본 연구는 현재 대기 중의 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도가 2배 증가할 경우 고추 세균점무늬병의 발병을 예측하기 위해 병원성과 관련된 유전자의 발현 패턴을 분석하고 발병도와 이병엽률을 조사하였다. 실험 결과 X. euvesicatoria가 접종된 처리구의 CaLRR1, CaPIK1, CaPR10 유전자는 2배 농도인 \( 800~ \mathrm{ppm} \)에서 발현 양이 감소하였으며 negative regulator인 CaWRKY1은 발현 양이 증가하였다. 따라서 향후 \( \mathrm{CO}_{2} \)가 증가된 환경에서 고추 세균점무늬병의 발병은 지금보다 증가할 것으로 예상되며, 본 연구는 이에 대응하기 위한 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 생각된다.
<h2>\( \mathrm{CO}_{2} \) 농도 상승 조건에서의 발병조사</h2> <p>현재 대기 중의 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도인 \( 400~ \mathrm{ppm} \)과 2배 높은 800 \( \mathrm{ppm} \)의 조건에서 X. euvesicatoria에 의한 고추 세균점무늬병의 발병 정도는 Table 2 와 같으며, X. euvesicatoria를 접종하지 않은 대조구에서는 세균점무늬병이 발병하지 않음을 확인하였다. 각 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도에서 이병엽률은 \( 400~ \mathrm{ppm} \) 에서 \( 34.7 \%, 800 ~\mathrm{ppm} \)에서 \( 61.6 \% \)로 약 2배 높아졌다. 또한, 발병도는 \( 400~ \mathrm{ppm} \) 에서 \( 0.8,800~ \mathrm{ppm} \)에서 1.2로 이병률과 마찬가지로 발병도 역시 \( 800~ \mathrm{ppm} \) 이 높은 것으로 확인하였다. 고추에 세균점무늬병을 일으키는 X. euvesicatoria는 과거에 Xanthomonas campestris pv. vesicatoria로 표기되었으나 최근 분자유전학적 분류 체계의 발전으로 X. euvesicatoria, X. vesicatoria, X. perforans 그리고 X. gardneri의 4종으로 세분화되었으며, 그 중 X. euvesicatoria가 고추의 세균점무늬병을 일으키는 주요 원인균으로 보고되었다. 우리나라에서는 대부분 X. campestris pv. vesicatoria 에 대한 연구가 주를 이루며, 2010년경부터 X. euvesicatoria를 연구하기 시작하여 관련 연구 결과가 부족한 상황이다. 그러나 Shin과 Yun의 보고에 의하면, X. campestris pv. vesicatoria는 온도와 \( \mathrm{CO}_{2} \)의 증가가 발병률 증가와 연관이 있다 하였고, 이는 X. euvesicatoria로 연구한 본 실험의 결과와 유사하다.</p> <p>또한, Phytophthora capsici에 대한 감수성과 저항성 고추 식물체의 PR 관련 유전자를 분석한 결과 저항성 품종이 감수성 품종 보다 PR 관련 유전자가 높게 발현된다고 보고되었고, 식물 면역에 관여하는 chitinase인 ChiIV3 유전자는 PCI (Phytophthora capsici inoculation)에 의해 유도되며 유도 유전자 침묵(virus-induced gene silencing)과 일시적인 과발현(transient overexpression)에 의해 PR 유전자의 상향 조절을 유발한다고 보고되었다. 즉, 식물체는 면역반응에 의해 PR 관련 유전자가 높게 발현되어 외부 스트레스에 대응하지만 본 연구에서는 높은 \( \mathrm{CO}_{2} \) 환경에서 PR 관련 유전자의 발현량이 감소하는 결과를 보였으며, 이는 발병도 및 이병률이 낮아지는 결과와 연관되는 것으로 사료된다. \( \mathrm{CO}_{2} \) 증가에 따른 병원성 미생물과 식물의 상호작용 연구는 두 가지 관점으로 나누어 볼 수 있다. 첫 번째 관점은 \( \mathrm{CO}_{2} \)의 증가에 따른 병원성 미생물 생장의 변화이다. 탄저병인 Collectotrichum gloeosporioides 은 2배 높은 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도에서 초기의 생장이 지연되었으나 한번 콜로니가 형성되면 빠르게 생장률이 높아졌고, 보리흰가루병인 Erysiphe graminis는 \( 350 ~\mathrm{ppm} \) 보다 \( 700~ \mathrm{ppm} \)의 \( \mathrm{CO}_{2} \)에서 생장률이 높아졌다는 보고가 있다. 두 번째 관점은 \( \mathrm{CO}_{2} \) 증가에 따른 식물의 변화로 형태적 변화나 생리적 변화로 인해 병원성 미생물에 대한 저항성의 변화이다. 예를 들어, \( \mathrm{CO}_{2} \)가 \( 700~ \mathrm{ppm} \)으로 상승된 경우 식물의 defense structure인 파필라 (papilla)의 형성과 기공의 밀도 감소에 의한 병원체의 침입 방지는 식물체의 내성 증가와 관련된다. 하나는 미생물의 변화이고 다른 하나는 식물의 변화이지만 두 관점 모두 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도가 높아짐에 따라 병원체와 기주 식물의 변화는 일어나며, 결론적으로 환경 요인이 어느 쪽으로 더 유리하게 작용하는가에 따라 결과가 달라질 수 있다는 것을 의미한다.</p> <p>본 연구는 대기 중 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도가 현재보다 2배 증가할 경우 고추 세균점무늬 병의 발병 양상을 예측하기 위해 병원성 관련 유전자의 발현 패턴을 분석하고, 병의 표현형인 발병도 및 이병엽률을 조사하였다. 실험 결과 X. euvesicatoria 가 접종 된 처리구의 CaLRR1, CaPIK1 그리고 CaPR10 유전자는 \( 400~ \mathrm{ppm} \) 보다 \( 800~ \mathrm{ppm} \)에서 발현 양이 감소하였고, negative regulator인 CaWRKY1은 발현 양이 증가하였다. X. euvesicatoria 접종 14일 후 식물체의 표현형을 확인한 결과 이병엽률과 발병도 모두 \( 800~ \mathrm{ppm} \)에서 증가되었으며, 이 결과로부터 높은 대기 중 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도는 이병엽률과 발병도 증가의 원인이 될 수 있음을 추측할 수 있다. 추가적으로 4가지 병원성 관련 유전자는 식물의 병 저항성을 증가 또는 감소시킬 수 있지만, \( 800~ \mathrm{ppm} \)의 \( \mathrm{CO}_{2} \) 환경에서 식물체 병 저항성의 감소와 연관성이 있을 것으로 추측된다. 따라서 미래의 \( \mathrm{CO}_{2} \) 증가 환경에서 고추 세균점무늬병의 발병은 지금보다 증가할 것으로 예상되며, 본 연구는 이에 대응하기 위한 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.</p>