Earticle

우리나라의 고추 육종 기술, 특히 세포질 유전 웅성불임(CMS)을 이용한 F1 잡종 품종 개발과 다양한 병 저항성 품종 개발 등은 전 세계적으로 뛰어난 기술력으로 인정받고 있다. 2023년 고추의 내수 시장 규모는 약 600억 원이 며, 종자 수출액은 약 110억 불로 전체 수출액의 약 20%를 차지할 정도로 중요한 위치를 점하고 있다. 그러나 우리 나라의 고추 재배 면적은 중국산 고추 수입 증가로 인해 10만 ha에서 3만 ha 내외로 급격히 감소하였다. 최근 기후 변화로 탄저병, 청고병, 신규 바이러스 병 발생이 증가하면서 국내 고추 생산이 위기를 맞고 있어, 이에 대비한 다양 한 품종 개발이 절실한 상황이다. 이번 발표에서는 기후변화에 대응하기 위한 디지털 육종 기술을 포함한 혁신적인 고추 육종 기술을 논의하고자 한다. 지난 18년 동안 본 연구진은 고추의 병 저항성 및 과일 품질 형질과 연관된 분자 마커 개발 등 다양한 연구를 수행 하였다. 단일 유전 형질에 대한 분자 마커는 종자 회사에 성공적으로 이전되어 새로운 품종 개발에 사용되고 있다. 그러나 고추에서 기후변화에 대응할 주요 농업 형질은 환경 조건에 따라 큰 변이를 보이며, 양적 유전자에 의해 조절 되므로 품종 개량이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 우리 연구실은 내건성에 대비한 뿌리 형질, 내한성 형질, 청고 병 및 LCV 저항성 등에 대한 QTL 분석과 GWAS 분석을 수행하여 연관 마커를 개발하였다. 그러나 이러한 마커들 은 많은 경우 낮은 정확성으로 인해 육종 프로그램에서 성공적인 적용은 제한적이었다. 양적 형질 예측의 효율성을 높이기 위해 과실 형질에 대한 유전체 선발 기법을 적용하여 높은 예측력을 확인하였다. 또한 virus-mediated gene editing 기법을 확립하여 다양한 육종 소재를 개발하고 있다. 유전체 선발 기법을 고추 과실 형질에 적용하여 높은 예측력을 확인했으나, 이를 품종 개발에 적용한 실증이 필요 하다. 또한 디지털 육종 기술의 고도화를 위해서는 다년간 지역별 생육 데이터를 축적하고 유전체를 재분석하는 등 인프라 확충이 필요하다. VIGE 기술을 확립하여 다양한 육종 소재를 이용한 상업화를 위해서는 국가의 GMO 법 개정이 필요하다.

기후변화는 온난화와 기상이변을 동반하여 인류의 생활은 물론 농업생산 전반에 생산성 감소 등 부정적인 영향을 미치고 있다. 본 발표는 미래 식량의 안정적 공급을 위하여 기후변화에 적응하고 동시에 탄소배출을 저감하기 위헤 주곡작물인 벼의 육종 방안을 제시하고자 하였다. 벼는 35℃ 이상의 고온과 한발, 홍수 및 태풍시에 불임, 도복, 품질 저하, 수량감소, 도복, 열대형 병해충 창궐 등의 피해를 입는데, 그에 대해 보고된 생리 유전적 기작들을 검토하였다. 이상기상에 대해 저항성을 가진 것으로 보고된 유전자원들을 이용하여 전통육종 방법에 의해 어느 정도 환경 스트 레스에 적응하는 품종을 육성할 수 있을 것이며, 일부 품종이 개발되어 이용되고 있다. 그렇지만 벼 식물의 적응 범위 를 초과하거나 복합적인 환경 스트레스에 대응하기 위해서는 다수의 유전자들을 직접 이용하는 형질전환 또는 유전 자교정 방법을 활용하여 품종을 개발해야만 한다. 한편 기후변화 완화 대책으로 논에서 탄소배출을 저감하기 위해 서는 생육일수가 짧은 품종, 양분 및 수분 이용효율이 높은 품종, 근권이 발달한 품종, 수확지수가 높은 품종 등을 목표로 전통육종과 분자육종 기술을 병행 활용해야 한다. 기후변화 적응 기술이든 완화 기술이든 현재의 생산성을 유지 또는 돌파하면서 내재해성 품종을 육성해야 하기에 육종 기술은 보다 첨단화되어야 할 것이다. 유전자를 활용 하는 분자육종 기술을 실제 품종 육성에 적용시키기 위해서는 관련 제도와 법규도 뒷받침되어야 한다. 또한 기후변 화의 양상은 각 나라 또는 지역별로 다르기 때문에 그에 대응하는 품종을 장기적인 관점에서 개발해야 할 것이다.

