급속한 전지구적 기후변화와 함께 국제 무역의 증가로 인해 외래 해충의 국내 유입이 꾸준히 증가하고 있다(Hill et al., 2010;Kiritani, 2001). 외래 해충은 농업 생산에 막대한 피해를 끼칠 수 있기 때문에, 세계 각국은 검역을 통해 외래 해충 유입으로 인한 피해를 최소화하며 자국의 농산물을 보호하고 있다(Morschel, 1983). 우리나라 또한 1961년부터 식물 검역 제도를 도입하여 외래 해충 유입 방지에 힘쓰고 있다(Hong et al., 2012).

다양한 해충 가운데, 총채벌레는 원예작물과 농작물의 잎, 과실, 꽃 등 다양한 부위에 얼룩이나 반점을 남겨 생육에 영향을 미치며, 이로 인해 상품성이 저하되는 피해를 초래한다(Anantha- krishnan, 1982;Lewis, 1973). 또한 대부분의 총체벌레는 기주 범위가 비교적 넓고 번식성이 강하며, 농약의 침투가 어려운 꽃 받침 속이나 조직 내에 알을 낳는 특성 때문에 방제가 어려운 해충이다(Ananthakrishnan, 1993;Robb et al., 1995;Yudin et al., 1986). 일부 총채벌레는 섭식 과정에서 바이러스를 전파해 2차 피해를 유발하며, 원예작물 재배 방식이 노지에서 항온, 항습 조건의 시설재배로 변화하면서 총채벌레의 피해가 증가하고 있다 (Woo, 1972).

1970년대 이후 원예작물의 교역이 활발해지면서 북아메리카 서부가 원산지인 Frankliniella occidentalis Pergande, 1895 (꽃노랑총채벌레)는 전 세계로 확산되었고(Demirozer et al., 2012;Kirk and Terry, 2003;Minakuchi et al., 2013), 남부 아시아가 원산지인 Thrips palmi Karny, 1925 (오이총채벌레)는 열대 및 아열대 전역으로 퍼졌다(Cannon et al., 2007). 국내에서는 1971년 Frankliniella intonsa (Trybom, 1895, 대만총채벌레)가 처음으로 기록되었으며, 1993년 제주도 감귤 농장에서 발생한 F. occidentalis가, 같은 해 제주도 고추 시설하우스에서 T. palmi 가 공식적으로 처음 발견되었다. 현재 이들은 전국적으로 분포하여 시설 원예작물의 주요 해충이 되었다(Ahn et al., 1994;Han et al., 1998;Woo and Paik, 1971).

농림축산검역본부 병해충정보시스템(Pest Information System; PIS, 2024)에 따르면, 국내로 수입되는 화훼류는 2015년 10,537건에서 2024년 31,200건으로 지난 10년간 약 3배 증가했으며, 품목 또한 89종류에서 225종류로 다양화되고 있다(Table 1). 이러한 화훼류에는 육안으로 식별하기 어려운 총채벌레가 포함될 가능성이 있어 이에 대한 특별한 관심과 관리가 필요하다 (Park et al., 2022). 외국에서 수입되는 식물류는 반드시 농림축 산검역본부의 검역 절차를 거쳐야 하며, 이 과정에서 발견된 병해 충은 식물방역법 시행령에 따라 병해충 위험 분석을 통해 규제병 해충, 잠정규제병해충, 비검역병해충으로 분류된다(PPA, 2023).

규제병해충은 적절한 조치(소독 또는 폐기)를 하지 않을 경우 식물에 심각한 해를 끼칠 수 있는 병해충으로, 다시 검역병해 충(금지병해충, 관리병해충)과 규제비검역병해충으로 세분화된다. 한편, 규제병해충 및 잠정규제병해충에 해당하지 않고 국내에 널리 분포하여, 수입 농산물에 부착되어 있더라도 소독 등의 검역 조치가 필요 없는 병해충은 비검역해충으로 분류된다 (PPA, 2023).

검역 과정에서 총채벌레가 알이나 약충 상태로 검출되는 경우, 정확한 종 동정을 위해 수일에서 길게는 2주까지 사육이 필요하다. 하지만 신선도가 생명인 생화류 특성상 대부분의 화주는 사육 완료 이전에 자진 소독을 요청하고 있어 과(科)나 속(屬) 수준으로 동정이 마무리되고 있는 실정이다.

