서론
농업에 1940년대부터 활발히 사용되어 온 제초제는 농업생산성 향상에 지대한 영향을 미쳐왔다. 그런데 최근에는 제초제 활용에 있어서 몇가지 도전에 직면해 있다. 첫째는 장기간 제초제 연용으로 인해 전세계적으로 저항성 잡초의 출현이 높아져 잡초방제 효과가 점점 감소되고 있다. 현재 101개 작물에서 273종의 잡초와 168개 제초제에 대해 저항성이 보고되고 있다(WSSA, 2025). 제초제 작용 기작별 저항성 발생 현황을 보면 31개의 기존 제초작용점중에서 21개 작용점에 대해 저항성이 알려져 있으며, 이들중 acetolactate synthase (ALS) 저해제에 대한 저항성이 가장 심각하고, 그 다음은 photosystem II (PS II) 저해제, 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP) synthase 저해제, acetyl Co-A carboxylase (ACCase) 저해제 순으로 저항성 발현이 높고 아울러 매년 다중 작용기작 저항성도 증가하고 있다. 제초제 성분별 저항성 잡초종수로 살펴보면 atrazine이 66종으로서 가장 높고, 다음은 glyphosate로서 60종, simazine은 31종이 보고되고 있다(WSSA, 2025). 둘째는 삶의 질 향상에 따른 안전에 관한 관심이 높아짐에 따라 인축(발암성, 생식독성 등), 환경생태(꿀벌독성), 지하수 등에 보다 안전한 화합물의 개발과 사용이 요구되고 있다(Kniss, 2017). 따라서 이들 문제를 극복할 수 있는 방안으로서 신규 제초작용점 또는 새로운 구조의 제초제 개발이 지속적으로 필요한 실정이다.
그런데 1980년대 제초작용점으로서 hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (HPPD)가 추가된 이후로 거의 40년 동안 오직 2개의 신규 작용점(homogentisate solanesyltransferase, dihydroorotate dehydrogenase)과 기존 사용되었던 제초제로부터 발견된 3개의 작용점(solanesyl diphosphate synthase, serine/threonine protein phosphatase, fatty acid thioesterases)만 소개된 상태에 머물고 있어 새로운 상업용 제초 작용점의 발굴은 정체상태에 있다고 볼 수 있다(Duke et al., 2025).
제초제 분야에 있어서 광합성저해 제초제들은 1960년 이후 농업분야에서 사용되어 왔으며 일부 제한이 있기는 하나 전세계적으로 볼 때 현재에도 매우 많이 사용되고 있는 상태이다. 이들 화합물 사용에 의해서 나타나는 저항성 잡초 발현(WSSA, 2025), 비교적 장기간의 잔류성, 토양내 높은 이동성으로 인한 지하수 오염, 인축독성에 대한 염려, 기타 제한 요인(Gianessi, 2013; Camargo et al., 2020; Twitty and Dayan, 2024)들은 광합성 전자전달계를 작용점으로 하는 새로운 케미스트리의 탐구를 필요로 한다. 접근할 수 있는 여러 방안중 하나로서 고려할만한 것은 광합성작용을 저해하면서 다른 생리작용도 병행하여 저해하는 다중작용점 제초제를 개발하는 것이다. 이러한 접근의 타당성은 과거의 연구내용중에서 찾아볼 수 있겠다. 즉 1990년경에 잔디밭 제초제로 상용화 된(Masahiro et al, 1990) triaziflam은 triazine 계열에 속하며 이성질체 (S)-enantiomers은 PS II를 저해하지만, (R)-enantiomers은 세포분열과 셀룰로오스 생합성을 억제하여 서로 다른 작용점을 저해한다고 보고하였다(Grossmann et al., 2001). 한편 indaziflam도 triazine 계열에 속하며 PS II는 억제하지 않고 셀룰로오스 생합성을 억제한다(Brabham et al., 2014; Tateno et al., 2016). 따라서 생물내에 매우 다양한 생리활성이 보고되고있는 s-triazine (1,3,5-triazine) 계열의 화합물군(Ali and Naseer, 2023)에는 다중작용점을 가지는 신규화합물이 더욱 존재할 수도 있을 것 같다. 그러나 achiral한 치환체의 도입 또는 triazine core 골격 변화에 의한 다중 작용기전의 발현 등에 관한 연구는 아직 알려진 바가 없다. 그리고 현재 셀룰로오스 생합성을 억제(cellulose biosynthesis inhibition, CBI)하는 2종의 triazine계 상업화 물질들의 경우, 저약량이긴 하나 작물 선택성이 좁은 편이다. 정교한 작업을 통해 이러한 단점을 극복할 수 있는 이중기전 고활성 선도 물질을 발굴한다면 미래 제초제 pipeline으로서 매우 가치가 있을 것이다. 특히 이중기전 각각에 해당하는 활성 강도가 기존의 물질들과 동등 이상 수준이라면 개발 잠재력은 매우 높을 것이라 여겨진다.