국립원예특작과원에서 후지 사과나무를 인공기상실에서 8년간 재배한 결과, 신초 등 영양생장이 증가하였고, 과 피착색이 감소되었고 당도감소, 산도증가로 과일이 맛없게 되고, 수량이 감소되었고 과피가 얇아졌다고 한다. 일본 47개 현 과수연구소 조사에 의하면 과수는 다른 작물에 비해서 47개 전역에서 기상재해 피해가 보고되어 타 작물보 다 기후적응성이 매우 약하였다고 한다. 이상기온 대응 과수재배 기술로 과실의 품온을 낮춰서 일소와 부피를 감소 시킨다.품온을 낮추는 방법은 태양광을 줄이는 것인데 차광막이나 봉지를 사용하거나 전정 시 가지를 많이 남겨 차 광시킨다. 수형개조, 전정, 반사필름 등으로 투광량을 증대하고 적과로써 착과수를 감소시켜 남은 과실에로 광합성 산물을 집적시켜 당도를 향상시키면 착색증진이 된다. 이런 작업을 하지 않고 환상박피로써 착색을 도모할 수 있다. 그러나 환상박피는 발근을 저해시키고 포도나무의 활력을 저하시키므로 적어도 수확 1개월 전까지는 마쳐야 하고 착색 불량이 예상되는 해에만 실시해야 한다. 동해를 방지하기 위해서는 시비시기를 봄으로 바꾸어야 한다. 토양수 분을 유지해야 되고, 자스몬산이나 살리신산, 프롤린 같은 유기용매물질을 살포하고, 솔비톨, 만니톨 같은 당알콜을 엽면살포 하거나 부식산을 정기적으로 투여한다. 수체 생육 단계별로 칼리와 칼슘 비료 타입을 달리 해서 사용한다. 미량요소와 지베렐린, 사이토카이닌 등 생장조절제도 중요한 역할을 함을 인식해야 한다. 이상기후 대응 묘목생산 방안은 재배기술과 유사한데 퇴비를 충분히 사용하고 생육단계별로 적절한 비료를 시비하고 시비시기를 봄에 하고 초생재배를 하는 것이다. 토양온도를 낮춰서 묘목의 영구위조를 늦추거나 방지한다. 뉴질랜드와 스페인 공동육종 프로그램이 2002년도에 시작되어 “뚜띠”라는 품종을 2023년에 출시하였다. 뉴질랜드는 과수육종을 빠르고 효율 적으로 하기 위해서 fast breeding을 한다. Fast breeding은 4요소로 구성되어 있다. 마커선발과 GS선발, 결실기 단축, 로보틱이 그것들이다. 몇 개의 분자마커로써 적색과육 같은 특수형질을 가진 실생을 선발하고(전경선발), 사 과 게놈 전반에 걸쳐서 존재하는 수천 개의 마크들을 동시에 적용해서 GS를 한다(배경선발). 배경선발은 품질향상 을 위해서 야생종 게놈이 적게 들어 있는 개체를 선발하는 것이다. 결실연한 단축은 항온실에 파종하여 육묘기간을 단축하고, 유묘를 대묘포트에서 키움으로써 결실시키는 것이다. 실험실 자동화를 하여 DNA 추출, DNA 분석을 로 봇화 한다. 기후변화와 비생물적 스트레스 대응 육종전략으로 글로벌 디지털 채소육종에서 힌트를 얻을 수 있다. 글로벌 디지털 육종기업은 보유 유전자원의 DNA 분석을 최우선적으로 실시하는데, 유전형과 MAS, GS 데이터를 탑재한 컴퓨터 시스템으로 교배조합을 작성, 채종해서 해외 거점지역에 보내어 현지농가와 계약재배를 하여 특성검 정을 한다. 모든 과정이 단계별 평가로 진행되기 때문에 각 단계를 통과시키는 책임자의 역할이 매우 중요하다. 전통 적 과수육종 전략으로서 여교잡을 들 수 있다. 우성유전자를 도입할 때는 목적유전자와 기존 재배품종을 교배한 후 목적유전자가 보유된 개통을 기존 고품질 재배 육종과 계속 여교잡함으로써 최종적으로 목적유전자가 도입된 고품질 품종을 육성한다. 열성유전자를 도입할 때는 목표유전자가 도입된 계통을 선발해서 자식을 한다. 자식계통 중에서 우성유전자 보유계통은 도태하고 열성유전자 개체만을 선발하여 품질회복을 위해 기존 고품질품종을 반복친으로 여교잡한다. 이상기상 관련 표현형을 유전학과 genomics로써 잘 분석해서 개념을 알아내어야 한다. 야생종 유전 자원을 분석, 선발하여 교배양친으로 이용한다. 뉴질랜드와 같이 MAS와 GS를 결합시키는 fast breeing을 사용한다.