2003년 Hebert에 의해 제안된 DNA 바코드는 염기서열 종간 비교를 통해 빠르고 정확한 동정을 가능하게 할 수 있는 방법이다(Hebert et al., 2003). 현재 DNA 바코드는 여러 분야에 활용되고 있는 분자생물학적 방법으로 농림축산검역본부, 국립생물자원관, 농촌진흥청 등 여러 국내 연구기관에서도 DNA 바코드 유전정보 생산과 데이터베이스 구축 및 유전정보 공유를 위한 연구를 활발히 수행하고 있다(Bae et al., 2016;NAS, 2013).

검출된 총채벌레를 대상으로 DNA를 추출하여 형태적 동정과 함께, 유전적 정보를 확보하여 데이터베이스화하고자 했다. 또한 본 연구에서는 최근 10년(2015-2024년) 동안 수입절화에서 검출된 총채벌레목의 검출 기록을 수집하여 검출 동향을 분석함으로써 검역 업무의 효율성과 정확도를 높이고자 한다.

재료 및 방법

검출 동향 분석

본 연구는 농림축산검역본부의 내부 정보망인 Pest Information System (PIS)를 활용하여 수입절화에서 검출된 총채벌레 자료를 조사하였다(PIS, 2024). 연구 대상은 2015년부터 2024년까지 수입된 절화의 품목별, 수입 국가별 총채벌레목 검출 동향을 분석하였다. 검출 데이터의 정확도를 높이기 위해 과(Family), 속(Genus) 수준으로 동정된 자료는 제외하고, 종(Species) 수준에서 동정된 자료만을 대상으로 분석을 진행하였다. 수입 건수와 검출 건수 간의 피어슨 상관관계 분석은 Python (버전 3.8)과 SciPy 라이브러리(버전 1.10)의 stats. pearsonr 함수를 사용하여 수행하였다.

시료확보

DNA 바코드 분석을 위한 시료는 농림축산검역본부 지역본부(인천공항, 중부) 시험분석과를 통해 2018-2023년 수입절화에서 검출되어 형태 동정된 액침표본 시료 398개체를 확보하였다(Table 2).

DNA 추출 및 염기서열 분석

수집된 시료는 각 개체별로 DNA를 DNeasy Blood & Tissue Kit (Qiagen, Hilden, Germany)를 이용하여 추출하였다. 액침 표본 상태의 총채벌레를 Lysis buffer와 proteinase k 용액을 처리하여 실온에서 12시간 이상 용해시켜 시료를 건져낸 용매를 사용하였다. 건져낸 시료는 슬라이드 표본을 만드는데 사용하였다. 이후 kit의 메뉴얼을 따라서 DNA를 추출하였다. Accu- PowerⓇ PCR Pre-Mix 키트(Bioneer, Daejeon, Korea)에 추출한 DNA 1㎕와 각 프라이머(10 pmol) F/R-1㎕씩 넣은 후 17㎕ 의 멸균증류수를 추가하여, 전체 20㎕의 반응량으로 준비하였다. 실험에 사용된 프라이머는 MTD7.2F (5' ATT AGGAGCH CCHGAYATAGCATT 3')와 MTD9.6R (5' CAGGCAAGAT TAAAATATAAACTTCTG 3')를 이용하여 COI 유전자를 증폭하였다(Brunner et al., 2002). PCR 조건은 initial denaturation 95°C/3분, denaturation 95°C/30초, annealing 52°C/30초 extension, 72°C/50초 35회, final extention 72°C/5분으로 진행했다. PCR 산물은 2% agarose gel에서 확인하였고, ㈜마크로젠(Sejong, Korea)에 정제 및 시퀀싱을 의뢰하였다. 염기서열 편집은 Seq- Man 7.1 프로그램(DNASTAR, Madison, WI, USA)과 BioEdit 7.2 프로그램(Ibis Biosciences, Carlsbad, CA, USA)을 사용하였으며, NCBI (www.ncbi.nlm.nih.gov)의 BLAST와 BOLD Systems (https://boldsystems.org)을 이용하여 염기서열을 비교 검색하였다. 계통수 분석은 MEGA 7.0 프로그램을 이용하여 Maximum Likelihood tree (Guindon et al., 2010)방법으로 분석하였고, sequence distance는 1000 replication의 boostrap value에 의해 계산되었다(Kumar et al., 2018). DnaSP 6.0 이용하여 Sequence 별 haplotype, 국가별 Pairwise distance (Fst) 값, Tajimas’s D test 값을 추정했다(Rozas et al., 2017).

