August 22,2019

농업기술의 혁명 … DNA 마커 육종

세계 신산업 창조 현장 (143)

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새로운 농작물 품종을 개발하기 위해 많은 시간이 걸린다. 그러나 초고속 게놈분석기가 등장하고 이를 이용해 ‘DNA 마커 육종’ 방식이 도입되면서 새로운 품종 개발에까지 걸리는 시간이 급속히 빨라지고 있다.

미국 국립 해바라기협회(NSA) 존 샌드바켄(John Sandbakken) 사무국장은 최근 캐피탈저널과의 인터뷰를 통해 협회가 지금 ‘DNA  마커 육종’을 통해 새로운 해바라기 품종을 개발하고 있다고 말했다.

농무부 연구소(USDA Labs), 노스다코타 대학 연구소 등을 통해 개발하고 있는 해바리기는 병에 대한 저항성이 강한 품종이다. 또 해바라기 씨 안의 포화지방산을 줄이는 대신 불포화지방산을 다량 함유하고 있어 상품 가치가 매우 클 것으로 예상되고 있다.

불포화지방산 많은 해바라기 씨 생산

미국 중북부 지역, 캐나다와 국경을 접하고 있는 노스 다코타(North Dakota) 주와 사우스 다코타(South Dakota) 주는 해바라기 주산지다. 특히 노스 다코타 주는 해바라기 씨를 통해 매년 수억 달러의 수익을 올리고 있는 것으로 알려지고 있다.

미국 농업연구소(ARS)에서 최근 개발해 발표한 신품종 사과. DNA 마커 육종 방식을 통해 영양성분 함유량 생산량 등을 높였다 ⓒ http://www.ars.usda.gov/

미국 농업연구소(ARS)에서 최근 개발해 발표한 신품종 사과. DNA 마커 육종 방식을 통해 영양성분 함유량 생산량 등을 높였다 ⓒ http://www.ars.usda.gov/

대평원을 따라 해바라기가 끝없이 펼쳐져 있는 장관을 연출하고 있는 곳이다. 샌드바켄 씨는 현재 다코타(Dakota) 지역에서 신품종 해바라기가 자라고 있다고 말했다. 특히 사우스 다코타 지역에서는 신품종 해바라기를 통해 예상 목표량보다 16%를 더 수확한 것으로 알려졌다.

미국 농무부에서도 신품종 개발에 큰 관심을 기울이고 있다. 품종 개량으로 다수확은 물론 해바라기씨 수출 가격을 올려놓을 수 있기 때문이다. 불포화지방산 함유량을 더 높일 경우 해바라기 씨의 가치가 더 올라갈 것으로 보고 있다.

‘DNA 마커 육종’이란 게놈 분석을 끝낸 작물 중에서 우량 품종을 찾아내 우성 작물 위주로 교배작업을 하면서 샘플 수를 줄여나가는 것을 말한다. 교배 후에는 샘플 작물의 DNA 정보를 판독해 후대가 우량 품종의 특성을 잘 물려받았는지 판단할 수 있다.

DNA 염기서열의 위치를 표지(마커, marker) 삼아 교배가 진행되기 때문에 오차가 있을 수 없다. 또 시간과 노동력을 대폭 단축해 품종개발에 드는 비용을 크게 줄일 수 있다. 벼의 경우 기존의 평균 15년 걸리던 육종기간을 3~5년으로 단축할 수 있다.

벼뿐만이 아니다. 미국농업연구소(ARS)의 유전공학자인 제나로 파치오(Gennaro Fazio) 박사는 지난 7년 간 우량 품종의 사과 유전자를 연구해왔으며, 어떤 품종의 사과가 칼슘 등의 중요한 영양소를 함유하고 있으며, 성장성이 강한지 알아냈다.

영양 많고 더 맛있는 사과 생산

미국 농무부는 이 연구결과를 활용해 미국 사과농장에 적용할 계획이다. 관계자들은 연간 30억 달러로 추산되고 있는 미국 사과 농업에 이 연구결과가 큰 전기를 마련해줄 것으로 보고 있다.

2000년대 들어 각국 정부는 ‘DNA 마카 육종’ 사업에 전력 투구하고 있는 분위기다. 일본의 경우 지난 2008년부터 2013년까지 5년 간 농림수산성이 주도해 ‘신농업 전개 게놈 프로젝트’를 수행해왔다.

2004년 분석한 벼의 유전자를 기반으로 진행한 이 프로젝트를 통해 벼 신품종을 다수 개발한 것으로 알려졌다. 특히 벼와 관련해 35개 중요한 유전자를 특허 등록해 각국 정부로부터 큰 주목을 받고 있다.

우리나라에서도 ‘DNA 마커 육종’ 연구를 활발히 진행해왔다. 농촌진흥청은 지난 4일 밀 가공 적성과 관련된 글루테닌 단백질의 기초자료(이하 DB)를 모아 농업생명정보센터(NABIC)를 통해 공개했다.

글루테닌(glutenin)은 밀에 함유된 단백질로 18개의 아미노산으로 이루어져 있으며, 면, 빵, 과자 등의 질감을 결정하는 성분이다. 이번에 구축한 정보는 국산 밀의 대표 품종인 ‘금강’, ‘조경’을 비롯, ‘알찬’, ‘안백’, ‘백중’, ‘청계’ 등 모두 32종을 대상으로 하고 있다.

이번에 구축한 데이터베이스는 향후 국산 밀의 고품질 품종을 육성하기 위한 육종자료로 활용할 계획이다. 또 국산 밀과 수입 밀, 쌀과 밀을 구분할 수 있는 글루테닌 판별 마커로 활용할 수 있는 기준으로 삼을 계획이다.

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