식물병원균

식물에 병을 유발하는 미생물로서 진균(fungi), 세균(bacteria), 파이토플라즈마(phytoplasma), 바이러스(virus), 바이로이드(viroid)가 있으며, 작물 수확량 감소와 식물 성장 저해 및 식물체 고사 등의 피해를 유발한다. 경우에 따라 세균과 진균을 병원균이라 하고 바이러스 또는 다른 생물일 경우 병원체로 구분하기도 한다.

식물병원균에 의해 발생하는 다양한 식물 질병. (출처: GettyImages-504431854)

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식물병원균은 넓은 의미에서 식물에 질병을 일으키는 모든 생명체를 말하며 곰팡이, 세균, 원생생물, 선충, 바이러스 등을 포함한다. 식물병원균은 전세계 농작물의 수확량을 10% 이상 감소시키는 요인으로 알려져 있으며 각 병원체 단독으로 작용하기도 하지만 두 가지 이상의 요인이 복합적으로 작용할 때 더 심각한 피해를 초래할 수 있다. 감염은 병원체의 종류에 따라 다양한 방식으로 일어나며 대부분의 경우 병에 걸린 식물체가 나타내는 증세에 따라 감염의 종류를 판단할 수 있다. 감염은 식물 조직, 표면, 줄기 또는 뿌리 등 다양한 부위에 발생 가능하며 조직의 괴사, 갈변, 착과의 감소 등과 함께 심할 경우 식물체를 고사시킬 수 있다.  

진균은 생활사에서 영양기관(vegetative stage)과 생식기관(reproductive stage)을 가진다. 영양기관은 실모양의 균사체로 생장하다가 특정 조건에서 포자(spore)를 형성하여 대량으로 증식하며 식물에 피해를 주거나 과수에 병을 일으키는 등 식물에서 가장 심각한 병원체로 알려졌다. 주로 Colletotrichum 속의 곰팡이에 의해 발생하여 식물 잎이나 과실에 검은 반점을 일으키는 탄저병(anthracnose, Birds-eye spot), 식물조직의 황백화, 갈변, 조직괴사 등의 특성을 나타내는 역병(phytophthora), 사과와 포도 등 과수에 큰 피해를 일으키는 갈색무늬병(갈반병, leaf spot, septoria brown spot), 식물조직에 황백화현상이 발생하는 되는 위황병(Fusarium wilt, chlorosis) 등이 널리 알려진 진균성 병원체이다. 

국내외에서 다양한 세균병이 알려져 있으며, 우리나라에서는 한국식물병목록(1998)에 의해 약 99종 식물에 대한 식물세균병 152종이 보고되어 있다. 식물세균병은 증식속도가 빠르다는 점에서 다른 식물병원균에 비해 심각한 피해를 유발하는 경우가 많다. 주로 잎에 발생하며 병반이 불규칙적으로 넓게 발달하는 마름병, 곰팡이에 의해 발생하는 식물탄저병과 달리 점 무늬 주위에 황색 환이 나타나면서 병반이 확산되는 점무늬병(bacterial leaf spot), 식물체의 잎과 줄기가 푸른상태로 시들게 되는 시들음병(bacterial wilt), 식물조직이 물러서 썩게 되며 악취가 발행하는 무름병, 아그로박테리움(Agrobacterium)의 감염에 의해 뿌리나 줄기 등의 감염부위에 혹을 형성하는 혹병(crown gall), 감염부위가 쪼개진 듯이 움푹 파이는 증상을 나타내는 궤양병(bacterial canker), 식물체의 괴경이나 지하부 줄기, 뿌리 표면에 부스러기가 형성되는 더뎅이병 등이 있다. 