결과

식물검역 검출 동향 분석

검출 건수 분석

PIS 분석에 따르면 2015년부터 2024년까지 절화류의 수입 건수는 2015년 10,537건에서 2024년 31,200건으로 10년간 약 196%의 증가율을 보였다. 이와 함께 해충 검출 건수도 2015년 1,286건에서 2024년 4,014건으로 같은 기간 동안 약 210% 증 가하였다. 그중 총채벌레목의 누적 검출 건수는 13,960건으로, 이는 전체 절화류에서 검출된 해충 총 26,829건 중 약 52%의 높은 비중을 차지했다. 총채벌레목의 검출 건수는 꾸준히 증가하여 2015년 438건에서 2024년 2,494건으로 약 4.7배 이상 증가 했다(Table 1).

총채벌레목 중 가장 높은 검출 빈도를 보인 종은 F. occidentalis (6,219건), T. tabaci (3,070건), F. intonsa (973건) 순으로, 이들 3종이 전체 검출 건수의 77%를 차지하였다. 이 중 F. occidentalis는 비검역 해충으로 분류되며, 총 119개 품목에서 24개국에 걸쳐 다양한 국가에서 검출되었다. 관리 해충으로는 Frankliniella fusca 가 100건으로 가장 높은 검출 빈도를 보였으며, Frankliniella schultzei 는 11개국의 19개 품목에서 발견되었다(Table 3). 동기간동안 미성숙상태로 검출된 건수는 총 2,349건으로 전체 총채 벌레류 검출 건수 13,960건의 약 17%를 차지하였다. 미성숙상태의 총채벌레는 형태적 분류키가 확립되지 않아 형태적 동정이 불가능하였다. 농림축산검역본부의 규정은 미성숙태의 해충 검출 시, 형태적 동정이 가능한 성충으로 사육 후 동정하게 되어 있으나, 모든 수입업자들은 수입화물의 신속한 통관을 위해 자진하여 소독을 신청하므로, 검출된 약충의 종동정은 이뤄지지 않았다.

검출 품목 분석

총채벌레목 검출 품목 수는 꾸준히 증가 추세를 보였으며, 특히 2018년 이후 급격한 상승세를 나타냈다. 2021년에는 106개 품목으로 정점을 기록한 후 점차 감소하는 양상을 보였으나, 2024년에는 149개 품목에서 검출되며 최고치를 경신했다 (Table 1). 이는 총채벌레목 검출 품목 수가 2015년(42개) 대비 254.8% 증가하고, 2023년(95개) 대비 56.8% 이상 증가한 결과로 분석됐다.

가장 많은 총채벌레가 검출된 품목은 10.8%로 장미절화 (1,511건)에서 발생했으며, 이 중 F. occidentalis (1,145건)와 T. tabaci(128건)가 주요 검출 종으로 확인되었다. 장미에 이어 클레마티스 (1,360건, 9.7%), 카네이션(1,265건, 9.1%), 국화(918건, 6.6%)절화가 높은 검출 빈도를 보이는 품목으로 확인되었다. 장미, 클레마티스, 카네이션, 알스트로에메리아 절화에서는 F. occidentalis가 압도적으로 많이 검출되었으며, 칼라와 아스틸베 절화에서는 T. tabaci가, 국화에서는 F. intonsa가 우세한 검출 빈도를 보였다(Fig. 1).

검출 국가 분석

총채벌레 검출 건수가 가장 높은 국가는 네덜란드(NED)로, 총 7,067건이 보고되어 전체 검출 건수의 50.6%를 차지했다. 그 뒤를 중국(CHN, 13.9%), 콜롬비아(COL, 13.1%), 에티오피아(ETH, 7.4%), 남아프리카공화국(RSA, 5.0%)이 이었다. 또한 검출 품목의 다양성에서도 네덜란드가 103개 품목으로 가장 많았으며, 그 다음으로 중국(59개), 일본(JPN, 33개), 콜롬비아(30 개), 에티오피아(15개)순으로 나타났다(Fig. 2).

