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식물 디지털 육종 기술의 발전과 미래의 종자산업

◈ 목차

⑴ 식물 육종의 발전사
⑵ 식물 육종의 디지털화
⑶ 디지털화된 식물 육종이 종자산업에 미치는 효과
 

◈본문

■ 식물 육종의 발전사

인간이 약 12,000년 전부터 정착 농경을 시작한 이래로 식물 육종은 농부들에 의해서 자연스럽게 수행되어 왔다. 이는 주로 이듬해에 파종할 종자를 채종하는 형태로 진행이 되었는데 농부들은 수량이 많이 나오거나 특정한 병충해에 잘 견디는 개체들을 선발하여 저장하는 방법을 이용했으며 특별한 과학적인 배경이 없이 지극히 주관적인 관점에서 지속적으로 수행되어 왔다. 육종의 모든 과정의 배경에는 유전학이라는 학문이 존재를 한다. 흔히 표현형(우리가 눈으로 확인해볼 수 있는 개체의 물리적 형질)은 유전자와 환경의 상호작용에 의하여 발현이 되지만 이러한 체계적인 이해가 부족한 상황에서 수행된 식물 육종은 발전속도가 매우 더디고 학문의 영역이라기 보다는 관행적으로 수행되는 일련의 농업적인 과정으로 인식되어 왔다. 1866년 그레고어 멘델이 ‘식물의 잡종 연구’ 라는 논문을 발표하면서 유전학 연구의 패러다임은 급속도로 변하게 된다. 그 당시까지만 하더라도 유전학은 연속적인 변이(혼합 유전설)로 설명이 되어왔기 때문에 이를 수치화 시킨 멘델의 연구는 크게 주목을 받지 못했다. 멘델이 당시 대학이나 연구소의 저명한 학자가 아니라는 점도 냉대의 원인으로 작용했으리라 생각된다. 그러나 현미경의 발명으로 염색체의 실체가 발견되고 1900년에 비로소 두명의 생물학자 휘호 더프리스와 카를 코렌스에 의하여 멘델의 법칙이 재발견되고 새로운 조명을 받게 되었다. 식물 육종은 유전학의 발전과 밀접한 관계가 있다. 20세기 이후부터 과거 선발에 의존하던 육종법에서 인공 교배에 의하여 새로운 형질을 도입하는 교배육종법이 널리 연구가 되어 왔으며 이는 현재까지 지속적으로 수행되어 식량의 증산 및 안정 생산에 기여하고 있다.

2050년까지 세계 인구는 약 96억명에 달할 것으로 예상되고 있다. 이는 식량의 증산이 절실히 필요하고 경지 이용 효율을 높여야 함을 의미한다. 새로운 경작지를 만드는 것보다 식물 육종에 의한 생산성의 향상에 노력을 기울여야 기하급수적으로 늘어나는 인구를 부양할 수 있다. 식물 육종은 교배육종의 도입 이후에 지속적으로 생산성 향상에 기여해 왔지만 현재 세계가 직면하고 있는 기후변화 문제와 더불어 혁신적인 기술적 전환이 필요하다는데 인식을 같이 하고 있다. 앞서 언급하였듯이 식물 육종의 발전은 유전학(또는 유전체학)의 발전과 함께 지속적인 발전이 가능하다. 그림 1은 식물 육종이 발전하는데 기여한 기술들과 식물육종의 트렌드를 보여준다 (Kim et al. 2020). 앞에서 서술한대로 식물의 육종은 작물의 순

화(crop domestication)으로부터 시작되었으며 멘델의 법칙이 발견된 이후에 교배육종법이 도입되어 획기적인 발전을 해왔다. 1977년에 Maxam-Gilbert 염기서열법이 개발되면서 육종가들은 식물의 표현형과 함께 그러한 표현형들을 발현할 수 있는 유전자를 연구할 수 있게 되었으며 이 시점에서 우리가 흔히 이야기하는 전통육종법과 분자육종법이 나누어지는 시점

이라고 할 수 있다. 분자육종법의 도입은 현대 육종의 방법론을 크게 바꾸어 놓는 시점이 된다. 전통육종법의 경우 육종가의 역량에 따라 육종의 성패가 좌우되는데 이는 육종의 방법이 단순한 교육으로 이루어 질 수 없으며 다년간의 현장경험과 감각에 크게 의존하기 때문이다. 쉽게 설명하면 전통적인 육종법은 목표형질에 대하여 육종가가 선호하는 개체를 선발하는 방법으로 수행되기 때문에 이를 후배 육종가에게 단순하게 전달을 하는 것이 매우 어려운 일이다

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