본 연구에서는 s-triazine계 화합물을 대상으로 다중작용점을 가진 제초화합물들이 탐색될 수 있는지를 확인하고, 가능성이 보여진다면 이를 보다 합리적으로 검정할 수 있는 새로운 검정체계의 구축 가능성을 검토하고자 연구하였다.
재료 및 방법
검정용 화합물
본 연구그룹에서 합성한 1,3,5-triazine을 포함하는 합성화합물 180여종을 선별하여 시험하였다.
SPIPO assay
실내에서 mDM 배지에(Kim and Kim, 2020) 비멸균조건으로 계대배양중인 개구리밥(Giant duckweed, Spirodela polyrhiza, 이하 SPIPO라고 표기함)을 가지고 시험화합물의 생육저해를 조사하였다(Kim et al., 2021). 조제된 시험 화합물 용액을 일회용 투명 플라스틱컵(직경: 상 52 mm – 하 36 mm, 높이 60 mm, Sang Ji, South Korea)에 20mL씩 3반복 분주하였다. 계대배양중인 SPIPO 중에서 생육단계가 2.1-2.3 frond 짜리인 2개를 골라 각각의 시험용액(0.4, 4, 40 μM)에 접종한 후 생육실(25℃ 항온, 14 hr 명조건, 형광등 45-55 μmol m-2 s-1)에 옮겨 5일간 배양하였다. 시험 농도는 사전 실험결과 일반 triazine계 제초제가 이들 범주에서 활성을 보였기 때문에 이와 같이 설정하였다. 모든 실험은 비멸균 조건에서 수행되었다. 각 화합물별로 처리후 3일째 광합성전자전달계 II 효능을 나타내는 quantum yield (Qy = Fv’/Fm’)를 조사한 다음, 처리후 5일째 제초활성 정도(VI %)를 0-100% 등급표(0: 무방제, 100: 100% 방제)를 이용하여 달관조사하였다. 이후 3개 처리농도의 결과값을 평균하고, Qy 저해 평균값을 VI 평균값으로 나누어 “Qy/VI 지수”를 구하였다.
LEMPA growth assay
실내에서 계대배양중인 좀개구리밥(Duckweed, Lemna paucicostata PC3034, 이하 LEMPA라고 표기함)을 가지고 시험화합물의 생육저해를 조사하였다(Kim and Kim, 2020; Choi et al., 2024). 기본 배양액에 여러 농도의 시험용액을 조제한 다음, 90mL 투명플라스틱컵에 30mL씩 분주하였다. 그 후 계대배양중인 LEMPA 중에서 3.9-4.1 frond 짜리 5개를 선별하여 각각의 시험용액에 접종한 후 생육실(25℃ 항온, 14 hr 명조건, 형광등 45-55 μmol m-2 s-1)에 옮겨 배양 6일째에 Qy와 생육정도를 조사하였다. 생육저해정도를 0-100% 등급표(0: 무방제, 100: 100% 방제)를 이용하여 달관조사한 후, 엽상체가 0.5mm 이상 큰 것을 기준으로 LEMPA 엽상체 갯수(Frond number, FN)를 조사하였다. 그 후 티슈 타올로 엽상체 표면의 물기를 가능한 한 완벽히 제거한 다음 생체중을 측정하였다. 생체중 조사가 끝난 시료는 즉시 10mL methanol이 담긴 falcon tube에 침지하여 실온 암조건에서 overnight 시키면서 광합성 색소를 추출하였다. 색소가 추출된 LEMPA 잔존체(residues)를 모두 여과지로 걸러내어 90℃ 건조기에 1일동안 말린 다음, 이들의 건조무게(dry weight of methanol-extracted residues, DW)를 조사하였다. 생육저해 정도는 엽상체 개수의 저해정도와 건물중 저해정도를 구하고 각각 이를 합산, 평균하여 [Growth inhibition (GI) = (FN+DW)/2] 나타내었다. 그 후 Qy/GI 지수를 SPIPO assay에서처럼 구하여 각 처리농도별로 또는 여러 처리농도의 평균값을 구하여 비교하였다.
