매실나무(Prunus mume Siebold & Zucc.)는 장미과(Rosaceae) 벚나무속(genus Prunus)에 속하며, 한국, 대만, 일본, 중국 등에서 재배되고 있는 주요 경제적 작물이다[1]. 우리 나라의 경우, 매실나무에는 Botrytis cinerea 의한 잿빛곰 팡이병, Phomopsis vexans에 의한 갈색썩음병, Tranzschelia pruni-spinosae에 의한 녹병 등 15종의 병해가 보고되어 있 다[2-4].
국내 매실에 녹병을 일으키는 병원균인 T. pruni-spinosae는 전 세계적으로 분포하고 있으며, 복숭아, 자두, 앵두 등 대부분의 핵과류에서 발생한다[5]. 또한 위 병원균은 국내 에서 매실(P. mume)과 이스라지(P. japonica)나무에서 발생 하며[2], 특히 감염된 잎과 과실에서는 검은 반점 증상이 관 찰되는 것이 특징이다[5]. 하지만 본 연구에서는 국내 매실 에서 미 보고된 녹병균에 의한 새로운 병징을 관찰하고, 이 상증상을 일으키는 병원균에 대한 균학적 특징 및 계통학적 분석을 실시하였다. 이에 본 논문에서는 국내 매실에서 이 상증상을 일으키는 녹병균을 처음으로 보고하고자 한다.
병징 및 균학적 특징
2015년 5월 중순, 경상북도 의성군의 매실 과원(N 36° 27'44", E 128°43'37")에서 꽃눈에서 엽화증상이 관찰되었다 (Fig. 1). 비정상조직의 형태는 정상적으로 생육한 꽃눈 및 정상 잎 등과 명확하게 구분되었으며(Fig. 1A), 관찰되는 이 상 병징의 외부에는 주황색의 돌기가 관찰되었다(Fig. 1B). 또한 이러한 엽화증상은 꽃눈에서만 특이적으로 관찰되었 으며, 잎이나 과실 등에서는 관찰되지 않았다(data not shown). 엽화증상에서 병원체의 관찰은 광학현미경(BX-50; Olympus, Tokyo, Japan), 디지털 현미경(DIMIS-M; Siwon Optical Technology, Anyang, Korea) 및 주사전자현미경 (Hitachi SU8220; Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하였다. 디 지털 현미경 및 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 주황색 의 돌기는 녹병정자기(spermagonium)로 확인되었고, 내부 에는 사슬형(catenulate)으로 배열된 많은 녹포자(aeciospore) 가 관찰되었다(Fig. 2A, 2B ). 녹포자는 대부분 구형, 타 원형 혹은 난형, 크기는 약 22.8~35.6 × 19.8~36.8 μm (Fig. 2C), 녹포자의 표면은 무사마귀형(verrucae)이었다(Fig. 2D). 기주식물에서 엽화증상을 일으키는 것으로 기 보고된 Caeoma spp.의 형태적 특징을 검색하고[6-9], 녹포자 특징을 비교한 결과(Table 1), 본 연구의 매실에서 관찰된 녹포자의 형태는 일본에서 보고된 C. makinoi와 일치하였고[7], 매실에 엽화증상을 나타내는 병원체는 C. makinoi에 의한 것으로 추정되었다.
병징 및 균학적 특징
본 병원균의 분자계통학적 유연관계를 분석하기 위한 녹 포자의 total genomic DNA 추출은 HiGene Genomic DNA prep kit (BIOFACT, Daejeon, Korea)를 이용하여 실시하였 다. Pucciniales에 속하는 녹병균과의 계통학적 유연관계를 분석하기 위해, 추출된 genomic DNA의 large subunit (LSU) rDNA와 18S rDNA 영역을 분석하였다[10]. 18S rDNA 영역을 증폭하기 위해 NS1/Rust 18S-R primer pair를 이용하 여 PCR을 수행하였으며[10, 11], LSU rDNA 영역의 일부 를 증폭하기 위해 Rust2inv/LR6 primer pair를 이용하여 PCR을 수행하였다[12, 13]. 증폭된 PCR 산물은 정제 후 염 기서열 분석을 의뢰하였다(SolGent, Daejeon, Korea). 그 결과, LSU rDNA 일부 영역 및 18S rDNA 영역에서 각각 약 1,300 bp와 1,700 bp의 염기서열을 획득하였으며, 염기 서열은 NCBI Genbank에 각각 LC198776과 LC198777로 등록하였다. 계통학적 분석을 위해, Pucciniales에 속하는 녹병균의 LSU rDNA 일부 영역 및 18S rDNA 영역의 염기 서열을 수집하고, 계통학적 유연관계는 Kimura-2-parameter 모델을 기반으로 한 maximum likelihood법으로 MEGA 7 프로그램을 통해 분석되었다. 그 결과, 국내 의성군의 매 실나무의 엽화증상에서 관찰된 녹병균은 Mikronegeriineae 에 속하였으며, 일본에서 분리된 C. makinoi (Teleomorph: B. smilacis)와 100% 일치하는 것으로 확인되었다(Fig. 3).
