미소곤충으로 분류되는 총채벌레목은 고생대 페름기의 기 원하여 약 7,700 여종의 많은 종다양성을 지닌 분류군으로 이 들은 다시 약 1,200개 속으로 분류된다(Sharov, 1972;Ghosh et al., 2021). 한국에서 총채벌레는 31속 58종으로 알려져 있다(Woo and Paik, 1971). 이들 가운데 45종이 총채벌레과(Thripidae)에 속 하며, 이 가운데 26종이 해충이며 20종의 국내 토착종과 6종의 외래종으로 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis), 글라 디올러스총채벌레(Gladious thrips), 난총채벌레(Dichrimothrips smithi), 오이총채벌레(Thrips palmi), 귤총채벌레(Heliothrips haemorrhoidalis), 그리고 포인세티아총채벌레(Echinothrips americanus)를 포함한다(Lee et al., 2001).

최근 고추재배지에 우점 총채벌레종으로 보고된 꽃노랑총 채벌레는 1993년도에 제주도에서 발견된 이후 전국적으로 확 대되었다(Han et al., 1998). 이 해충은 다양한 기주 범위와 빠른 생활사(Katayama, 1997) 그리고 내한성(Katayama and Ikeda., 1995) 및 고온에 견디는 능력이 높아(Kim et al., 2022a) 시설재배 지를 중심으로 확대된 것으로 추정된다. 더욱이 겨울 동안에 높은 내한성으로 시설재배지에 존재하는 잡초를 중심으로 월동하는 것 으로 확인되었다(Kim et al., 2022b). 대조적으로 휴면을 하는 대만 총채벌레(F. intonsa)는 시설재배지는 물론이고 노지에서도 월동 이 가능한 것으로 밝혀졌다. 또한 비교적 기주 범위가 넓은 파총채 벌레도 인근에서 고추로 이동하여 간헐적으로 발생하게 된다(Kim et al., 2023a). 연중 시설재배지에서 발생한 총채벌레를 조사한 결 과 꽃노랑총채벌레와 대만총채벌레가 99% 이상을 차지하였고, 특 히 고온에 견디는 능력이 높은 꽃노랑총채벌레가 여름 이후 고추 에 발생하는 대부분 총채벌레를 차지하였다(Kim et al., 2022a).

경제적으로 비교적 고부가가치 작물로서 고추가 전국적으 로 재배되고 있으며, 이 가운데 경북 지역이 국내 최대 산지를 이루고 있다(KOSIS, 2020). 약 70여 종류의 병해충이 고추에 피해를 주고 있으며, 이 가운데 총채벌레가 포함된다. 시설에서 재배되는 고추를 대상으로 총채벌레의 발생을 조사한 결과, 꽃 노랑총채벌레와 대만총채벌레가 우점종을 차지하였다(Kim et al., 2021). 여기에 일시적으로 파총채벌레가 대발생하는 데 특 히 육묘장을 중심으로 나타났다(Kim et al., 2023a). 이들 총채 벌레는 긁어서 빨아먹는 섭식 행동으로 고추의 가해 부위가 백색 화되는 모습을 보이며, 또한 토마토반점위조바이러스(Tomato spotted wilt virus: TSWV)를 매개하여 일명 칼라병을 유발한 다(Kim et al., 2023b). TSWV에 감염된 고추는 성장기에 발육 이 억제되고, 성숙기에 고추의 열매에 동심원 병징을 주어 상품 성을 떨어뜨리게 된다(Park et al., 2009).

국내 고추는 시설재배지보다는 노지 조건에서 더욱 많이 재 배되고 있다. 특정 시기의 노지 재배지에서 발생한 총채벌레는 알려졌지만, 이들의 연중 발생은 잘 알려지지 않았다. 이에 본 연구는 고추 주산지인 안동을 중심으로 상이한 재배 조건의 고 추에서 발생한 총채벌레를 연중 조사하여 보고하게 되었다. 아 울러 TSWV에 내병성 고추 품종이 널리 보급되어 재배되지만, 이 바이러스에 의한 식물병 발생이 지속적으로 늘고 있다. TSWV 내병성 품종에 대해서 감염을 일으킬 수 있는 저항성붕 괴(resistance breaking: RB) 계통이 국내에서도 발생하였다 (Yoon et al., 2021). 이에 RB 계통의 돌연변이체가 본 연구의 조사지역에서도 검출되는지도 아울러 분석하였다.

