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Burkholderia속은 그람음성의 편성호기성 간균으로 이동성을 가지며 다양한 환경에서 널리 발견되는 종들이 포함되어 있다. 이들은 동물과 사람 그리고 식물에서 병원성을 나타내기도 하지만 자연계에서 잔류성 유기오염물질을 분해하는 중요한 역할을 하기도 한다. 이들 중 한국에서 발견된 야생형 벼 병원성 균주인 Burkholderia glumae BGR1과 Burkholderia gladioli BSR는 벼에 감염하여 세균성벼알마름병을 일으켜 수율 손실을 일으킨다. 세균성벼알마름병에 감염된 벼는 벼알이 갈변되고 부패되며 피해가 큰 경작지에서는 75% 이상의 수율손실을 일으켜 미작농가에 큰 피해를 주고 있다. 고온다습한 환경에서 병증이 심각하게 나타나며 이는 고온다습한 우리나라 기후에 있어서 이에 대한 방제대책마련이 꼭 필요하다고 할 수 있다.
B. glumae BGR1과 B. gladioli BSR3은 공통적으로 식물독소인 toxoflavin을 생성한다는 사실이 밝혀졌다. toxoflavin은 형광빛의 노란색을 지니며 빛과 산소가 존재하는 조건에서 ...

Burkholderia속은 그람음성의 편성호기성 간균으로 이동성을 가지며 다양한 환경에서 널리 발견되는 종들이 포함되어 있다. 이들은 동물과 사람 그리고 식물에서 병원성을 나타내기도 하지만 자연계에서 잔류성 유기오염물질을 분해하는 중요한 역할을 하기도 한다. 이들 중 한국에서 발견된 야생형 벼 병원성 균주인 Burkholderia glumae BGR1과 Burkholderia gladioli BSR는 벼에 감염하여 세균성벼알마름병을 일으켜 수율 손실을 일으킨다. 세균성벼알마름병에 감염된 벼는 벼알이 갈변되고 부패되며 피해가 큰 경작지에서는 75% 이상의 수율손실을 일으켜 미작농가에 큰 피해를 주고 있다. 고온다습한 환경에서 병증이 심각하게 나타나며 이는 고온다습한 우리나라 기후에 있어서 이에 대한 방제대책마련이 꼭 필요하다고 할 수 있다.
B. glumae BGR1과 B. gladioli BSR3은 공통적으로 식물독소인 toxoflavin을 생성한다는 사실이 밝혀졌다. toxoflavin은 형광빛의 노란색을 지니며 빛과 산소가 존재하는 조건에서 활성산소를 만들어내어 식물세포에 손상을 주는 것으로 알려져 있다. BGR1에서 toxoflavin은 LuxR–LuxI type의 quorum-sensing (QS) 연관 유전자들인 tof 유전자의 조절에 의해 tox operon이 활성화됨에 따라서 생합성이 된다는 사실이 비교적 자세히 밝혀졌지만, BSR3에 대한 연구는 아직까지 보고된 바가 많지 않았다. BGR1과 BSR3는 Whole Genome Sequencing을 통해 각각 전체 유전체의 정보가 해독되었고 이를 통해 이들의 QS에 관여하는 유전자들과 toxoflavin의 생합성에 관여하는 유전자들에서 유사성을 확인할 수 있었다. 그리고 BSR3 외에 다른 대표적인 식물병원성 B. gladioli인 B. gladioli KACC 11889 (글라디올러스에서 발견), KCTC 12374 (양파에서 발견), KACC 13944 (버섯에서 발견) 균주를 이용한 thin layer chromatography를 통해서 KACC 11889의 경우 다른 B. gladioli들과는 달리 toxoflavin을 생합성하지 못한다는 것을 발견하였다.
처음 실험을 진행 시 KACC 11889가 생성하지 못하는 이유가 toxoflavin의 생합성에 연관이 있는 tox operon과 유사성을 지닌 부위들에 차이가 있을 것이라고 가정하고 실험을 진행하였지만 염기서열상에서 다른 B. gladioli들과 큰 차이를 찾지 못했다. 그래서 그 상위 조절 유전자인 tof 유전자와 유사성을 지닌 부위를 대상으로하여 여러 쌍의 프라이머를 제작하여 반복PCR한 결과 KACC 11889는 다른 B. gladioli와 달리 이 부위가 결여되어있음을 확인하였다. pBBR1MCS-2 플라스미드를 이용하여 BSR3에서 tofI, tofM, tofR에 대해서 상동성을 보이는 유전자인 bgla_2g11050, bgla_2g11060, bgla_2g11070을 각각 하나씩 넣어준 재조합체, 그리고 세 유전자 모두를 넣어준 재조합체 KACC 11889를 구축하였고 뿐만 아니라 BGR1의 tofI (bglu_2g14490), tofM (bglu_2g14480), tofR (bglu_2g14470)을 각각 하나씩 넣어준 재조합체, 그리고 세 유전자 모두를 넣어준 재조합체를 구축하였다. 각 재조합체들의 toxoflavin의 생합성 여부를 TLC를 통해 확인한 결과 세 유전자를 모두 넣어준 KACC 11889인 11889ATOFIMR과 11889UTOFIMR은 wild-type KACC 11889와 달리 toxoflavin의 생합성능을 확인할 수 있었으며 이를 통해 B. gladioli 또한 B. glumae와 같이 QS system이 toxoflavin의 생합성을 조절함을 확인할 수 있었다. 또한 이들 재조합체를 볍씨와 양파에 감염시켜 이들의 wild-type KACC 11889와 병원성의 차이를 비교하여 확인한 결과 재조합체 KACC 11889이 감염된 식물에서 더 큰 병증을 유발함을 확인할 수 있었다. 그리고 연구 결과로QS system을 통해서 flagellar의 합성이 조절됨이 밝혀졌기에 QS system이 결여되어있는 KACC 11889의 경우 이동성이 결여되어 있을 것이라고 예측하고 Bacterial swarming motility assay를 수행하였다. 하지만 예상과는 달리 KACC 11889의 경우 BSR3와 마찬가지로 Swarming motility가 확인되었다. 이를 통해 KACC 11889가 BSR3와는 다른 QS system을 사용하지 않을까 추측할 수 있었다. Whole Genome Sequencing의 결과, BSR3의 경우 Whole Genome Sequencing을 chromosome의 QS system 이외에도 plasmid에서도 QS system에 관여하는 gene들을 발견하였는데 BSR3가 toxoflavin의 생합성에 영향을 주는 chromosome의 QS system을 사용하는 것과는 달리 KACC 11889의 경우 plasmid의 QS system을 사용하거나 혹은 이와는 별개의 독자적인 QS system을 사용하지 않을까 추측할 수 있었다. Toxoflavin의 생합성은 B. gladioli의 감염에 있어서 넓은 숙주 범위를 제공하는 장점이 있는 반면에 B. gladioli 스스로의 생육을 저해시킬 수도 있다는 단점을 가지고 있다. 다른 B. gladioli와 달리 KACC 11889는 toxoflavin을 생합성에 관여하지 않는 QS system을 사용하는 방향으로 진화하지 않았을까 추측할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 B. gladioli의 QS system을 완벽히 규명하는데 제한적인 면이 있지만 이를 통해 후속 연구에 대한 방향을 제시하는데 도움이 되었으면 한다.