엽록소 형광분석
SPIPO assay 또는 LEMPA growth assay 실험중인 재료를 대상으로 배양개시 3일(SPIPO) 또는 6일째(LEMPA)에 일부 엽상체를 취하여 10 μmol m-2 s-1 미만의 약광에 30분 이상 암적응시킨 다음, 엽록소형광측정기 FluoPen (FP110/D, Photon Systems Instrument, Drásov, Czech Republic)을 이용하여 기본적으로 세팅된 조건에서 광합성전자전달계 II 효능을 나타내는 quantum yield (Qy = Fv’/Fm’)를 측정하였다.
결과 및 고찰
SPIPO assay
Grossmann et al. (2001)의 논문에서는 s-triazine계 화합물 triaziflam의 광학이성질체들이 서로 다른 타겟 사이트 (PS II electron transport, cellulose synthase complex, microtubule formation 등)에 선택적으로 작용한다는 흥미로운 연구결과를 보고하였다. 즉 s-triazine계 화합물이 다중 작용점을 가질 가능성을 시사해 주기 때문에 이를 검토하기 위한 생물검정 결과 제초증상 측면에서 크게 3가지 유형(phenotype)으로 구분될 수 있는 특징들이 관찰되었다. 첫째는 PS II 저해제 증상으로서 chlorosis/necrosis를 동반한 생육저해, 둘째는 세포분열 저해제 증상으로서 chlorosis를 동반하지 않은 엽상체 증식억제 및 엽상체 소형화, 셋째는 셀룰로오스 생합성 저해 증상으로서 엽상체 해체와 흑갈변, 증식억제, necrosis/chlorosis를 발현시키는(Kim et al., 2021) 경우이었다. 그리하여 본 연구에서는 이들에 대해 보다 정량적으로 구분할 수 있는 방안을 탐색하고자 노력하였다.
PS II 저해제의 경우, 약제처리후 육안상 제초증상이 발현되기 이전에 이미 Qy가 저해되기 시작하고, 이후 2-3일째에 육안상 제초증상이 발현되기 때문에 Qy저해와 제초활성 발현간에는 정의 상관관계가 있음이 사전에 보고되었다(Kim et al., 2004). 따라서 육안상의 제초증상이 Qy에 의해 어느정도 영향을 받았는지 여부를 알아보기 위해서는 약제처리후 이른 시기(1-3일째)에 Qy를 조사하고 2일 정도 경과된 후에 제초활성(Visual injury %, VI %) 또는 생장저해정도(Growth inhibition %, GI %)를 조사하여 상호 관련성 정도를 파악하는 것이 합리적일 것이다. 본 연구의 SPIPO assay 결과, 180개 화합물들 중에는 Qy 또는 제초활성(VI)이 거의 없거나 낮은 것들이 존재하였는데 이들은 본 분석에서 제외시키기로 하였다. 왜냐하면 다중 작용기작을 가진 화합물의 선발목적에 궁극적으로 부합되지 못할 것이기 때문이다. Table 1은 이렇게 하여 선발된 92종 화합물의 Qy 저해, VI, Qy/VI 지수를 나타낸 것이다. 전체적으로 Qy/VI 지수(세 농도의 평균값)는 0.0241 (Indaziflam) ~ 1.0979 (K31722) 범위에서 다양한 분포값을 나타내었다. 즉 본 지수값이 높을수록 제초활성에 Qy의 영향이 상대적으로 높고, 지수값이 낮을수록 Qy의 영향이 낮은 것을 의미한다. 이렇게 얻어진 Qy/VI 지수를 가지고 생물검정시 관찰된 세 가지 작용생리 유형을 구분시킬 수 있는 기준 마련에 대해 검토하였다. 