재료 및 방법

총채벌레 발생 조사지역

경북 안동에 위치한 두 지역(송천과 용상)을 구분하여 노지 고추 재배지역으로 설정하여 조사하였다. 대조로서 안동시 구 담지역에 소재한 고추 시설재배지를 이용하였다. 조사 기간은 2023년 4월 10일에서 11월 15일까지 약 7개월간 매주 1회씩 진행 하였다. 각 재배지에 황색점착트랩(10×15 cm, Green Agrotech, Kyungsan, Korea)을 각 재배지당 3지점에 설치하였다. 이후 매 주 수거 및 교체하며 진행하였다. 총채벌레류의 밀도 조사를 위 하여 수거한 트랩을 실험실로 가져와 해부현미경(M165FC, Leica, Wetzlar, Germany) 하에서 Kim et al. (2021) 형태동정 기술로 종 동정하여 정리하였다.

TSWV 보독충 모니터링

매주 발생 조사 시기에 송천지역의 고추에 서식하는 약 30개 체를 포획하여 다중 PCR 검정(Yoon et al., 2020;Kim et al., 2023b)을 통하여 바이러스 보독 유무를 판정하였다. 이 분자진 단은 총채벌레 1마리를 Viral Gene-spin^™ Viral DNA/RNA Extraction Kit (Intron, Seongnam, Korea)을 이용하여 핵산을 추 출하였다. 추출된 핵산은 Supreme RT-PCR premix (Genetbio, Daejeon, Korea)를 이용하여 50°C에서 30분간 역전사시켰다. 얻어진 cDNA는 다시 95°C에서 2분간 초기 변성과정 이후 35회 PCR이 95°C-30초, 55°C-30초, 72°C-45초의 온도 주기로 진행 되었다. 이후 72°C에서 10분 최종연장을 추가하였다. ITS 영역 에서 꽃노랑총채벌레와 대만총채벌레에 특이적인 프라이머 그 리고 TSWV의 N유전자에 특이적 프라이머를 혼합하여(Kim et al., 2023b) 진행 후 1% 아가로즈젤에 전기영동하여 동정하였다.

NSs 서열 분석 및 유전적 거리분석

위 실험에서 TSWV N유전자에 특이적 프라이머를 이용하 여 증폭된 사슬을 얻은 샘플을 TSWV에 감염된 개체라고 판단 하여 이 샘플들의 핵산을 이용하여 non-structural protein encoded in S segment (NSs) ORF 영역을 증폭하였다. 프라이머 는 NSs-ORF-F (ATGTCTTCAAGTGTTTATGAGT), NSs-ORF-R (TTTTGATCCTGAAGCATACGCT)을 이용하여 Supreme RT-PCR premix (Genetbio, Daejeon, Korea)를 이용하여 50°C에 서 30분간 역전사시켰다. 얻어진 cDNA는 다시 95°C에서 5분간 초기 변성과정 이후 35회 PCR이 95°C-1분, 55°C-1분, 72°C-1분 의 온도 주기로 진행되었다. 이후 72°C에서 10분 최종연장을 추 가하였다. 이렇게 증폭된 샘플을 이용하여 염기서열 분석을 진 행하였다. 염기서열 분석은 NSs-ORF-F 프라이머를 이용하여 분석되었다. 유전자 거리 분석을 위하여 MEGA 6 프로그램의 Neighbor-Joining (NJ) 분석을 통해 분자계통수를 얻었다. 이 분자 계통수의 가지별 Bootstrap 수치는 1,000회 반복 분석으로 얻었다.

통계분석

야외 총채벌레 포획수를 상용로그로 변수변환하였다. 이 변 환 자료를 바탕으로 모니터링날짜를 nested design으로 설정하 고, 처리 효과인 조사지역과 총채벌레 종류를 난괴법으로 분산 분석하였다. 지역별 총채벌레 종 다양성 비교는 빈도분석을 SAS 프로그램(SAS Institute, 1989)의 PROC TABLE을 이용 하여 카이검정으로 실시하였다. 모든 가설 검정은 귀무가설 기 각역을 0.05로 설정하였다.

