잡초는 식물 바이러스병의 생태학적 측면에서 바이러스병 전반을 매개하는 주요 중간 기주로 알려져 있다. 잡초는 바이러스의 중간 기주 또는 월동장소로 이용될 뿐만 아니라 바이러스를 전반하는 매개 해충의 서식장소로 작용하며 바이러스 전염원의 역할을 한다(Coutts 등, 2009; Rist와 Lorbeer, 1991). 다년생 잡초의 경우, 오랜 기간 바이러스의 저장장소로 이용되므로 바이러스 감염에 대한 주의가 요구되며, 특히 일부 잡초 기주는 종자에서도 바이러스가 검출되므로 종자번식 시 계속해서 바이러스를 전반할 가능성이 있다(Edwardson과 Christie, 1986). 따라서 작물 재배 시 바이러스병 방제를 위해 포장 주변의 바이러스 감수성 잡초에 대한 관리가 필요하다.

고추는 바이러스병에 의한 피해가 높은 작물로, 국내에서는 16종의 바이러스가 보고되었으며, 그 중 오이모자이크바이러스(Cucumber mosaic virus, CMV), 잠두위조바이러스2 (Broad bean wilt virus 2, BBWV2), 고추마일드모틀바이러스(Pepper mild mottle virus, PMMoV), 고추모틀바이러스(Pepper mottle virus), 감자바이러스 Y (Potato virus Y), 토마토반점위조바이러스(Tomato spotted wilt virus, TSWV)에 의한 감염 빈도가 가장 높게 나타난다(Kim 등, 2011). 이들 바이러스들은 주로 접촉 및 해충에 의해 전반되므로 고추재배지 주변 잡초의 관리가 바이러스병 발생 빈도와 관련이 있다. 이들 바이러스 중 CMV의 경우 55종의 잡초 기주가 이미 미국에서 보고된 바 있으며(Hobbs 등, 2000), 국내에서도 BBWV2의 잡초 기주로 쇠무릎(Achyranthes japonica)이 보고되었고, TSWV의 경우도 쇠별꽃(Stellaria aquatis), 별꽃(Stellaria media)이 잡초 기주로 보고된 바 있다(Kwon 등, 2000; Lian 등, 2013). 속속이풀(Rorippa palustris)은 십자화과에 속하는 개갓냉이속 2년생 잡초로, 국내 야생지에서 서식하는 잡초의 주요 종으로 알려져 있다. 국내 기록에 의하면 R. palustris와 R. islandica 두 종이 모두 속속이풀로 불리는데 R. islandica는 국내에서 순무모자이크바이러스(Turnip mosaic virus)의 잡초 기주로 보고된 바 있으며(Choi 등, 1994), R. palustris는 R. indica와 더불어 CMV의 잡초 기주로 보고된 바 있다(Hobbs 등, 2000). 2014년 충남 당진의 고추재배 포장 및 주변 야생지에서 바이러스 증상을 나타내는 속속이풀을 채집하여 다양한 고추감염바이러스에 대한 감염 여부를 reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR)을 통해 조사한 결과, PMMoV와 CMV의 복합 감염이 확인되었다. 본 연구에서는 PMMoV의 잡초 기주로서 속속이풀을 세계 최초로 동정했으며, 속속이풀의 CMV 감염을 국내에서는 처음으로 확인하였다. 따라서 유전적 측면에서 이미 보고된 고추감염바이러스와의 관계를 알아보고자, 속속이풀에서 분리된 PMMoV와 CMV의 전체 염기서열을 분석하였고 이들의 계통발생학적 특성을 구명하였다.

모자이크와 황화 증상을 보이는 속속이풀(Fig. 1A)의 바이러스 감염 여부를 조사하기 위해 가장 대표적인 6종의 국내 고추감염바이러스에 대한 검정 프라이머(Table 1)를 이용하여 RT-PCR 진단을 실시하였다. 6종 고추감염바이러스에 대한 각 진단 프라이머를 이용하여 검정한 결과, 채집한 속속이풀 시료가 PMMoV와 CMV에 복합 감염되어 있음을 확인할 수 있었다(Fig. 1B). 한편, 속속이풀 채집 지역 인근의 고추 농가의 바이러스 발생 현황(Table 3) 조사에서도 CMV와 PMMoV가 다수 발생되어 속속이풀이 고추의 바이러스 감염에 대한 중간 기주로서 작용될 수 있을 것으로 예상되었다. 고추 PMMoV와 CMV의 중간 기주로서의 속속이풀의 역할을 증명하기 위해 먼저 속속이풀에서 분리한 PMMoV와 CMV의 전체 염기서열을 분석하였다. PMMoV는 Tobamovirus에 속하는 positive sense single-stranded RNA 바이러스이며, CMV는 Cucumovirus의 대표 바이러스로서 3개의 positive sense single-stranded RNA로 구성된 바이러스이다. 따라서 각 바이러스의 게놈에 대한 5’ 말단과 3’ 말단 프라이머를 제작하여 각각의 RNA를 증폭하였다. CMV의 경우 RNA1과 2는 말단 염기서열이 매우 유사하여 동일 프라이머를 이용하여 전체 유전자 증폭에 이용하였다. 최종 RT-PCR 산물은 각 RNA의 특이 프라이머(Table 2)를 이용하여 1 kb 간격으로 양방향 프라이머에 의해 염기서열을 최종적으로 확인하였다. 각 바이러스 RNA의 5’과 3’ 말단 염기서열은 RACE-PCR을 이용하여 결정하였다. 이렇게 분석된 전체 염기서열 결과, 속속이풀에서 분리된 PMMoV (PMMoV-RP)는 6,357개의 염기로 결정되었으며, NCBI Genbank에 수탁번호 KR108206로 등록하였고, CMV (CMV-RPDJ)의 경우 RNA 1, 2, 3는 각각 3,362개, 3,024개, 2,211개의 염기로 구성되어 있음을 확인하고 각 RNA에 대해 수탁번호 KT310080, KT310081 및 KT310082로 등록하였다.

