기후 변화에 적응하는 작물 만들기

(Transgenic tobacco seedlings were the proof of concept that showed enhancing photosynthetic processes can increase yield in high CO2 conditions. Credit: Stephen Long)

 지구의 기후는 변하고 있습니다. 대기 중 이산화탄소 농도가 올라감에 따라 점차 기온이 상승하는 것이죠. 이산화탄소 농도의 변화와 기온 상승은 두 가지 모두 식물의 생장에 큰 영향을 미치게 됩니다. 장기적으로 보면 두 가지 모두 식물의 생장을 촉진시키지만, 현재의 식물들은 지금같은 높은 농도의 이산화탄소에 아직 적응이 안된 상황입니다. 

 수만년 후에는 지구의 식물들이 점진적인 진화를 거쳐 잘 적응할지 모르지만, 당장에 늘어나는 인구에 대응하기 위해서 작물 생산을 늘려야하는 인간들로써는 이때까지 기다릴 수 없는 것이 현실입니다. 

 일리노이 대학의 식물학자인 스티븐 롱(Stephen P. Long)과 그의 동료들은 현재 작물들을 더 높은 이산화탄소 농도에 빠르게 적응시킬 수 있는 기술을 연구했습니다. 

 일반적으로 이산화탄소 농도가 높아지면 식물에 존재하는 효소인 루비스코(rubisco)가 이산화탄소를 대기 중에서 더 잘 흡수하게 됩니다. 이는 광합성 증가로 이어질 수 있습니다. 문제는 이 효소가 온도가 올라가면 활성이 줄어든다는 것입니다. 따라서 온도 상승은 오히려 광합성을 줄일 수도 있습니다. 

 연구팀은 여러 식물에서 루비스의 효율을 비교하고 높은 온도에서 좋은 효율을 내는 효소를 찾아냈습니다. 동시에 이산화탄소 수용체 역할을 하는 다른 물질인 RuBP의 효율을 높여 식물이 더 많은 광합성을 하게 유도했습니다. 

 이들은 테스트 식물로 담배를 선정했는데, 질소 비료의 증가없이도 광합성의 증가를 이뤄냈다고 합니다. 만약 이를 주곡 작물에 적용할 수 있다면 수확량 증가로 이어질 수 있습니다. 

 앞으로 식량 수요는 한동안 분명히 증가하게 될 것입니다. 하지만 이미 엄청난 토지를 농지와 방목지로 사용하는 상황에서 더 많은 토지를 농지로 개간하는 것은 심각한 자연 훼손과 지구 온난화 문제를 일으킬 가능성이 큽니다. 그런 만큼 한정된 토지를 더 현명하게 사용하는 방법을 연구해야 할 것입니다. 

 참고 

Johannes Kromdijk et al. One crop breeding cycle from starvation? How engineering crop photosynthesis for rising CO and temperature could be one important route to alleviation , Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2016). DOI: 10.1098/rspb.2015.2578 

http://phys.org/news/2016-03-crop-starvation.html#jCp