1996년 미국 항공우주국(NASA)에서 실내식물이 톨루엔과 같이 인간에게 해로운 실내 가스를 제거하는 기능을 한다고 보고한 이후, 주요 실내식물인 관엽식물 및 난 등을 이용한 실내공기 정화에 대한 연구가 진행되고 있고, 최근에는 형질전환 기술을 이용하여 실내 공기 정화능력이 향상된 식물체를 개발하고자 하는 연구가 추진되고 있다.

농촌진흥청 국립원에특작과학원에서는 오염된 실내공기 중 톨루엔 가스를 제거시키는 능력이 증진된 화훼류 개발 연구를 수행 중 일반적으로 환경스트레스에 대한 저항성을 가지는 식물을 개발하고자 할 때 이용하는 유전자인 엔티피카이네이즈(NDP kinase) 유전자 AtNDPK2가 톨루엔 가스 제거 기능을 가짐을 확인하였다.

이번에 톨루엔 가스 제거 기능이 확인된 AtNDPK2는 고온, 다습 등 여러 가지 환경스트레스에 견디는 식물의 능력을 증진시킨다고 2003년에 경상대와 한국생명공학연구원 연구팀이 유명한 국제학술지인 PNAS저널에 연구 보고한 바 있다. 또한 국립원예특작과학원에서도 20011년도에 슈퍼옥사이드 디스뮤테이즈(supoeroxide dismutase) 유전자 SOD2와 AtNDPK2유전자를 복합 도입하여 아황산가스에 대한 저항성이 증진된 페튜니아를 개발한 바 있다.

본 연구팀은 대기의 주 오염원에 대한 저항성 증진 기능을 가진 이들 AtNDPK2 및 SOD2유전자가 실내 공기 제거 기능을 보유할 수 있지 않을까? 라는 가능성을 가지고 1㎥ 크기의 밀폐 챔버에 SOD2와 AtNDPK2유전자가 단독 또는 복합 도입된 페튜니아와 일반 페튜니아를 넣고 톨루엔 가스(1ppm)에 12시간 노출시킨 후, 챔버내 톨루엔 가스의 줄어드는 양을 측정하였다. 실험 결과, 환경스트레스 저항성 유전자 SOD2와 AtNDPK2가 톨루엔 가스를 제거하는 기능을 한다는 것이 확인되었다. 두 유전자가 복합 도입된 페튜니아는 일반 페튜니아 보다 톨루엔 가스를 1.5배 더 많이 제거하였고, AtNDPK2가 단독 도입된 페튜니아는 일반 페튜니아 보다 2.6배 더 많이 제거하는 것으로 조사되었다. 또한, 톨루엔과 같이 실내 유해가스인 포름알데히드 디스뮤테이즈(formaldehyde dismutase) 유전자 AtFALDH가 톨루엔도 제거할 수 있지 않을까? 라는 가능성을 가지고 AtFALDH가 도입된 페튜니아와 일반 페튜니아의 톨루엔 제거 능력 비교 실험을 실시한 결과, AtFALDH는 톨루엔을 제거하지 않는 것으로 확인되었다.

환경스트레스 저항성 유전자가 실내 유해가스인 톨루엔 제거 기능을 성공한 사례는 이번이 처음이다. 그러나 현재까지 톨루엔이 식물체내에 유입된 후 식물체내에서 어떠한 과정을 거쳐 분해되는지에 대한 연구된 바 없어, 환경스트레스 저항성 유전자의 톨루엔 제거 기작은 향후 연구가 필요한 부분이나 포름알데하이드와는 다른 경로의 식물체내 대사과정을 거쳐 분해는 것으로 판단된다.

본 연구팀은 현재 톨루엔 제거 능력이 증진된 실내식물을 개발하고자 경상대와 공동연구를 통하여 위에서 보고된 AtNDPK2유전자를 포함하여 총 3종의 유전자를 산호수에 도입하여 형질전환체를 획득 중에 있다. 톨루엔 제거 능력을 향상시킨 산호수가 개발되어 상업화된다면 화훼류 소비촉진에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

■이수영<농진청 원예원 화훼과 농업연구관>