전 세계적으로 이상기후 현상이 빈번해지고 있다. 유엔 산하 ‘기후변화에 관한 정부 간 협의체^IPCC’의 보고서에 따르면 2011~2020년의 지구 평균 표면온도는 산업화 이전(1850~1900년)보다 1.09℃ 상승했으며, 그 결과 전 지구적으로 극단적인 기상이변이 증가하고 있다.

농업 측면에서 고위도 지역에서는 일시적인 이득이 관찰되기도 하지만, 우리나라처럼 중위도에 위치하고 국토 면적이 작은 지역은 이러한 변화에 특히 취약하다. 실제로 지난해에는 여름철 벼멸구 피해가 급격히 확산되었고, 올해는 벼 깨씨무늬병이 농업재해로 인정되어 피해 조사가 진행 중이다. 또한 땅콩·콩·토마토·감자 등에 피해를 주는 흰비단병(생장 적온^❶ 30℃)과 균핵마름병(생장 적온 35℃) 등 고온다습한 환경에서 번성하는 식물병이 국내에서도 보고되기 시작했다.

식물병리학에는 병 발생의 세 가지 핵심 요인, 즉 기주식물, 병원균, 환경이 상호작용하는 ‘식물병 삼각형^{Disease Triangle}’ 이론이 있다. 병원균과 감수성^❺ 기주^❻가 존재하더라도, 병이 발생하기 적합한 환경이 조성되지 않으면 실제 감염은 일어나지 않는다.

지금까지 대부분의 연구는 식물이 생육하기 좋은 최적 조건에서 수행되었기 때문에, 고온·고습·홍수 등 비최적 환경이 식물–미생물 상호작용에 미치는 영향은 상대적으로 미지의 영역으로 남아 있다.

특히 고온·고습은 식물의 계통 비특이적 및 특이적 저항성에 필수적인 요소, 예를 들어 방어 호르몬 생합성과 이펙터 수용체 복합체 형성 등을 억제하고, 반대로 병원균의 병원성은 강화한다. 이로 인해 평소에는 억제되어 있던 기회감염성 병원균^{Opportunistic Pathogen}이 쉽게 감염을 일으킨다. 또한 이상기후는 토양과 잎 표면의 미생물 다양성을 감소시키고, 특히 유익균의 활성을 떨어뜨려 병 억제력이 약화된다.

현재 우리나라의 주요 작물들은 지역 기후 조건에 맞추어 품종별로 최적화된 재배 기술이 확립돼 있어 비교적 예측 가능한 농업이 이루어졌다. 그러나 이상기후는 이러한 체계를 무너뜨리고 기존 품종이 적응하지 못하는 새로운 기후 환경을 만들어낸다. 그러므로 농업 현장에서는 새로운 기후 조건에 적응할 수 있는 신품종 개발과 재배 전략의 재정립이 시급하다.

필자는 이러한 비최적 환경(고온·고습 등)에서 기주식물의 면역체계가 어떻게 변화하는지 식물병리학적·분자생물학적 수준에서 규명하고, 이를 회복시키는 방법을 탐구하고 있다. 앞서 언급한 대로 식물의 방어 전략은 다각도로 구축되어 있으며, 자연에서 식물은 이들 전략 사이의 균형을 통해 미생물과 성공적으로 상호작용하고 있다. 그러나 이들 전략이 비최적 환경으로 인해 어떤 영향을 받는지, 그리고 억제된 면역반응 기전들이 어떻게 회복될 수 있는지에 대해서는 연구가 필요한 시점이다.

예를 들어 모델 식물인 애기장대는 최적 온도(21~23℃)보다 약 7℃ 높은 28~30℃ 환경에서 면역 호르몬인 살리실산SA의 생합성이 급격히 감소한다. 그러나 특정 유전자의 발현을 조절하면 이러한 억제를 극복할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

미래의 연구는 이상기후가 식물 면역 시스템에 미치는 다양한 변화를 정밀하게 규명하고, 이를 복원하거나 강화할 수 있는 새로운 원리를 탐구해야 한다. 이러한 연구는 비최적 환경에서의 식물–미생물–환경 상호작용의 원리를 이해하는 데 기여할 뿐 아니라, 미래형 식물보호 전략을 설계하기 위한 과학적 기반을 제공할 것이다.