작용기작이 이미 알려진 공시 기존제초제에서 얻어진 결과값이나 제초증상을 통해 확실히 광합성저해제인지 또는 셀룰로오스 생합성 저해제인지가 어느 정도 뚜렷히 구별되는 화합물들의 결과값을 토대로 검토해 보았을 때, 화합물의 제초활성 유효농도 범주(0.4 ~ 40 μM)의 평균 Qy/VI 지수가 0.7 이상이면 광합성저해제, Qy/VI 지수가 0.6 미만이면 세포분열 또는 셀룰로오스 생합성 저해제에 보다 가까운 것으로 판단할 수 있었다. 그런데 셀룰로오스 생합성 저해제는 필수적으로 세포분열 억제를 동반하기 때문에 본 지수만을 가지고 둘간을 구분하기 어렵지만 셀룰로오스 생합성 저해제가 상대적으로 더 낮은 Qy/VI 지수(적어도 0.26 이하)를 나타낸 것으로 보아 이를 토대로 셀룰로오스 생합성 저해제도 어느 정도 구별 가능하리라 여겨졌다. 그러나 셀룰로오스 생합성 저해제는 SPIPO 및 LEMPA에서 보다 특이한 제초증상을 동반하기 때문에(Kim et al., 2021) 이를 병행시켜 구별하면 보다 완벽할 것이다. 본 방법과 기준의 효용성을 알아보기 위하여 생물검정 당시 작용기작 타입을 짐작으로 구별해 두었던 데이터와 본 Qy/VI 지수 기준을 가지고 상호비교하여 보았을 때, 광합성 저해제에 가까운 것으로 판단했던 것은 100%, 세포분열저해제로 구분했던 것은 90%, 셀룰로오스 생합성 저해제로 구분했던 것은 67%의 일치도를 나타내었다(예를 들면, K32334는 증상면에서 CBI로 추정되었지만 Qy/VI 지수값은 예외적으로 0.8405로 높게 나타남). 따라서 본 연구의 방법과 구분 기준은 스크리닝 초기 단계에서 다중 작용기작을 가지는 s-triazine계 화합물의 선발에 충분히 적용가능할 것으로 판단되었다. 이때, Qy/VI 지수가 0.6 ~ 0.7을 나타내는 화합물들 중에는 광합성 저해와 세포분열 저해를 동시에 보이는 화합물들이, 한편 Qy/VI 지수가 0.1 ~ 0.4을 나타내는 화합물들 중에는 세포분열 저해와 셀룰로오스 생합성을 동시에 보이는 화합물 들이 속해 있을 확률이 높을 것으로 추정된다. 아울러 Qy/VI 지수가 본 기준에 예외적으로 특이하게 벗어나는 화합물(예를 들면, K32334에서처럼 광합성저해 정도와 셀룰로오스 생합성 저해정도가 특이하게 높은 화합물은 지수가 0.7 이상이 될 수도 있음) 들도 다중 작용기작을 가질 확률이 높을 것으로 판단되었다.
Table 1
Effects of three rates (0.4, 4, 40 μM) of s-triazine compounds on the growth of SPIPO. Quantum yield (Qy) and visual injury (VI) were investigated at 3d and 5d after treatment, respectively.
1,3,5-Triazine계 화합물의 구조-활성 특징
본 연구의 구별기준을 따라 Qy/VI 지수가 0.7 이상으로서 광합성저해제에 가까운 화합물군과 Qy/VI 지수가 0.6 미만으로서 세포분열 또는 셀룰로오스 생합성 저해제에 가까운 화합물군(Table 2)으로 나누어 구조-활성간의 특징들을 단순차원에서 검토해 보았다.
Table 2
Grouping of s-triazine compounds showing a relatively significant physiological response differences in the SPIPO assay.
