됩니다.
3. 증상 및 피해
- 혹 형성: 감염 초기에는 작고 부드러운 흰색 혹이 생기지만, 시간이 지남에 따라 점차 커지고 단단해지며 갈색 또는 검은색으로 변합니다. 주로 뿌리 근처, 줄기 기부, 때로는 가지나 잎에도 형성될 수 있습니다.
- 생장 저해: 형성된 혹은 식물체의 물과 양분 흡수 및 이동을 방해하여 식물의 전반적인 생장을 저해합니다.
- 수확량 감소 및 고사: 심한 경우, 작물의 수확량이 크게 감소하고, 어린 식물이나 감염이 심한 식물은 결국 말라 죽을 수 있습니다.
4. 감염 대상 식물 조근종은 쌍떡잎식물에 광범위하게 발생하며, 특히 장미과(사과, 배, 복숭아, 벚나무, 장미 등), 포도과(포도), 국화과, 감귤류, 아몬드, 호두 등 다양한 경제 작물과 관상식물에 피해를 줍니다. 단자엽식물은 일반적으로 이 질병에 저항성을 가집니다.
5. 방제 및 관리
- 예방이 중요: 건전한 묘목을 사용하고, 식물체에 상처가 나지 않도록 주의하는 것이 가장 중요합니다.
- 위생 관리: 감염된 식물이나 부위는 즉시 제거하고 소각하여 병원균의 확산을 막아야 합니다. 농기구나 작업 도구를 소독하여 병원균 전파를 방지합니다.
- 토양 소독: 감염된 토양은 소독하거나 작물 윤작을 통해 병원균 밀도를 낮춥니다.
- 생물학적 방제: 비병원성 Agrobacterium radiobacter K84 균주를 접종하여 병원성 Agrobacterium tumefaciens의 감염을 억제하는 방법이 효과적으로 사용됩니다. K84 균주는 병원균의 Ti 플라스미드 전달을 방해하는 물질을 생산합니다.
- 화학적 방제: 효과적인 화학 약제는 제한적이며, 주로 예방적 차원에서 사용됩니다.
6. 의의 조근종은 농업적으로 큰 피해를 주는 질병일 뿐만 아니라, 식물 유전공학 연구에서도 중요한 모델 시스템으로 활용됩니다. Agrobacterium tumefaciens의 T-DNA 전이 메커니즘은 외부 유전자를 식물 세포에 도입하는 데 사용되는 주요 기술인 '아그로박테리움 매개 식물 형질전환'의 기반이 되었습니다.