주요 작물의 농업 수확량은 지난 몇 년 동안 계속해서 증가해왔다. 농업 방식이 점차 발전하면서 농업 생산량이 늘어나는 데 큰 도움이 됐다. 그런데 어느 정도 시간이 지나자 많은 국가에서 해마다 작물 수확량 증가가 정체되기 시작했다. 이에 따라 각국의 과학자들은 고수익 품종 등을 만들어내기 위해 새로운 기술 솔루션을 탐색했다. 여러 연구 결과, 식물의 광합성 과정을 개선하면 수확량을 향상시킬 수 있다는 것이 드러났다.

식물은 햇빛의 에너지를 이용해 이산화탄소, 미네랄 및 물로 변환한다. 이 과정의 효율성을 극대화한다면 작물의 최적 생산량이 바뀔 수 있다. 코넬대학의 과학자 팀은 루비스코라는 핵심 식물 효소를 설계하고 이것을 대장균에 노출해 광합성 속도를 높일 최적의 환경을 조성했다. 연구진은 이번 발견이 작물 수확량을 대폭 향상시킬 수 있는 중요한 성과라고 말한다.

네이처 식물 저널에 실린 연구 결과에 따르면, 식물의 광합성 과정을 가속화하면 작물 수확량은 향상될 것이다. 식물이 햇빛 에너지를 이산화탄소, , 산소, 영양분으로 바꾸는 속도를 높인다면 새로운 식물 조직이 더 빠르게 자라나게 된다.

연구진은 실험을 위해 탄소고정의 첫 번째 주요 단계에 관여하는 느린 효소인 루비스코에 초점을 맞췄다. 탄소고정이란 식물의 광합성에 의해 대기 중의 탄소가 유기물질로 전환되는 과정을 말한다. , 대기 중 이산화탄소가 광합성 유기체에 의해 에너지가 풍부한 분자로 전환되는 과정이다. 때때로 루비스코는 이산화탄소와 상호 작용해 공기 중의 산소와 반응을 일으키는데, 이 반응이 일어나면 에너지가 낭비되고 독성의 부산물이 만들어져 광합성이 비효율적으로 바뀐다.

코넬대학 식물 분자생물학 교수인 모린 핸슨은 루비스코가 산소와 상호 작용하지 않고 더 빨리 작동하도록 하는 것이 연구의 목표였다고 설명했다. 이들은 담배 식물에서 루비스코 효소를 가져와 대장균으로 다시 설계했다. 대장균 대부분은 무해하거나 비교적 짧은 기간 설사를 유발한다. 일부 균주는 구토나 혈변, 심한 복통을 유발할 수 있다.

 

식물 연구에서는 일반적으로 담배 식물이 모델로 사용된다. 연구진은 루비스코 효소의 기능을 향상시키기 위해 돌연변이를 만들고 싶었다고 설명했다.

연구진이 대장균을 활용한 이유는 대장균이 매우 빠르게 번식하기 때문이다. 대장균으로 변형된 루비스코를 테스트하면 다음 날 바로 결과를 얻을 수 있었다. 일반적으로 새로운 루비스코를 식물에 넣어 결과를 얻는 데는 몇 개월이 걸린다.

연구진은 복잡한 과정을 세분화하고 대장균을 활용해 루비스코의 특성을 이해할 수 있었다. 연구진이 식물에서 발견되는 것과 일치하는 대장균에서 효소 발현을 얻고 새로운 버전의 루비스코를 조작하는 방법을 알게 됨에 따라 앞으로 이 개선된 효소를 식물에 주입하고 작물 수확량을 향상시킬 수 있을 것이다.

 

한편, 경제협력개발기구(OECD)에 따르면 농작물 생산은 해당 지역의 경작지의 가용성에 따라 다르다. 또 농작물 생산은 거시 경제적 불확실성, 수확량, 소비 패턴 등에 영향을 받는다. 농산물의 가격 또한 농작물 생산에 따라 달라진다.

2019년 기준 밀 생산량이 가장 많은 OECD 국가는 뉴질랜드(헥타르 당 8.8)였다. 뒤이어 영국(8.2), 이집트(6.6), 사우디 아라비아(6.4), 칠레(6.2) 등이다.

저작권자 © 리서치페이퍼 무단전재 및 재배포 금지