바이러스는 핵산과 단백질로 구성되어 있으며 핵산의 종류에 따라 RNA 바이러스와 DNA 바이러스가 있다. 바이러스 입자는 전자현미경으로 관찰 가능하지만 형태적으로 동정 되지 않는 경우가 많으며 기주식물에 나타나는 병증을 통하여 특성을 구별하는 경우가 많다. 흔히 나타나는 증상으로는 잎에 모자이크 모양의 무늬나 반점, 줄무늬 등이 나타나거나 모양이 변형되고 황화 위축되는 현상이 나타난다. 최근 일부 바이러스병에 대한 저항성 향상 작물이 개발되고 있으나 식물병을 일으키는 바이러스를 방제할 수 있는 농약은 거의 개발되어 있지 않아서 병든 포기를 발견하는 즉시 제거하는 등 전염원을 줄이는 것이 병의 확산을 방지하는데 중요하다.

파이토플라즈마는 마이코플라즈마형의 세균으로서 주로 식물의 체관에서 기생하고, 흡즙 곤충에 의해 매개된다. 파이토플라즈마는 단독으로는 배양이 되지 않지만 숙주 세포에서는 배양이 가능하다. 전자현미경으로 관찰이 가능하며 PCR을 이용할 경우 진단이 용이하다. 예전에는 바이러스병으로 알려 졌던 여러 질환들이 실제로 파이토플라즈마에 의한 것으로 밝혀졌으며 우리나라에서는 대추나무 빗자루병과 화훼작물 등에서 보고 되었다.  

바이로이드는 식물바이러스와 같이 핵산을 싸고 있는 외피 단백질이 없이 핵산만으로 구성된 병원체로서 바이로이드 게놈은 어떠한 단백질도 합성 할 수 없어서 짦은 단편의 RNA 자체가 병원체로 작용한다. 우리나라에서는 1980년대 중반에 홉과 감자에서 최초 확인되었고 수종의 화훼작물에서 병원체로 보고된 바 있다. 현재 바이로이드를 방제할 수단이 알려져 있지 않을 뿐 아니라 매개체(vector)도 잘 알려져 있지 않아 영양번식을 하는 식물에서 무병주 기주를 확보하고 안정적으로 대량 생산하는 것이 중요하다.

병원균의 생활사는 기주와 밀접한 관계를 맺고 있으나 때로는 병원균이 기주 밖에 존재하는 경우도 있다. 따라서 생활사를 정확히 이해하는 것이 식물병을 방제하는데 매우 중요하다. 병원균의 종류에 따라 1세대로 이루어지는 병(Mono-cyclic disease)과 수세대에 걸쳐 발생하는 병(poly-cyclic disease)로 구분된다. 대표적인 1세대형 병으로서는 사과와 배의 붉은별무늬병(적성병)으로서 병원균인 담자균이 사과나무에서 정자와 수포자를 형성하고 향나무에서 동포자와 담포자를 형성하는 생활사를 가진다. 이에 반하여 검은별무늬병, 탄저병, 흰가루병과 세균병 등 대부분의 식물병은 1년에 여러 세대를 반복하기 때문에 환경조건에 따라 발생량의 차이가 크고 대발생이 일어나기도 한다. 식물병원균의 생활사에서 전염원, 전파 방법, 침입과 감염방법, 잠복기 등의 요소가 중요하게 작용한다.  

식물체에 감염하는 곰팡이, 세균, 바이러스 및 파이토플라즈마는 각각 구분되는 증상을 나타내는 경우가 많지만 경우에 따라서 증상이 유사한 경우도 있다. 특히 바이러스의 경우 서로 다른 바이러스가 유사한 증상을 나타내거나 생리적으로 구분하기 어렵거나 증상을 나타내지 않는 경우도 있는데, 이럴 때에는 PCR법이나 특이적 항체를 이용한 ELISA 진단 방법 등이 활용되고 있으며 주요 질환의 경우 현장에서 간편하게 진단이 가능한 진단킷트도 개발되었다. 

고추 토바토반점위조바이러스 진단킷트 (출처: )

진균(fungi), 세균(bacterium), 바이로이드(viroid), 포자(Spore), 탄저병(anthracnose), 식물탄저병(anthracnose), 전자현미경(Electron microscope), 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction; PCR), 벡터(Vector), 효소 면역 측정법(ELISA)

박두상/한국생명공학연구원 

이하나/고려대학교