기술동향
작물 개선과 미래 농업을 위한 유전체 공학기술
- 등록일2022-02-08
- 조회수4065
- 분류기술동향
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자료발간일
2022-01-20
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출처
BRIC
- 원문링크
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키워드
#유전체 공학기술#작물 개선#미래 농업
- 첨부파일
pdf_0003971.pdf
작물 개선과 미래 농업을 위한 유전체 공학기술
◈목차
1. 서론
2. 식물 유전체 편집기술
3. 차세대 식물 육종 기술
4. 도전과 미래 전망
5. 결론
◈본문
1. 서론
세계 인구는 2050년에 약 100억 명에 이를 것이다(FAO, 2017). 현재 가장 주요한 과제는 이처럼 증가하는 인구를 어떻게 성공적으로 먹일 것이냐 하는 것이다. 지금까지는 녹색 혁명(Green revolution)과 작물 육종 기술의 발전 덕분에 전 세계 인구를 먹이기에 충분한 양의 식량이 생산되었지만, 향후 기후 변화와 경작 가능한 토지의 한계로 식량 생산이 감소할 가능성도 대두되고 있다. 또한, 미래에 인구가 실제로 100억이 된다면, 작물 생산량은 지금보다 60% 정도 증가해야 한다는 예측도 있다(Springmann et al., 2018). 그러므로, 농작물의 생산량을 꾸준히 늘리는 것은 전 세계적으로 필수적인 과업이며, 이를 위한 과학적이고 기술적인 혁신이 매우 시급한 상황이다.
유전적 변이는 농작물 개량의 기초이다. 식물 육종의 목적은 유전적 변이를 만들어내고 그것들을 이용하는 것에 있다. 식물 육종의 긴 역사를 통해 보면, 육종 기술은 크게 교배육종(crossbreeding), 돌연변이 육종(mutation breeding), 형질전환 육종(transgenic breeding), 유전체 편집에 의한 육종(breeding by genome editing) 4가지로 나눌 수 있다(Chen et al., 2019). 전통적인 육종 방식인 교배육종에서는 유성 재조합(sexual recombination)을 통해 얻고자 하는 성질을 가진 작물을 개발하였다. 대표적인 예로 1950년대 말에 시작된 1차 녹색 혁명에서 밀(Triticum aestivum), 쌀(Oriza sativa) 등의 주요 작물에서 고수율을 목적으로 개량된 줄기가 짧은 품종을 들 수 있다(Khush, 2001). 그러나, 교배육종 방식의 단점은 부모의 유전체 안에 이미 존재하는 성질만 얻을 수 있어 유전자형이 다양하지 않다는 것이다. 돌연변이 육종은 화학물질 또는 방사선에 의해 유발되는 돌연변이를 사용하는 것으로, 무작위로 돌연변이를 일으킨다(Holme et al., 2019). 그러나 많은 돌연변이 작물들 중에서 특정 성질을 가진 개체를 골라내는 것은 매우 어렵고, 시간도 오래 걸린다는 단점이 있다. 이후 작물 육종에서 큰 돌파구를 마련하게 된 계기는 형질전환 방식의 개발이었다. 이는 이종의 개체로부터 필요한 유전형질을 이식하여 수율은 높이고 농약 사용은 줄이며, 보다 많은 영양소를 함유한 작물을 생산할 수 있게 되었다. 하지만, 이 기술은 대상 작물의 유전체에 외부 DNA가 무작위로 결합하기 때문에 제어가 쉽지 않아 현재까지 단 몇 종의 작물들 외에는 활용되지 않고 있으며(Raman, 2017), 이러한 유전자변형생물체(GMOs)는 정부의 엄격한 규제를 받고 있다 (그림 1). 게다가, 안전과 관련된 부정적인 여론 또한 이들 제품의 활용을 막는 데 일조하고 있다.
생명공학기술을 기반으로 한 식물 육종의 네 가지 주요 기술들. 자연발생 돌연변이에 기초한 교배육종(corssbreeding)은 주요 작물들에 다양한 형질을 도입하기 위해 사용되었다. 돌연변이 육종(mutation breeding)은 유전적 변이를 크게 확장한 유전체 규모의 무작위성 돌연변이를 유도하는 데 사용되었다. 교배육종과 돌연변이 육종은 일반적으로 여교배(back crossing)가 필요하기 때문에 시간이 오래 걸린다. 형질전환 육종(transgenic breeding)은 다른 유기체로부터 유전자 또는 형질들을 도입하는 데 사용될 수 있지만, 외래 DNA는 유전체에 무작위로 결합된다. 형질전환 작물의 상업화는 길고 비용이 많이 드는 심사과정을 거쳐야 한다. 유전체 편집기술은 외부 DNA의 도입없이 형질 개선을 위해 식물 유전체를 조작할 수 있다. 이런 정교한 육종 기술들이 차세대 식물 육종을 위해 개발되고 있다
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