연도별 분석

연도별 주요 검출 품목을 살펴보면, 장미, 카네이션, 알스트로에메리아 절화는 검출 빈도가 꾸준히 증가한 반면, 헬레보러스, 아스트란티아, 아스틸베 절화는 각각 2020년, 2021년, 2022년 이후 점차 감소하는 추세를 보였다. 한편, 총채벌레가 가장 많이 검출된 네덜란드는 2015년 124건에서 2022년 1,232건으로 약 10배 증가한 뒤, 2023년부터 하락세로 전환되었다. 일본, 이탈리아(ITA), 미국(USA) 또한 2020년 이후 검출 건수가 감소하는 경향을 보였으나, 반대로 콜롬비아와 에티오피아는 2018년 이후 지속적인 증가세를 나타냈다(Fig. 3).

유전자 분석

본 연구에서는 검역 과정에서 검출되는 총채벌레에 대한 COI 염기서열 정보를 확보하여 분석을 수행하였다. 형태학적으로 종동정이 완료된 총 18종, 398개체의 시료를 대상으로 염기서열 데이터를 분석한 결과, 바코드 분석 결과는 기존에 보고된 형태 동정 결과와 비교했을 때 99.5%(396개체)의 동정 일치율을 보였다. 미일치 원인으로는 액침표본이 담긴 한 개의 바이알 내에 여러 종의 개체들이 혼입되어 있었던 점이 원인으로 판단된다.

Fig. 4는 18종 398개체의 총채벌레의 COI 부위의 염기서열을 이용한 Maximum Likelihood (ML) 계통수를 나타낸 것이다. Fig. 4에서 확인할 수 있듯이 F. occidentalis와 T. tabaci는 각각 두 개의 분지군(clade)으로 구분되는 양상을 보였다.

검출 건수가 높은 F. occidentalis와 T. tabaci에 대하여 미토콘드리아 COI 염기서열을 기반으로 단상형수(haplotype 수), 국가별 유전자 쌍간 거리(pairwise distance, Fst), Tajima's D 검 정을 수행하였다. 분석 대상은 중국, 콜롬비아, 벨기에(BEL), 미국, 페루(PER), 태국(THA), 네덜란드 7개국에서 검출된 F. occidentalis (194개체)와 T. tabaci(84개체)였으며, 두 종 모두 7개의 단상형(haplotypes)을 보였고, 국가별로 고르게 분포하였다. 단, Hap7은 네덜란드에서만 검출되었다. F. occidentalis의 haplotype 다양성은 페루(0.71111)에서 가장 높았고, 에티오피아(0.26667)에서 가장 낮았다. 이는 페루가 에티오피아보다 유전적 다양성이 더 높음을 나타냈다. Nucleotide 다양성은 모든 집단에서 0.00121~0.01113로 낮게 나타났다.

Tajima's D 검정 결과, 중국을 제외한 6개국(에티오피아, 콜롬비아, 미국, 벨기에, 페루, 네덜란드)에서 음의 값을 보여 유전자 변이가 진행중일 가능성이 제기되었으나, p-value 값이 0.05 를 초과하여 통계적으로 유의미하지 않았다. T. tabaci의 haplotype 다양성은 콜롬비아(0.72222)에서 가장 높았고, 페루(0.36316)에서 가장 낮아 콜롬비아가 페루보다 높은 유전적 다양성을 보였다. Nucleotide 다양성은 0.00201~0.01560로 모든 집단에서 낮았다. Tajima's D 검정 결과, 페루에서만 변이가 진행 중인 것으로 나타났으며, p-value 값이 0.05 미만으로 통계적으로 유의미한 결과를 보였다(Table 4).

고찰

본 연구에서는 2015년부터 2024년까지 수입절화에서 검출된 총채벌레의 검출 동향을 분석하고, DNA 바코드 기법을 활용하여 국가별 유전적 다양성을 조사하였다.

