HPPD(4-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase)

 

HPPD는 **4-하이드록시페닐피루베이트 디옥시게나제(4-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase)**의 줄임말로, 식물과 동물 모두에서 발견되는 중요한 효소다. 농업 분야에서는 이 HPPD 효소의 기능을 억제하여 잡초를 방제하는 제초제들을 **HPPD 저해제(HPPD inhibitors)**라고 부른다.

HPPD 효소의 역할 (식물에서)
HPPD 효소는 식물에서 **티로신(Tyrosine)**이라는 아미노산의 대사 과정에 관여한다. 더 구체적으로는 4-하이드록시페닐피루브산(4-hydroxyphenylpyruvic acid, HPPA)을 호모겐티스산(Homogentisic acid, HGA)으로 전환하는 반응을 촉매한다.

이 호모겐티스산은 식물에서 두 가지 매우 중요한 물질의 생합성에 필수적인 전구체(precursor)다:
플라스토퀴논(Plastoquinone): 광합성 과정에서 전자를 전달하는 데 중요한 역할을 한다.
토코페롤(Tocopherol, 비타민 E): 식물 세포막을 산화 스트레스로부터 보호하는 강력한 항산화제다.
카로티노이드(Carotenoids): 플라스토퀴논 생합성이 방해되면 카로티노이드 생산 또한 영향을 받는다. 카로티노이드는 엽록소를 과도한 빛 에너지와 자외선으로부터 보호하는 '선스크린' 역할을 한다.

HPPD 저해 제초제의 작용 기작
HPPD 저해 제초제는 바로 이 HPPD 효소의 활성을 차단한다. 효소가 억제되면 호모겐티스산의 생산이 중단되고, 그 결과 플라스토퀴논, 토코페롤, 카로티노이드의 합성이 제대로 이루어지지 않는다.

이러한 물질들이 부족해지면:
엽록소 파괴: 카로티노이드가 없으면 엽록소가 과도한 빛 에너지에 의해 쉽게 파괴된다.
산화 스트레스: 토코페롤이 부족해지면서 활성산소로부터 세포를 보호할 수 없게 되어 산화 스트레스가 발생한다.
"백화 현상" (Bleaching): 이러한 복합적인 이유로 인해 제초제에 노출된 잡초는 잎과 새로 자라는 조직이 특징적으로 하얗게 변색됩니다. 이는 엽록소와 카로티노이드가 파괴되었기 때문이다.
결국, 잡초는 광합성을 제대로 할 수 없게 되어 에너지를 생산하지 못하고 고사하게 된다.

HPPD 저해 제초제의 종류 및 특징
HPPD 저해 제초제는 다양한 화학 구조를 가지며, 주로 다음과 같은 계열이 있다:
트리케톤(Triketone): 메소트리온(mesotrione), 템보트리온(tembotrione), 테푸릴트리온(Tefuryltrione), 바이시클로피론(bicyclopyrone) 등.
피라졸론(Pyrazolone): 피라설포톨(pyrasulfotole), 톨피랄레이트(tolpyralate), 토프라메존(topramezone) 등.
이속사졸(Isoxazole): 이속사플루톨(isoxaflutole) 등.
다이케토니트릴(Diketonitrile): 벤조비사이클론(benzobicyclon) 등.

장점:
광범위한 방제 스펙트럼: 많은 종류의 한해살이 및 여러해살이 광엽 잡초와 일부 화본과 잡초 방제에 효과적이다.
저항성 관리: 다른 작용 기작을 가진 제초제에 저항성을 보이는 잡초를 방제하는 데 유용한 도구다.
다양한 작물에 사용: 옥수수, 벼, 보리, 밀, 사탕수수 등 다양한 작물에 사용된다.

