• GABA는 니켈 스트레스 하에서 벼의 생장과 발달을 향상시켰다. • GABA는 ROS, 막 손상, 니켈 축적을 감소시켰다. • GABA는 카탈레이스, SOD, 아스코르빈산 과산화효소의 활성과 글루타티온 함량을 증가시켰다. • GABA는 상대 수분 함량, 엽록소, 카로티노이드, 칼슘, 마그네슘을 증가시켰다. • GABA는 GABA 우회 경로(gaba shunt)와 금속 항상성 관련 유전자의 발현을 상향조절하였다. 본 연구에서는 니켈(Ni) 유도 스트레스 하의 벼 식물에서 외인성으로 처리한 γ-aminobutyric acid(γ-아미노부티르산, GABA)의 영향을 조사하였다. 니켈 스트레스는 생장 지표를 유의하게 감소시키고 무기질 균형을 교란하며, 항산화 방어 기전의 손상과 함께 H₂O₂, 말ondialdehyde(MDA), 과산화물 음이온(superoxide anions, O₂⁻)의 증가로 인해 식물의 스트레스를 증가시켰다. 그러나 GABA 처리는 생장 지표를 향상시키고 상대 수분 함량을 개선하며 산화 스트레스를 감소시킴으로써 이러한 유해한 영향을 효과적으로 완화하였다. GABA는 카탈레이스(CAT), 초산화물 불이효소(SOD), 아스코르베이트 과산화효소(APX), 글루타티온(GSH)과 같은 항산화 효소의 활성을 유의하게 증가시켰다. 또한 GABA는 금속 수송체 단백질(MTPs)인 OsMTP1 및 OsMTP8의 상향조절을 통해 니켈 축적을 감소시켜 액포(vacuole)로의 니켈 격리를 촉진하고 Ca²⁺와 Mg²⁺와 같은 필수 무기질 함량을 회복시켰다. 유전자 발현 분석 결과, GABA는 GABA 우회 경로를 자극하여 OsGAD, OsGABA-T, OsSSADH의 발현을 유의하게 증가시켰다. 이러한 결과는 벼 식물에서 생장, 항산화 방어, 금속 항상성 및 스트레스 반응성 경로를 조절함으로써 GABA를 니켈 독성 완화에 활용할 가능성을 보여준다.

벼 논에서의 메탄 배출은 온실가스의 광범위한 원천이며, 주로 토양 내 미생물 활동에 의해 크게 좌우된다. 본 연구에서는 멜라토닌, 질소, 그리고 이들의 조합 처리가 벼 재배지의 토양 메탄 배출과 미생물 다양성에 미치는 영향을 조사하였다. 야생형 벼 식물은 여섯 가지 처리 조건에서 재배하였으며, 질소1과 질소2를 단독 처리, 질소1 + 멜라토닌 및 질소2 + 멜라토닌을 병합 처리, 멜라토닌 단독 처리, 대조군이 포함되었다. 미생물 다양성, 군집 구성, 그리고 메탄 순환(사이클링) 세균의 풍부도를 평가하여 메탄 방출이 일어나는 기작을 규명하고자 하였다. 멜라토닌을 포함한 처리들은 대조군 및 N 단독 처리에 비해 미생물 다양성을 유의하게 증가시키고 군집 구조를 변화시켰다. 또한 미생물의 풍부도(Chao1 지수)는 멜라토닌 포함 처리에서 최대 45%까지 증가하여 가장 큰 다양성을 보였다. 베타 다양성 분석은 뚜렷한 미생물 군집의 이동을 보여주었으며, 질소 + 멜라토닌 조합 처리는 토양 생태계 기능에 가장 적합한 안정적이고 구별되는 미생물 군집을 지지하는 것으로 나타났다. 결정적으로, 이러한 시너지 처리들은 주요 메탄영양균속(예: Methylocystis, Methylomonas, Methylocaldum)을 풍부하게 하였고(η² > 0.58), 대조군에 비해 메탄 배출량을 50% 감소시키는 것과 연관되었다. 차등 풍부도 분석과 LEfSe는 메탄 산화 및 영양소 순환에 중요한 미생물 계통이 선택적으로 풍부해짐을 보여주었다. 그러나 질소 단독 처리는 질소와 멜라토닌의 처리 시너지와 관련하여 중간 정도의 효과만 나타냈다. 메탄영양성 활동의 증진을 통한 메탄 저감은, 특히 Methylococcaceae 계통의 풍부도가 유의하게 증가함으로써 추가로 뒷받침되었다. 따라서 멜라토닌은 토양 개량제로 전략적으로 적용되어 미생물 다양성을 증가시키고 메탄 산화에서의 기능성 분류군을 선택적으로 강화하는 동시에, 벼 생산으로부터의 메탄 배출을 감소시키는 데 활용될 수 있다. • 멜라토닌 처리는 벼 논에서 미생물 다양성을 최대 45%까지 증가시켰다. • 질소 + 멜라토닌은 구별되고 안정적인 토양 미생물 군집을 형성하였다. • 멜라토닌 적용 시 메탄 배출이 50% 감소하였다. • 멜라토닌은 메탄영양균을, 특히 Methylococcaceae 계통을 풍부하게 하였다. • LEfSe는 메탄 산화와 관련된 기능성 분류군이 선택적으로 풍부해짐을 보여주었다.