결 과

노지 고추재배지의 총채벌레 발생 현황

노지 조건(송천과 용상 재배지)에서 총채벌레의 발생은 5월 정식 후 관찰되기 시작하였다(Fig. 1A). 대조적으로 시설재배 지(구담 재배지)는 4월 정식 이후 이들 총채벌레가 발생하였다. 이후 노지 재배지에서는 크게 6월과 9월을 중심으로 2회의 대 발생 피크를 보였다. 특히 고온 시기인 7-8월에는 총채벌레의 밀도가 낮아졌다. 고추 수확이 이뤄지는 10월에는 이들 총채벌 레의 발생이 급감하여 10월 중순 이후에는 거의 발생하지 않았 다. 이들 노지 재배지의 발생 피크 양상은 두 재배지 환경 차이 에도 불구하고 큰 차이를 보이지 않았다(F = 9.02; df = 1, 2; P = 0.0953). 시설재배지에서도 이러한 2회 대발생 피크가 나타났 으나, 초기 6월 발생 피크가 노지 재배지에 비해 늦게 나타났으 나 9월 발생 피크는 유사하게 나타났다.

두 노지 재배지에서 연간 총채벌레 총 포획수는 고추와 대파 가 연결된 재배지에 비해서 고추 단독 재배지에서 약 2배 높게 나타났다(Fig. 1B). 그러나 발생한 총채벌레의 종별 분포를 보 면 두 재배지 모두에서 꽃노랑총채벌레와 대만총채벌레가 89.7% (송천 재배지), 87.8% (용상 재배지)로서 우점종으로 나 타났다. 이들 두 우점종은 유사한 발생 빈도를 보이면 이들 두 포장 사이에서도 큰 차이를 나타내지 않았다(X² = 0.0028; df = 2; P = 0.9986).

노지 고추재배지의 주요 총채벌레 발생 현황

꽃노랑총채벌레와 대만총채벌레를 대상으로 두 노지 재배 지에서 발생 현황을 분석하였다(Fig. 2). 이들 모두는 전체 총채 벌레의 발생 양상과 마찬가지로 두 재배지 모두에서 6월과 9월 대발생 피크를 나타냈다. 즉, 6월 대발생 이후 급격하게 낮아진 집단 크기가 8월 이후 이들 집단의 크기가 증가하면서 9월 대발 생으로 나타났다. 이러한 두 종의 총채벌레 발생 양상은 두 재 배지역 사이에서 유사하게 나타났다(F = 2.65; df = 2, 367; P = 0.0728). 즉, 송천과 용상 지역과 재배 조건 차이에도 불구하고 꽃노랑총채벌레(F = 1.34; df = 1, 45; P = 0.2527)는 유사한 발 생 패턴을 보였다. 다만, 대만총채벌레(F = 5.82; df = 1, 44; P = 0.0201)는 다소 발생 패턴이 달랐는데 이는 아마도 발생 초기 5 월에 송천 재배지의 높은 발생에 기인된 것으로 추정된다. 흥미 롭게도 이러한 발생 양상이 상이한 두 종 사이에서도 송천 재배 지(F = 0.01; df = 1, 43; P = 0.9369)와 용상 재배지(F = 3.35; df = 1, 46; P = 0.0736) 모두에서 유사하게 나타났다.

한편 비우점종들의 총채벌레 발생 양상은 우점종들과는 다 소 차이를 보였다(Fig. 3). 우점종들의 6월과 9월 두 발생피크에 추가하여 5월 및 8월에도 발생 피크를 보여 연중 3-4회 발생 양 상을 나타냈다. 두 재배지역 사이에서도 이들 비우점종의 발생 양상은 상이하여 송천 재배지에서는 5월 피크가 뚜렷하지만 용 상 재배지에서는 8월 피크가 높았다.

TSWV 보독충 연중 발생

비교적 총채벌레의 발생이 많은 송천 재배지를 중심으로 TSWV 보독충의 발생 현황을 모니터링하였다(Fig. 4). 총채벌 레의 발생 피크와 무관하게 정식 이후 보독충은 지속적으로 재 배지에서 검출되어 수확기까지 나타났다. 보독충은 꽃노랑총 채벌레와 대만총채벌레로 분류되었고, 이 가운데 보독충은 대 만총채벌레에서 보다 많이 검출되었다.

