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도입배경

  • 육종기술은 크게 5단계의 획기적 발전을 거치게 되는데 분리육종-교배육종-돌연변이 육종
  • 잡종강세육종-생명공학육종으로 구분할 수 있으며, 현재의 생명공학육종 전 단계를 전통육종이라고 구분해서 말하고 있지만 실질적으로는 생명공학육종도 육종기술의 발전과정의 일부임
  • 하지만 인구증가, 극심한 기후변화, 돌발병해충의 발생 등에 따른 폭발적 수요를 충족시키기에는 교잡 육종만으로는 한계가 있음
  • 이러한 한계를 극복하고자 다양한 유용 유전변이의 창출이 가능한 생명공학 육종기술이 도입하게 됨
  • 생명공학육종 기술은 식물, 동물 또는 미생물의 유용 유전자를 대상 식물에 도입하여 우리 인류가 원하는 유용형질을 식물이 획득하는 유전자 재조합 기술인 것이며 전통육종기술과 조화를 이루어 1996년 처음으로 상업화 종자를 개발하여 재배가 시작, 이후 지속적으로 재배 면적이 확대되어 현재 상업화 초기보다 재배면적이 100배 이상 증가되는 등 이미 중요한 육종기술로 자리 잡고 있음

전통육종 및 성과

전통육종

교배육종

  • 교배육종은 근연, 원연식물 간에 교배하여 특성이 우수한 개체를 선발하는 과정을 반복적으로 수행함으로써 새로운 품종을 육성하는 방식
  • 이 기술을 이용할 경우 개량하고자 하는 목표에 따라서 알맞은 교배친(parents)을 선정하고 교배 후 두 개의 교배친이 가지고 있는 유전자들의 조합에 의하여 나타나는 변이체 중에서 우량 유전자들이 조합된 보다 우수한 개체를 선발하여 우리가 원하는 품종을 만들 수 있음
  • 이 교배육종기술을 처음 사용한 것은 불과 2~300년 전으로서 주로 화훼나 채소종자의 육종을 시작으로 적용되었으며 이후 거의 모든 작물에 적용되어 현재 전 세계에서 재배되고 있는 품종은 거의 이 방법으로 육성된 것으로 생각되며 지금도 지속적으로 사용되고 있는 핵심 육종기술임

통일벼의 개발

  • 우리나라의 경우 1965년 당시 쌀 품종의 품질이 낮아 식량 부족 현상이 일어나면서 당시 육종학자였던 서울대학교 허문회 박사는 키가 작은 인디카 1품종과 우리나라에서 재배되던 자포니카 2품종을 교잡하는 3원 교배를 실시, 계속 선발 교배하는 등 노력을 통해 다수확 품종인 통일벼를 개발함
  • [교배육종에 의한 통일벼의 품종개량 특징]

출처: 동아사이언스


  • 이 통일벼는 당시의 다른 품종들보다 30% 정도 생산성이 높은 다수확 품종이며 병해충에도 강한 특성이 있었으며, 1972년부터 농가에 보급 및 재배, 1976년에는 ‘통일벼’의 재배 면적이 전체 벼 재배 면적의 44%로 확대되면서 평년보다 21.8% 증가한 521.5만 톤의 쌀을 생산하였다. 이를 통해 주곡인 쌀의 자급자족을 달성하게 됨

녹색혁명(Green Evolution)

  • 국제적으로도 교배육종은 우리 인류에 엄청난 성과를 가져다주었는데, 미국의 농학자인 노먼 블로그(Norman Borlaug) 박사는 수확량이 많고 병에 강한 키가 작은 다수확 밀 품종인 “소노라”를 개발하였고, 멕시코에 위치한 국제옥수수밀육종센터에서 수확량이 많고 병에 강한 키 작은 밀을 개발함
  • 멕시코, 파키스탄, 인도 등 개발도상국의 식량문제 해결하는데 크게 기여해 1970년 노벨평화상을 수상함
  • 이는 이후 획기적인 식량증산으로 이어지면서 수십억명의 사람들을 기아와 배고픔에서 해방시키는 녹색혁명으로 이어지게 됨
  • 이 녹색혁명 기술은 2014년 위클리 비지니스가 창간 85주년을 기념하기 위해 선정한 “세계를 바꾼 85종의 혁신기술” 중 전체 3위를 차지하는 평가를 받음
  • [녹색혁명을 주도한 다수확 단간 밀 품종 “소로보”와 노먼 블로그 박사]

돌연변이 육종

  • 1942년 뮬러(Muler)가 초파리에 X-선을 처리하여 인위적으로 돌연변이를 일으킴으로서 방사선 처리를 통한 돌연변이 육종의 가능성이 연구되기 시작
  • 이후 특정 화학약제나 방사선 등을 종자에 처리하여 다양한 유전자들의 변이를 유도시킨 후 표현형 검정을 통해 유용한 변이체를 찾아내고, 그것을 고정하여 품종으로 육성하는 돌연변이 육종이 시도
  • 돌연변이 육종의 문제는 특정한 위치에 있는 특정 유전자에서만 돌연변이를 일으키게 할 수 없다는 것
  • 지금은 생명공학기술의 발달로 원하는 특정 유전자만 돌연변이 시키는 방법이 개발되었지만 새로운 유전자의 도입만큼의 성과를 기대하기는 어려움

잡종강세의 육종

  • 서로 다른 품종 또는 계통 간 교잡을 통해 F1의 잡종식물체가 양친보다 왕성한 생육 상태를 나타내는 현상을 활용
  • 미국에서는 1940년대부터 옥수수의 일대교잡종(F1)을 상업적으로 재배하기 시작
  • 현재 주요 채소를 포함한 모든 타가수정 작물들이 일대교잡종 종자의 생산 판매를 통해 재배가 이루어지고 있으며 벼와 같은 자가수정의 작물의 경우에도 활용
  • 잡종강세육종기술은 농민들로 하여금 자가 채종된 종자를 일부 남겨서 재배하던 방식에서, 일대교잡종의 종자를 매년 종자회사로부터 구입하여 재배하는 새로운 종자 산업의 발달을 가져오게 함

생명공학기술 도입 작물육종

생명공학작물 기술개발의 역사

기초 단계 1953 DNA 구조 구명
1968 DNA 절단 및 접착기술 개발
1973 DNA 재조합 기술개발
1977 DNA 염기서열분석법 개발
응용 단계 1983 최초의 GM작물인 카나마이신저항성 담배, 페튜니아 개발 (연구용)
1986 최초의 농업형질 개선 GM작물 개발
(제초제내성 담배 개발 및 재배실험)
실용화단계 1994 GM작물 최초 상업화
(쉽게 무르지 않는 토마토 “Flavr SavrⓇ”)
1995 GM종자 개발 및 본격 시판
(제초제내성 콩, 해충저항성 옥수수와 면화)
1996 GM작물 본격 재배(바이러스저항성 파파야, 전분 함량 증가된 감자. 지방산 조성 변화된 유채 등 GM작물 개발 및 상업화)
2000 황금쌀 (Golden Rice) 개발
2014 27작물 336종 상품화