WSSA group 5에 해당하는 화학골격중 PS II 저해제의 triazine계열 대표 제초제인 atrazine과 simazine 등의 경우, triazine의 2번과 6번 위치에 선형의 2차 알킬 아민기와 4번 위치 chloride가 구조적 특징이라고 볼 수 있다. 또한 화본과(옥수수) 선택성을 갖는 생물학적 특이성을 갖는다. 한편 동일한 triazine 중심골격을 지님에도 불구하고 2번 위치 고리형 알킬기를 포함하는 아민 치환기, 6번 위치 치환되어 있지 않은 NH2, 4번 위치 플루오린을 포함하는 선형 알킬치환체를 포함하는 indaziflam의 경우 셀룰로오스 생합성 저해제(CBI)의 상이한 작용기작을 갖는다(Fig. 1). Indaziflam은 3개의 카이럴 센터를 갖는 화합물로서 총 8가지 가능한 입체 이성질체 중 2가지 이성질체로만 구성된 혼합물이며, C2 위치 aminoindane에 존재하는 2개의 카이럴센터(1R, 2S)가 CBI의 선택적 작용기작을 결정한다고 알려져 있다(Jeschke, 2018).
본 연구에서의 SPIPO assay를 통해 몇몇 합성 triazine 화합물의 골격변화에 따른 작용기작에 대한 평가를 phenotype에 따라 진행하였고, 대표적 사례연구를 통해 triazine 골격에 있어 치환체의 기작에 대한 기여도를 평가하였다. 우선 indaziflam의 C2 치환체를 indane으로부터 여타 고리구조들로 변경하였을 때 CBI의 기작이 현저하게 감소함을 확인하였다. 유도체중 indaziflam과 K31584의 대조시험으로부터 indane이 CBI의 중요한 구조적 요소임을 확인할 수 있었다. 또한 시험한 다수의 유도체중 K31487의 경우 매우 강하게 PSII 저해활성이 나타나는 것을 발견하였다(Fig. 2).
SPIPO assay를 통해 강한 PSII 저해활성을 보이는 K31487 유도체들의 추가적인 랜덤스크리닝을 진행하였고, 구조적 변화에 따른 기작변화의 대표적 예를 요약하면 다음과 같다. PSII 기작이 강하게 발현되는 K31487을 기준으로 플로오린을 제거한 K31426을 시험하였을때 관찰되는 기작은 CBI/cell division 저해였으며, 이를 통해 C2 위치의 고리형 알킬치환체의 liphophilicity 조절이 기작의 이동에 크게 영향을 주는 요소임을 확인할 수 있었다(Fig. 3). (Krȁhmer et al., 2021)
또한 C4 위치에 플루오린을 포함하는 알킬 그룹을 변형하여 프로필, 사이클로뷰틸, 사이클로펜틸 그룹으로 바꿔주었을 때 역시 PSII 저해기작으로부터 CBI/cell division 저해기작으로의 이동이 나타남을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 C4 위치 치환체의 크기와 liphophilicity가 기작의 이동에 영향을 주는 두 가지 요소임을 확인하였다(Fig. 4).
다음으로 C2 위치 아민 치환체가 벤젠과 접합된 형태의 육각고리를 가질 때, 작용기전의 변화를 관찰하였다. K31767 구조에서 C2 아미노기 에테트랄린 치환체가 존재할 때, 탄소-질소결합의 위치가 homobenzylic인 경우 PSII 기작의 경향을 보였고, benzylic인 경우에는CBI/cell division 저해기작을 보여 주었다. 해당 대조시험을 통해 접합된 고리형 아민치환체를 가질 때, 질소-탄소결합의 위치가 작용기작을 이동시키는 중요한 요소임을 알 수 있었다(Fig. 5). 직접적이지는 않지만 aminoindanyl 그룹 내에 탄소-질소결합의 위치가 benzylic인 경우인 indaziflam의 기전이 CBI를 따르는 것과도 일치하는 경향이라고 보여진다.
이상의 예비적 또는 기초적 구조활성 특징의 더욱 자세한 것은 추후 연구를 통해 검증, 보완되리라 여겨진다.