조사된 송천 고추 포장에는 일명 칼라병이 관찰 자료에 따르 면 약 30% 이상 발병하였다. 이 병의 병원체인 TSWV는 매개 충에 의해 전염된다. 특히 이들 가운데 RB를 일으키는 TSWV 돌연변이체가 국내에 발생하였다(Yoon et al., 2021). 본 연구 에서는 조사된 송천 고추재배지에 발생한 보독충에서 이들 RB 계통의 TSWV를 갖는지를 확인하기 위해 이 바이러스의 NSs 유전자 서열을 분석하였다(Fig. 5). 이 유전자의 전체 길이는 1,407 bp로서 468개의 아미노산 서열을 암호화하고 있다. 이 가운데 RB 돌연변이를 가지는 다형좌위를 중심으로 308-788 번째 사이의 염기서열을 분석하여 이를 162개 아미노산 서열 로 번역하였다. 이 아미노산 서열을 중심으로 5월에서 9월까지 9개체의 시료에서 얻어진 NSs 서열은 88.8-97.5%의 상동성을 보였다(Fig. 5A). 이들 서열을 계통수로 분석하면 5월과 7월 계 통이 6월과 9월 계통과 분리되는 현상을 나타냈다(Fig. 5B). 송 천지역 TSWV이 RB 존재를 알아내기 위해 RB 특징적 다형좌 위를 기반으로 비교한 결과 송천지역의 9개 시료 모두에서는 RB를 함유하지 않았다(Fig. 5C).

고 찰

국내 최대 조미채소 재배지를 갖는 고추는 다양한 병해충의 피해로 안정적 생산에 위협을 받고 있다(Ahn et al., 1998). 특히 최근 들어 총채벌레의 피해가 증가하면서 이들이 옮기는 TSWV 바이러스병이 고추 잎의 피해는 물론이고 과실에 피해 를 주어 생산량 및 품질 저하를 유발하고 있다(Lee et al., 2004). 다양한 총채벌레에 비추어 일부 특정 총채벌레 종들이 시설 고 추재배지를 중심으로 연중 발생하고 있다(Kim et al., 2022a). 그러나 고추의 주요 재배환경인 노지 재배지역에서 이들의 연 중 발생이 정확히 분석되지 않았다. 본 연구는 특히 고추의 주 산지인 안동지역을 중심으로 노지에서 재배되는 고추에 발생 한 총채벌레의 발생 상황을 주기적 모니터링으로 자료를 얻어 보고한다.

노지 재배환경에서 전체 총채벌레은 크게 6월과 9월에 주요 발생 피크를 보였다. 이는 안동지역에서 조사된 시설 고추재배 지에서 얻은 발생 피크와 시기적으로 유사하였다(Kim et al., 2022a). 더욱이 우점하는 총채벌레의 종류도 꽃노랑총채벌레 와 대만총채벌레로서 노지와 시설재배지들 사이에 유사하였 다. 그러나 시설재배지에서는 이 두 우점종들이 99%를 차지한 반면 노지재배지에서는 87.8-89.7%를 차지하는 데 그쳐 노지 조건에서 보다 다양한 기타 총채벌레가 발생하였다는 것으로 나타났다. 또한 우점종들 사이에서도 발생 비율에 차이를 보여, 시설재배지에서는 꽃노랑총채벌레가 대만총채벌레 보다 많은 전체의 76% 이상을 차지하였지만, 노지재배지에서는 두 종이 유사한 비율로 나타나는 것을 보였다. 시설재배지에서 꽃노랑 총채벌레 발생밀도의 우세는 여름기간 이후에 두드러져서 여 름기간 시설재배지에서 일어나는 고온에 대한 내성이 꽃노랑 총채벌레가 대만총채벌레에 비해 높은 것으로 해석하였다 (Kim et al., 2022a). 반면 노지에서는 시설재배지 만큼 높은 고 온이 일어나지 않고 국부적으로 고온 노출을 피할 수 있어 대만 총채벌레의 생존에 유리하였을 것으로 사료된다. 기주는 다르 지만, 국화 재배지에서 꽃노랑총채벌레의 연중 발생 밀도를 분 석한 결과에서도 6월 및 9월에 유사한 주요 피크를 보여(Park et al., 2002), 이 시기에 이 총채벌레의 발생이 여러 기주에서도 나 타날 것으로 추정된다. 한편 전북지역에서 2002년에서 2004년 에 걸쳐 3년간 노지 고추 재배지역에서 총채벌레 발생을 조사 한 결과는 연중 4회(6월, 7월, 8월 및 9월)의 발생을 보고하였다 (Moon et al., 2006). 이는 안동지역에서 발생한 패턴과 차이를 보였는데, 전북지역에서는 안동지역에서 나타나지 않은 7월과 8월에 높은 피크를 나타냈다. 이러한 차이가 지역에 따른 차이 인지 아니면 약 20년의 차이에 따른 기후변화에 기인된 것인지 는 현재로서는 판단하기 어렵다. 이를 해결하기 위해서는 이러 한 총채벌레 발생 조사가 여러 지역에서 지속적으로 이뤄질 필 요가 있다는 것을 제시하고 있다.