PIS 분석 결과, 지난 10년간 수입 절화류의 수입 건수 및 수입국 수는 꾸준한 증가 추세를 보였으며, COVID-19 판데믹 기간 동안 일시적으로 감소했던 수입량이 단계적 일상회복과 함께 다시 증가세로 전환되었다. 아울러, 농림축산검역본부의 수출입 식물 검역통계에 따르면(APQA, 2025), 2023년 하반기 한-에콰도르 전략적경제협력협정(SECA) 타결 이후 2024년부터 에콰도르산 화훼류에 대한 관세 인하와 더불어 국내 행사용 화환 및 꽃다발 수요 증가가 맞물리면서 화훼류 수입량이 증가한 것으로 사료된다.

수입절화의 수입 건수와 총채벌레의 검출률은 매우 높은 양의 상관관계가 있었다(Fig. 5, 피어슨상관계수 0.87; P=0.001). 또한 2019년 이후 수입 절화류의 품목 수가 급격히 증가하면서, 기존 89개 품목에서 225개 품목으로 확대되었고, 이에 따라 총 채벌레 검출 건수 또한 급증하는 양상을 보였다.

그러나 수입 건수와 품목 건수가 항상 총채벌레 검출량과 일치하는 것은 아니었다. 예를 들어, 2020년에는 수입 절화 건수가 감소했음에도 불구하고 수입 품목 수는 증가하였으며, 이에 따라 총채벌레가 검출된 품목과 건수 또한 증가하는 경향을 보였다. 반면, 2023년에는 수입 건수와 품목 수가 모두 증가했음에도 불구하고 총채벌레 검출 건수와 검출 품목 수는 오히려 감소하는 경향을 나타냈다(Table 1). 이를 세부적으로 살펴보면, 장미와 카네이션에서 검출 건수가 크게 증가한 반면, 클레마티스, 칼라, 아스킬베 등에서는 급격히 감소하는 경향을 나타냈다 (Fig. 3).

또한 국가별 검출 품목을 분석한 결과, 품목의 다양성과 검출 건수도 일치하지 않았다(Fig. 2). 33개 품목에서 549건의 총채 벌레가 검출된 일본과 달리 30개의 품목인 콜롬비아에서 무려 1,823건의 총채벌레가 발견되었다.

이러한 결과는 수입 건수나 품목의 급증이 총채벌레 검출률 증가에 대한 직접적인 원인이라고 단정할 수만은 없음을 시사한다. 수입량 증가로 인한 자연스러운 검출 기회의 증가 또는 검역기술의 발전으로 인한 검출률의 향상 및 특정 수출국의 총채 벌레 문제 악화와 같은 여러 요인들이 복합적으로 작용했을 가능성이 있다.

다만 높은 검출률을 보이는 네덜란드(50.6%)와 중국(13.9%), 그리고 최근 가파르게 증가하고 있는 콜롬비아, 또한 검출률이 높은 품목인 장미(10.8%)와 클레마티스(9.7%)절화는 전체 검출 건수에서 상당한 비중을 차지하고 있다. 따라서, 국경 단계에서 병해충 위험을 효과적으로 감소시키기 위한 사전관리 방안 마련의 일환으로써 이들 국가 및 품목에 대한 집중적인 관리와 검역 강화가 필요할 것으로 판단된다.

형태적으로 유사한 종들 간에도 보유 유전자의 차이가 존재하며, 이를 활용하여 종 동정의 정확성을 확보하기 위해 DNA 바코드 분석을 실시하였다. 특히 검역 현장에서 약충 발견시 자진소독으로 인해 속이나 과 수준에서만 동정되는 만큼 정확한 진단의 아쉬움이 있어, DNA 바코드 분석은 보다 정확한 진단은 물론 개체간 유전적 다양성과 계통유전학적 관계를 밝히는 중요한 도구로 활용될 수 있다. 나아가 신속한 동정을 통해 특정 지역에서 발생하는 총채벌레의 유입 경로나 원산지를 분석하는 등 농업 및 화훼 생태계 보호에 기여할 수 있기를 기대해본다.

본 연구에서는 각 국가에서 수입된 식물에서 검출된 소수의 개체를 대상으로 분석을 수행 하였으나, 유입시점과 품목의 제한으로 인해 개체 간 유전적 다양성을 보편적으로 해석하는 데에는 한계가 있었다. 그러나 향후 보다 많은 검출 종과 개체를 포함한 추가 연구를 진행한다면, 다양한 변이를 보다 심층적으로 분석할 수 있을것으로 예상되며, 이를 통해 유전자원 확충과 정밀한 종 구분이 가능할 것으로 기대된다.