LEMPA growth assay
개구리밥아과(Lemnoideae) 식물중 SPIPO는 LEMPA에 비해 엽상체 크기가 크며 엽상체 이면에 안토시아닌계 색소발현이 뚜렷하다. 그렇기 때문에 SPIPO assay에서는 엽상체 2개를 접종하여 실험하였으며 제초활성 지표로서 달관조사 결과만을 가지고 평가하였다. 이 경우 달관조사 정도만을 생장의 지표로 사용하기 때문에 데이터의 정량적 표현에는 부족한 점이 있다고 생각되었다. 따라서 생물실험 재료를 SPIPO 대신에 엽상체 크기가 좀 더 작은 LEMPA를 가지고 여러 개의 엽상체를 시험용액에 접종한 후 배양시켜, 엽상체의 출현 개수(세포분열의 지표)와 생체중/건물중(세포생장과 발육의 지표)을 조사하여 평가함으로써 보다 객관성을 확보할 수 있기 때문에 이에 대한 검토를 수행해 보았다. 시험 대상 대표 화합물로서는 SPIPO assay에서 Qy/VI 지수가 각각 0.6095, 1.0296을 나타내었던 K31576과 K31583을 공시하였다.
그 결과, K31576의 경우 약제처리 전 농도에서 엽상체 개수와 건물중 억제정도가 Qy 억제 정도보다 상대적으로 높게 나타났다. 그렇지만 K31583 처리에서는 엽상체 개수의 경우 Qy 억제 정도보다 낮게, 건물중 억제의 경우에는 상대적으로 Qy 억제보다 약간 높게 나타났다(Fig. 6).
이들에 대해 엽상체 개수와 건물중 억제정도를 합산 평균하여 여러 농도의 평균 Qy/GI 지수를 구해 본 결과, K31576의 경우는 모든 농도 평균하여 0.5262의 값을 보이지만 K31583의 경우엔 1.7142의 값을 보여 뚜렷한 반응차이를 관찰할 수 있었다(Table 3). 그리고 GI가 비슷한 것끼리의 단순 비교에서도 Qy/GI 지수는 K31576보다 K31583에서 더 높은 경향을 보였다. 본 결과 수치의 경우, 조사 편의상 Qy를 6일째에 조사한 것으로서 SPIPO에서처럼 Qy를 생육조사 2-4일 전에 즉, 배양 2-4일째 조사하면 그 차이가 더욱 뚜렷하게 나타날 것으로 여겨진다. 이상의 결과는 생장억제에 대한 PS II 저해의 영향력이 K31576보다 K31583 약제가 상대적으로 높음을 의미하는 것으로서 K31583은 광합성 저해제, K31576은 CBI/Cell division 저해제에 가까운 것으로 추정할 수 있겠다.
Table 3
Relative comparison between K31576 and K31583 in their effects on the growth and quantum yield (Qy) inhibition of LEMPA.
이러한 경향은 처리후 6일째의 지상부 및 지하부 사진에도 잘 관찰되었는 바, K31576은 저농도부터 분열된 개체수가 적었고(Fig. 7) 뿌리생장도 낮았지만(Fig. 8), K31583에서는 분열개체 및 뿌리생장 억제정도가 상대적으로 낮은 경향을 보였다(Fig. 7, Fig. 8).
이상의 실험결과를 종합해 볼 때, SPIPO 또는 LEMPA assay를 통해 s-triazine계 화합물의 생물검정을 실시할 경우, 제초활성 유효농도 범주에서의 평균 Qy/VI 지수(SPIPO)나 Qy/GI 지수(LEMPA)를 활용하면 PS II 저해와 CBI/Cell division 저해제를 단일검정으로 비교적 손쉽게 구별할 수 있으며, 증상까지 고려하면 PS II, cell division, cellulose biosynthesis 저해제를 구별함과 동시에 다중 작용기작을 가진 화합물을 비교적 용이하게 선발해 낼 수 있을 것으로 판단되었다.