TSWV는 고추를 비롯하여 80과 이상으로 분류되는 약 900 여종의 식물을 감염시킬 수 있는 넓은 기주 범위를 지니고 있다 (Goldbach and Peters, 1994). 이 바이러스의 게놈은 3 조각의 RNA로서 각각 L (large, 8.9 kb), M (medium, 4.8 kb), S (small, 2.9 kb) 조각으로 외피단백질에 포함된다(Kormelink et al., 2011). L 조각에는 RNA 복제에 관련된 RdRp 유전자, M 조각 에는 당단백질을 암호하는 G_N/G_C 유전자와 비구조단백질인 NS_M 유전자를 암호하며, S 조각에는 RNA 결합단백질인 N 유 전자 및 비구조단백질 NSs 유전자를 암호화하고 있다. 약 7,700 여종의 총채벌레 가운데 현재까지 단지 9종의 총채벌레가 TSWV를 매개하는 것으로 알려지고 있다(Rotenberg et al., 2015). 이 가운데 국내에는 4종의 총채벌레가 존재한다. 특히 꽃노랑총채벌레는 다수의 기주를 가해하면서 전 세계적으로 TSWV를 매개하는 주요 매개충으로 주목을 받아 왔다(Reitz et al., 2020). 국내에는 이 꽃노랑총채벌레가 1993년에 최초로 보 고되었다(Lee et al., 2001). 이후 빠르게 국내 전역에 침입하여 고추를 중심으로 다양한 작물에 피해를 주고 있다. 흥미롭게도 국내에서 TSWV 발병이 최초로 2003년에 보고되면서 이후 전 역으로 이 바이러스병이 확산되고 있다(Kim et al., 2004). 본 연구에서도 송천 지역에서 보독충 비율을 조사한 결과 많게는 20% 가량 나타났다. 흥미롭게도 꽃노랑총채벌레에 비해서 대 만총채벌레의 보독율이 높아 노지 환경의 특수성으로 추정된 다. 그러나 전체 보독충의 9개체에 불과하여 두 우점종에 대한 상대적 보독충 비율 비교는 보다 많은 지속적 분석이 이뤄져야 할 것으로 본다.

TSWV 감염을 대처하기 위해 전 세계적으로 Tsw 유전자를 기반으로 내병성 품종 개발 및 농가 보급을 통해 이 바이러스 병의 확산을 저지하였다(Jahn et al., 2000). 그러나 RNA 바이 러스 특징적으로 빠른 돌연변이 개체는 NSs 유전자의 점돌연 변이를 통해 RB 계통을 만들었고, 이를 통해 기존의 Tsw 기반 의 내병성 품종의 효력을 떨어뜨렸다(Almási et al., 2017). 국 내에서도 2021년에 RB 계통의 TSWV-P1이 알려지게 되었고 (Yoon et al., 2021), 이러한 RB 원인이 바이러스 입자 형성과정 에서 3개의 조각 RNA 게놈 재구성시 RB 계통의 S segment를 획득하여 형성된 것으로 추정하였다(Kwon et al., 2021). 본 연 구에서 분석된 모든 TSWV 개체에서는 RB 계통을 발견하지 못하였다. 따라서 RB 계통이 아닌 TSWV가 고추의 TSWV 식 물바이러스 병을 유발하였다는 것을 의미하였다. 이는 NSs 이 외의 유전자에서 RB를 유발할 수 있다는 가능성을 열어 놓았 다. 또한 내병성 개체라 하더라도 저항성 한계를 넘어서는 지속 적 바이러스 감염은 이 식물병을 유발할 수 있다는 양독반응에 대한 가설을 세울 수 있다. 그러나 조사한 개체수의 제한성으로 실제 RB 계통의 바이러스가 존재하였으나 탐지 못 하였을 가 능성도 배제할 수 없다. 향후 보다 광범위한 시료 채취 및 염기 서열 분석이 이뤄져야 할 것으로 사료된다.

이상은 노지 고추재배지에서 발생하는 주요 총채벌레의 연 중 발생 현황과 아울러 TSWV의 유전자 변이를 분석한 결과를 보여주었다. 그러나 시설재배지와 비교하면 보다 다양한 비우 점종들의 총채벌레에 대해서는 종 동정이 이뤄지지 않았다. 향 후 이들 소수의 총채벌레 종들에 대해서도 분류 및 생태 조사가 이뤄질 필요가 있다. 또한 RB 계통의 TSWV를 검출하지 못하 였지만, 재배되는 내병성 고추에서 나타난 이 바이러스 병의 원 인에 대해서도 추적할 필요가 있다.