전체 게놈 염기서열 결과를 바탕으로 국내외 보고된 PMMoV와 CMV의 다양한 분리주들과의 계통발생학적 유연관계를 분석하였다. NCBI GenBank에 전체염기서열이 등록된 PMMoV의 경우 대부분 고추에서 분리된 바이러스 염기서열이었다. 분리주들은 일본계통(TPO-2-19, Pa18, C1421, J, Iw, L4BV), 중국계통(CN), 브라질계통(BR-DF01), 인도계통(HP1), 스페인계통(S, Ia) 국내계통(Kr)의 총 12개 PMMoV를 수집하였고, outgroup인 TMV와 함께 계통분석을 실시하였다. PMMoV의 phylogenetic tree는 크게 2개의 cluster로 나뉘었으며 RP 분리주는 subgroup I에 포함되는 것으로 나타났다(Fig. 2). 염기서열 유사도 분석결과, PMMoV-RP 분리주는 12개의 PMMoV 분리주와 94.9% 이상의 상동성을 나타냈고 일본계통인 C1421, J 분리주와 99.7%로 가장 높은 유사도를 보였다. 또한 속속이풀 채집지역 주변의 고추에서 분리한 PMMoV (DJP1, DJP2)의 외피단백질 분석에서도 99%의 유사도를 나타내었다(data not shown). 이러한 유사성은 속속이풀이 PMMoV에 대한 바이러스 중간 기주로 작용하여 고추포장으로의 바이러스 전염을 매개할 수 있음을 시사한다.

CMV의 경우, 기존에 보고된 13개의 CMV 분리주와 outgroup으로 PSV에 대해 유연관계를 분석하였다(Fig. 3). 최근 고추에서 분리되어 전체 염기서열이 결정된 45개의 CMV 분리주 중에서 각 지역에서 대표로 10개의 분리주(RP2, RP5, RP8, RP17, RP19, RP28, RP31, RP35, RP44, RP47; Kim 등, 2014)를 선발하였고 그 외 국내 분리주인 GTN (Choi 등, 2015)과 CMV subgroup I, II의 대표 분리주인 Fny와 Q stain (Rezaian 등, 1985; Rizzo와 Palukaitis, 1989)에 대하여 계통분석을 하였다. 3개의 RNA에 대한 CMV phylogenetic tree 결과 CMV-RPDJ는 Fny가 포함된 subgroup I에 속하는 것으로 나타났다(Fig. 3). RNA1의 경우 RPDJ 분리주와 가장 높은 상동성을 보이는 분리주는 RP28 (98.7%), RP47 (98.5%), RP2 (98.4%)였으며 subgroup I의 다른 분리주와도 89.7%-90.9%의 유사도를 나타냈다. RNA2의 RPDJ는 RP8, RP17, RP19, RP31, RP35, RP44, GTN 분리주와 같은 cluster에 속하였으며 유사도는 99.3% 이상으로 나타났다. RNA3의 경우도 RNA2와 유사한 결과를 보였는데 RP17, RP19, RP31, RP35, RP44, GTN 분리주와 cluster를 이루었으며, 이들 분리주와의 상동성은 99.5% 이상인 것으로 조사되었다. 아울러, 인근 고추포장에서 분리한 CMV의 외피단백질 분석 결과에서도 PMMoV 경우와 마찬가지로 99% 이상의 상동성을 나타내었다(data not shown). CMV 계통분석 결과, RPDJ의 RNA1은 지역적으로 의성(RP28)과 하동(RP47)과 같은 남동부 지역의 분리주와 가장 유사한 반면(Fig. 3A), RNA2와 3는 서산(RP44), 청양(RP17), 충주(RP35), 부안(RP19)과 같은 중서부 지역의 분리주와 유사도가 가장 높은 것으로 나타났다(Fig. 3B, Fig. 3C). CMV는 주로 유전자 재배열(genetic reassortment) 과정에 의해 진화 및 다양성을 가지는 바이러스로서 RPDJ 분리주의 경우 다른 지역의 국내 분리주 간의 유전자 재배열에 의해 발생한 분리주임을 고려해 볼 수 있다.

국내 고추포장에서 PMMoV와 CMV는 단독 또는 복합감염의 형태로 가장 피해가 큰 대표적인 바이러스이다. 특히 CMV의 경우 진딧물에 의한 매개전염을 하므로 속속이풀이 매개충의 서식장소로 작용할 경우 지속적인 바이러스병 발생의 전염원이 될 수 있다. 또한 PMMoV는 종자전염이 가능하므로 PMMoV에 감염된 속속이풀이 전염종자로 번식을 한다면 지속적인 바이러스 저장장소의 역할을 할 가능성이 있어 주의를 기울일 필요가 있다(Lewandowski, 1999). 결론적으로, 고추포장에서의 PMMoV와 CMV의 발생 방제를 위해서는 포장 주변의 속속이풀 및 다른 잡초 기주의 관리가 병행되어야 할 것으로 보인다.