주의할 점:
약해 발생 가능성: 일부 작물(특히 벼의 특정 품종, 예: 찰벼, 흑미, 일부 조생종)에서는 HPPD 저해 제초제에 대한 감수성이 높아 약해(백화현상 등)가 발생할 수 있다. 이는 작물이 제초제를 빠르게 해독하지 못하거나, 특정 품종의 생리적 특성 때문이다.
저항성 발현: HPPD 저해 제초제에 대한 잡초 저항성 또한 보고되고 있어, 지속적인 저항성 관리가 필요하다.

찰벼 및 흑미 등 유색미 품종

테푸릴트리온(Tefuryltrione)은 HPPD 저해 제초제이며, 일부 HPPD 저해 제초제는 찰벼나 흑미 등 특정 벼 품종에 약해를 유발할 가능성이 있다.
구체적으로, 농촌진흥청의 과거 발표에 따르면 **메소트리온(Mesotrione)**이나 벤조비사이클론(Benzobicyclon) 성분을 함유한 제초제가 흑미와 찰벼에 약해를 유발할 수 있다고 경고한 바 있다. 이들 성분 역시 테푸릴트리온과 동일하게 HPPD 효소를 저해하는 제초제다.
HPPD 저해 제초제는 식물의 카로티노이드 색소 생합성을 억제하여 벼의 새잎이 하얗게 변하는 백화현상을 일으키고, 심할 경우 고사하게 만든다. 흑미와 찰벼는 일반 벼 품종과 제초제 반응이 다를 수 있기 때문에, HPPD 저해 제초제 사용 시 특히 주의가 필요하다.
테푸릴트리온 자체에 대한 찰벼/흑미 약해 관련 명확한 국내 연구 결과나 공식적인 경고는 아직 찾기 어렵다. 그러나 같은 HPPD 저해 기작을 가진 다른 제초제들이 찰벼나 흑미에 약해를 일으킨 사례가 있다는 점을 고려할 때, 테푸릴트리온 사용 시에도 찰벼, 흑미 등 유색미 품종에 대한 주의가 필요할 수 있다.

 

조생종 벼

HPPD 저해 제초제는 조생종 벼를 포함한 일부 벼 품종에 약해를 유발할 수 있다. 특히, 특정 품종은 HPPD 저해제에 대한 감수성이 높아 약해 증상이 더 심하게 나타날 수 있다.

약해 증상:
HPPD 저해 제초제에 의한 약해는 카로티노이드 색소 합성을 억제하여 벼 잎이 하얗게 변하는 백화 현상을 보이고 생육이 저하된다. 심한 경우 회복이 어렵고, 점차 벼 전체가 갈색으로 변하면서 말라 죽을 수도 있다. 이상 고온이 수일간 계속되면 초기 생육(분얼, 초장 등)이 일시적으로 억제될 수 있지만, 곧 회복하여 후기 생육에는 영향이 없을 수 있다는 일반적인 안내도 있으나, 품종에 따라 심각한 약해로 이어질 수 있으므로 주의가 필요하다.

백화 현상 (Chlorosis/Bleaching): 벼 잎이 하얗게 변색된다. 이는 HPPD 저해제가 카로티노이드 색소 합성을 방해하여 엽록소가 파괴되기 때문이다.
생육 저하: 벼의 정상적인 생장이 억제된다.
심한 경우 고사: 약해가 심할 경우 벼 전체가 갈색으로 변하면서 말라 죽을 수도 있다.

약해 발생 가능성이 있는 벼 품종 (예시):
통일형 품종: 일반적으로 일본형 품종보다 약해가 더 심하게 발생하는 경향이 있다.
특정 가공용 품종: 쌀과자, 막걸리, 쌀국수 가공 원료로 쓰이는 '새미면', '팔방미', '다산', '남천', '안다', '아름' 벼 등에서 약해가 심하게 보고되었다. (새미면은 조생종 품종 중 하나다.)
일반계 품종 중 일부: '삼백', '금영', '한들', '조아미', '산들진미' 등에서도 약해가 발생하는 것으로 알려져 있다.
향미벼, 한강찰벼: 혼반용이나 떡 가공용으로 쓰이는 품종에서도 약해가 보고되었다.