Fig. 3
Phylogenetic analysis conducted based on the sequences of 18S rDNA and large subunit (LSU) rDNA using allied species of Caeoma makinoi. Platygloea vesitita was used as the outgroup. The tree was constructed using the maximum likelihood method with 1,000 replicates (values < 80 are not shown). The bar represents a phylogenetic distance of 0.02%.
Caeoma makinoi는 녹균강(Pucciniomycetes) 녹균목(Pucciniales) 에 속하는 녹병균이며, 한국과 일본에서 발생이 보 고되어 있다[14, 15]. C. makinoi의 완전세대명은 Blastospora smilacis이며, 청가시덩굴(Smilax sieboldii)과 기주교대 하는 것으로 알려져 있다[6]. 위 녹병균은 매실의 꽃눈에 엽화(Chlororanthy)를 일으키며, Kusano [15]에 의해 처음 명명되었다. 일본에서는 1971년 나가노현의 매실나무에 대 발생하여, 매실 농가에 막대한 경제적인 피해를 입힌 것으 로 알려져 있으나[16], 이후 본 병원균에 대한 추가적인 발 생보고 및 역학적인 연구는 보고된 바 없다. 국내의 경우, 살구나무에서 C. makinoi에 의한 녹병이 보고되었으나 [14], 발생한 병원균의 형태적 특징 및 매실나무에서 발생 한 병원균에 대한 보고는 연구된 바 없다.
녹병균은 기주에 따라 혹(gall), 총생(witches’ broom) 및 변형(malformation)을 유발한다고 보고되어 있으며, 특히 감염된 기주에 총생을 일으키는 녹병균으로는 Aecidium magellanicum, Atelocauda digitata, Caeoma spp., Chrysomyxa arctostaphyli, Endoraecium acacia, Melampsorella caryophyllacearum 등 9종이 알려져 있다[17]. 그 중 국내에 는 Caeoma makinoi (Teleomorph: B. smilacis)에 의한 살 구나무 녹병과 M. caryophyllacearum에 의한 전나무 빗자 루병이 보고되어 있으나[14, 18], 그 외 녹병균은 보고되지 않았으며[19] 국내에 보고된 C. makinoi의 경우, 병원균에 의한 엽화 및 총생증상에 대한 보고는 없었다[14].
Ono 등[7]에 따르면, C. makinoi는 청가시덩굴(Smilax sieboldii)에서 여름포자세대와 겨울포자세대를 갖는다고 보 고되어 있다. 또한 교차 접종실험을 통해 매실에서 관찰되 는 C. makinoi의 녹포자를 청가시덩굴에 접종하면 10~17 일 후 여름포자가 형성되고, 약 1개월 후 겨울포자가 형성 되며, 청가시덩굴에서 관찰되는 담자포자(Basidiospore)를 다시 매실나무에 접종하면 동일한 엽화증상이 나타난다고 보고되어 있으나[7], 아직까지 국내 청가시덩굴에는 B. smilacis가 보고된 바 없다.
본 연구에서는 국내 매실나무에서 엽화증상 일으키는 병 원균을 Caeoma makinoi로 동정하였으며, 이에 C. makinoi 에 의한 녹병을 매실나무 꽃눈녹병으로 제안하는 바이다. 추가적으로 매실나무 꽃눈녹병의 전국적인 발생조사와 매 실나무와 기주 교대를 하는 청가시덩굴에서의 발생 양상도 함께 조사해야 할 것으로 생각된다.
적 요
2015년 5월, 경상북도 의성군 소재 매실과원에서 비정상 적인 엽화증상이 매실나무에서 관찰되었다. 관찰된 엽화증 상에서는 외부에 주황색의 돌기가 관찰되었고, 실체현미경 으로 관찰한 결과 녹포자퇴로 확인되었다. 자세한 형태를 관찰하기 위해 광학현미경과 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 녹포자는 구형, 타원형 또는 난형이었고, 약 22.8~35.6 × 19.8~36.8 μm 크기를 가지면서 표면은 무사마귀형 으로 관찰되었다. 녹포자의 정확한 동정과 계통학적 유연 관계 분석을 위하여, 18S rDNA와 large subunit rDNA 영 역을 증폭시킨 후 염기서열을 분석하고 계통학적 유연관계 를 분석하였다. 그 결과, 매실나무의 엽화증상에서 관찰된 병원균은 일본에서 분리된 Caeoma makinoi (Teleomorph: B. smilacis) 균주와 100% 일치하는 것으로 확인되었다. 따 라서 본 연구에서는 국내 매실나무에서 엽화증상을 일으키 는 녹병균을 Caeoma makinoi로 보고하고, 위 병원균에 의한 매실나무 엽화증상을 매실꽃눈녹병으로 제안하고자 한다.