종자생산은 종자 회사에서 R&D, 영업, QA와 함께 주요 사업부서라 할 수 있습니다. 흔히 “육종의 마무리는 종자 생산이다”라고 말들을 합니다. 아무리 좋은 신(新)품종을 만들어도 상업화를 위해서는 종자생산이라는 과정을 거쳐 야 하는데 생산이 어렵다면 상업화를 할 수가 없다는 이야기입니다. 우리나라의 종자생산 환경은 지난 ‘90년 대 중반 이후에 지속적으로 악화되어왔는데 ’90년대의 경우 해외 채종지 역에 비하여 가격경쟁력 약화, 그 이후에는 농촌인구 감소. 고령화 등의 사회적인 환경변화들이 원인이었습니다. 결과적으로 현재 우리나라 회사들의 해외채종의 의존도는 작물에 따라 차이는 있지만 과채류 작물의 95% 이상, 엽. 근채류 작물들의 경우 배추의 경우를 제외하고 65% 이상을 해외에서 채종하고 있습니다. 문제는 과거 우리가 경험했던 농촌인구의 감소, 고령화 등에 문제들이 해외 여러 채종지역에서 발생하고 있고 여 기에 최근 빈번하게 발생하는 이상기후, 경험하지 못했던 코로나 대유행, 지역적인 분쟁 등으로 인하여 종자생산 환경이 급격히 악화되고 있습니다. 이러한 종자생산 환경의 악화는 종자공급의 불안, 종자의 품질 저하, 불용재고의 누적 및 관리 비용증가 등의 문제를 야기하면서 종자공급 사슬의 약한 고리로 인식되고 있습니다. 종자생산은 일반 제조와 달리 생산 환경, 시기와 장소에 제한을 받기 때문에 새로운 채종 지역으로 전환이 매우 어렵습니다. 따라서 현재의 환경변화를 극복하기 위한 노력이 필요한 상황이며 기존 채종지역에 환경 개선, 다양한 정보 수집방법의 활용, 품질개선을 위한 현장 관리강화, 회사들의 재고위험관리, 생산기획 역량강화 및 생산에 필요 한 적정량의 자원을 적기에 확보하는 노력들이 필요합니다. 마지막으로 종자생산의 지속적인 발전과 성장을 위해 서 이해당사자들이 서로 상생할 수 있는 Risk Sharing (위험공유)와 합리적인 계약체결을 위해 노력해야 합니다.

Over the past several decades, the food crisis theory for humans has been announced in various circumstances. This is because not only food for people but also food for livestock must be considered. We will have 10 billion people and 100 billion livestock on Earth in 2050, and to feed them, we need to produce 170% of the current production. Due to the increase in CO2 level and global warming, the temperature will rise by 1.5 degrees by 2050, and plant pests and diseases will become more prevalent. As land desertification continuously occurs, the cultivated area will decrease, and the water supply will become insufficient for field activity and drinking. So we are in a dire situation where food production is expected to decline. In particular, drought has been prominent in South America and Africa recently, and the decrease in production in these areas significantly impacts global food security. Therefore, developing crops with high production and drought-tolerant traits is urgent. Recently, major crops with drought tolerance have been developed as GMOs and commercialized, and they are being stacked with already developed GMO traits such as herbicide and pest tolerance. However, the problem with GMOs is that the development cost until commercialization is too high and the total period from seed to sale is about twice that of ordinary crops. In addition, public concern against GMOs is still present, and social harmony has yet to be achieved, so most GMOs are used for livestock feed or processing, not for direct food. In comparison, the development of genome-edited crops is similar in cost and period to the development of ordinary varieties. The advantage is that the desired genetic resources can be precisely created, and unlike GMOs, social harmony with the public sector is possible. Only three gene-edited crops (high-oleic acid soybeans, GABA tomatoes, and non-bitter mustard) have been commercialized globally, so there is a long way to go. ToolGen is developing several drought-tolerant crops using genome-edited technology, and pepper is a recent success story. I would like to present a talk focusing on drought-tolerant pepper.