서언에서 언급한 바와 같이 1,3,5-triazine은 천연물뿐만 아니라 enasidenib, gedatolisib, bimiralisib, atrazine, indaziflam, triaziflam과 같은 상업용 의/농약에 존재하고 있는 구조 골격성분으로서 농의약 개발분야에 막강한 영향력을 발휘하고 있는 바, 저비용으로 합성하기 쉽고 다양한 유도체를 만들 수 있을 뿐만 아니라 매우 다양한 생물활성(제초활성, 항암, 항염증, 항균 및 항바이러스, 항박테리아, 항알츠하이머 및 항파킨슨, 항경련, 항비만, 항결핵, 항말라리아, 수면장애 개선 등)이 보고되고 있다(Ali and Naseer, 2023). 특히 제초제의 경우, 광합성저해제 시장은 많은 제한요인들이 있음에도 불구하고(Gianessi, 2013; Camargo et al., 2020; Twitty and Dayan, 2024; WSSA, 2025) 현재 US$ 3.4 billion yr-1의 시장을 형성하고 있다. 아울러 다른 제초작용점들에 비해 매우 광합성전자전달계 및 이와 연계된 생리생화학에 대한 연구 및 분자생물학적 상세 연구가 진행되어 왔기 때문에 새로운 작용점의 발굴 가능성이 높아지고 있어 (Hardt and Kok, 1977; Grabsztunowicz et al., 2019; Kim et al., 2024; Twitty and Dayan, 2024), 광합성 저해제들의 단점들을 극복할 수 있는 새로운 화합물의 탐색은 계속적으로 이루어지는 것이 필요하다고 여겨진다(Twitty and Dayan, 2024). 따라서 이를 보다 효율적으로 달성하기 위한 수단 즉, 보다 특징적인 신규 생물검정법을 개발하고 활용하는 것은 매우 가치있고 의미있는 일이 되리라 여겨진다. 이때, 미지의 화합물을 대상으로 여러 작용점을 가진 화합물들을 비교적 간단히 분별하기 위하여 그동안 기본적으로 각각의 작용점 저해 특징을 잘 나타내는 검정법을 탐색하여 혼합 운영해 왔다. 대표적 사례로서 Grossmann 등(2012)의 검정체계를 들 수 있으며, triaziflam의 다른 입체구조에 따라 작용점이 달라진다는 것도 여러 개의 검정시스템을 복합적으로 활용하여 입증하였다(Grossmann et al., 2001). 그런데 여러 가지 검정법을 복합적으로 활용하는 대신에 한가지 검정법을 통해 다중작용점을 가진 화합물을 비교적 손쉽게 분별해 낼 수 있다면 이는 매우 경제적인 생물검정법으로 활용가치가 높을 것이다. 그러나 본 신규 생물검정의 제안방법은 전식물체에서의 제초활성 발현을 나타내는 제반 요인(흡수, 이행, 대사 등) 들의 모든 가능성을 포함하는 범용 또는 enzyme assay처럼 정확성을 추구하는 평가방법 이라기보다 SPIPO/Lemna에 대해 0.4~40 μM 범위에서 제초활성을 가지는 triazine계의 다른 작용성 물질을 보다 손쉽게 일차적으로 구분하는데 적용가능한 실용적 검정기술이 될 것이라고 여겨진다. 향후 생리생화학 및 분자생물학 정보가 점차 축적되고 있는 상황이기 때문에 보다 정교한 실험방법을 강구하거나 보완을 통해 새로운 검정기술로서 활용되기를 기대해 본다.
요약
본 연구에서는 s-triazine (1,3,5-triazine)계 화합물 180종을 대상으로 제초 작용생리의 유형과 구조활성 특징을 간단히 파악하여 보았다. 아울러 작용생리 유형을 보다 합리적으로 검정할 수 있는 새로운 검정체계의 구축 가능성을 검토하여 다중작용점을 가진 제초화합물들이 탐색될 수 있는지를 확인하였다. 그 결과, SPIPO 또는 LEMPA assay를 통해 s-triazine계 화합물의 생물검정을 실시할 경우, Qy/VI 지수(SPIPO)나 Qy/GI 지수(LEMPA)를 활용하면 PS II 저해와 CBI/ Cell division 저해제를 단일검정으로 손쉽게 구별할 수 있으며, 증상까지 고려하면 PS II, cell division, cellulose biosynthesis 저해제를 구별함과 동시에 다중 작용기작을 가진 화합물을 비교적 용이하게 선발해 낼 수 있을 것으로 여겨졌다. 한편 얻어진 작용기작에 대한 정보를 바탕으로 triazine 골격의 치환체와 작용기작 분화에 대한 상관관계를 분석하였다. 그 결과 치환체 변화에 따른 liphophilicity 증감, 입체효과, 2번 탄소 아민 치환체 패턴이 작용기작의 분화에 크게 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다. 데이터가 축적될 시, 작용기작을 조절할 수 있는 구조 설계가 가능하리라 여겨진다.
