육종

육종은 자연적이거나 인공적인 변이를 활용하여 목적에 맞추어 기존의 품종을 끊임없이 개선하는 것이다. 새로운 품종은 이전의 품종과 뚜렷이 구별되는 특성 및 우수성을 지니고(구별성,우수성), 이 특성은 개체들을 집단으로 만들어 재배하고 이용하기 위하여 농업적으로 동일한 특성을 보여야 하며(균일성), 또한 세대를 반복하여 연속적으로 재배해도 항상 그 특성이 안정적으로 유지되어야 한다(영속성,안정성). 작물육종은 신석기시대에 야생식물의 주거지 재배(domestication)로부터 시작되어, 우수계통의 인위적 선발(분리육종), 유전적 교배와 고정(교배육종, crossbreeding)에 의한 품종 개발로 이어졌다. 1972년 최초로 제한효소(EcoRI)가 발견된 이후 고전적인 교배육종기술의 한계를 유전자재조합기술이 극복하게 되었고, 유전자재조합기술에 의하여 많은 유전자변형작물이 개발되었다. 또한 분자생물학의 발전으로 마커를 이용하여 선발기간을 크게 단축할 수 있는 육종기술이 이용되고 있다.

목차

작물의 육종은 약 만 년 전 신석기인들의 농경문화와 함께 시작되었다. 신석기인들이 식용, 약용 또는 의류용으로 유용하다고 판단된 야생식물을 주거지 인근에 재배하기 시작한 것이 농경문화의 시작이었고, 재배 시 많은 개체 중에서 우수한 개체를 선발해 이를 다음 해에 심은 것이 작물육종의 시작이었다. 이후 우리 조상들은 농사짓던 밭에서 가장 우수하다고 판단했던 개체나 집단으로부터 종자를 받아서 다음해 농사에 사용하는 육종을 자연스레 실천하여 왔다. 이러한 육종의 결과로 세계 각지에 수천수만의 재래종(토종)이 육성되었고, 이는 농업의 생산성 향상과 영농의 안정성 증가에 크게 기여하였다. 현대 육종학자들은 신석기인들이나 옛 농민들이 수행했던 육종 방법을 ‘분리육종법’으로 분류한다.

야생형(왼쪽)과 정착한 후손작물(오른쪽)의 모양 예. 옥수수는 작고 단단한 씨앗이 크고 부드러운 씨앗으로 바뀌었고 수량 또한 증가하였다. 벼, 밀, 토마토, 해바라기의 표현형도 인간이 선호하는 형태로 선발되었다. (출처:Doebley JF, Gaut BS, Smith BD (2006) The molecular genetics of crop domestication. Cell, 127: 1309-1321)

교배육종이 처음 사용한 것은 200~300년 전 유럽 궁정의 화훼육종가들이었고, 현재 전 세계에 재배되고 있는 고정된 품종은 거의 이 방법으로 육성되었다. 작물육종 역사상 또 다른 큰 사건은 잡종강세 현상을 육종에 활용한 ‘잡종강세 육종법’의 탄생이다. 이에 대한 이론적인 근거는 1910년대에 발표된 옥수수 유전학자들인 East,¹⁾ East와 Hayes,²⁾ Shull³⁾⁴⁾의 논문에서 제기되었고 1940년대부터 미국에서 옥수수의 일대교잡종(F1)이 상업적으로 본격 재배되기 시작하였다.⁵⁾ 현재 농업 선진국의 경우 옥수수와 같은 거의 모든 타가수정 작물을 일대교잡종으로 재배하고 있으며, 우리나라의 모든 주요 채소작물도 일대교잡종이다. 잡종강세육종은 수량, 균일성, 안정성 등에서 혁신적인 기여를 하였지만, 종자회사로부터 매년 종자를 구입할 수 밖에 없는 단점을 포함하고 있어서 경제적으로 취약한 개도국에서는 아직 제대로 활용하고 있지 못하다.⁶⁾

국내의 육종은 벼를 중심으로 1920년 이전에는 재래종에서 분리육종을 통한 순계선발이 이루어졌고, 1906년 대한제국 권업모범장이 설립되면서 일본 벼 품종의 국내 적응 선발시험을 실시한 도입육종이 이루어졌으며, 교배육종은 1915년경부터 시작되었으나 실용적인 선발이 이루어진 것은 1930년 이후였다. 본격적인 벼 육종은 1962년에 농촌진흥청의 발족과 더불어 교배육종의 계통육종을 근간으로 이루어 졌다. 국내 육종기술은 작물의 종류에 따라 그 편차가 매우 크지만 벼, 고추, 배추, 무는 세계적인 수준이다.

육종기술은 매우 다양하여 ① 대상 작물의 번식과 수정 방식(자가수정, 타가수정, 영양번식 등), ② 목표 품종의 종류(고정 종, 일대교잡(F1)종, 영양계통 등), ③유전적 변이 유발 방법(유전자원, 교잡, 이종·속 교잡, 돌연변이, 형질전환 등), ④ 선발 방법(개체, 계통, 집단 선발), ⑤ 육종 형질의 유전정보(질적, 양적, 유전력 정도, 연관, 관련 유전자 수 등), ⑥ 기타 예산, 인력, 육종 포장 크기 등을 고려하여 선택한다. 육종기술을 간단히 요약하면 다음과 같다.

교배, 돌연변이, 잡종강세, 반수체, 배수체, 동형접합자, 이형접합

1. East EM (1908) Inbreeding in corn. Reports of the Connecticut Agricultural Experiments Station for 1907
2. East EM, Hayes HK (1912) Heterozygosis in evolution and in plant breeding. USDA Bur Plant Indust Bull, 243: 58
3. Shull GH (1908) The composition of a field of maize. Reports of the American Breeders Association, 4: 296-301
4. Shull GH (1914) Duplicate genes for capsule form in Bursa bursa-pastoris. Zeitschr Induk Abstamm U verebungsl, 1: 97–149
5. Crabb AR (1947) The Hybrid-Corn Markers: Prophets of Plenty, Ed, Vol Rutgers University Press, New Brunswick, NJ
6. 박효근 (2010) 전통 작물육종과 유전자변형 기술. Biosafety, 11: 6-15