일본, 정밀도 99.99%의 유전정보를 이용한 벼 품종개량

작성자

윤민수

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등록일

2014-08-11

내용

아시아를 중심으로 많은 사람들의 주식량으로 이용되는 쌀은 기후 변동과 인구 증가로 인하여, 고온에 강한 다수량 품종의 개발이 시급한 상황이다. 그 효율을 높이기 위하여 그동안 벼의 전유전정보 (벼게놈) 해독을 주도해온 사람들은 농업생물자원연구소 연구팀이다.

 

일본 주도로 데이터 축적

 

벼는 품종에 따라 건조에 강하거나, 병에 강하거나 하는 성질을 나타내며, 쌀의 맛과 점성도 다르다. 벼의 품종개량을 위해서는 벼가 가지고 있는 유전자 정보가 필수적이다. 벼게놈 해석은 농림수산성과 농업생물자원연구소가 주도하여 국가 프로젝트로서 1991년 4월에 시작되었다. 

 

농업생물자원연구소의 게놈연구그룹은 벼염색체에 있는 DNA서열 등의 위치를 결정하는 <유전지도>를 만드는 연구를 진행해 왔다. 그들은 200여개의 개체로부터 막대한 양의 DNA를 추출하고, 통계 처리에 의하여 2,000종 이상의 DNA위치를 밝혀냈으며, 7년 후인 1998년 3월에 벼의 유전자지도를 완성했다. 1998년 4월에는 일본을 포함한 10개국이 국제팀을 결성하고, 염색체별로 분담하여 본격적으로 게놈해석을 개시하였다. 2004년에 드디어 국제 연구팀들에 의해 99.99%의 정밀도를 자랑하는 유전자 해독이 실현되었고, 그 해석 내용은 세계적인 데이터베이스로 활용되고 있다. 

 

가뭄속에서도 다수확

 

벼게놈 해독을 계기로 품종 개량이 가속화되기 시작하였고, 특정 유전자의 존재 여부를 확인하면서 교배를 반복하는 <게놈육종>이 정착되었으며, 국내를 중심으로 10품종 가량이 개발되었다.

 

농업생물자원연구소에서는 게놈정보를 이용함으로써, 중력을 감지하여 뿌리를 신장시키는 유전자 DRO1을 발견하였고, 동남아시아와 남아시아를 중심으로 널리 보급되어 있는 품종인 IR64에 DRO1유전자를 도입시켜 가뭄에도 두 배 이상의 수확량을 올릴 수 있는 품종을 개발하였다. IR64는 뿌리가 지표면으로부터 약 20센티미터의 깊이 정도밖에 자라지 못하지만, 신품종은 약 40센티미터의 깊이까지 도달할 수 있으므로 수분 흡수능력이 향상된다고 한다.

 

현재, 농업생물자원연구소는 필리핀의 국제벼연구소 (IRRI) 와 공동으로 DRO1유전자가 도입된 IR64를 육성중에 있다. 콜롬비아의 국제열대농업연구센터 (CIAT) 에서는 DRO1과 유사한 DRO2를 남미의 벼에 도입하여 같은 효과를 보이는 품종을 개발하고 있다.

 

온난화로 품질 저하

 

해외 뿐만 아니라 국내에서도 매년 지구 온난화의 영향으로 쌀의 품질이 점점 저하되고 있어 문제가 되고 있다. 또한, 금세기 중반에는 지구의 인구가 90억에 이를 것으로 추산되고 있어서 인류의 식량문제를 크게 우려하는 사람들이 많다.

 

농업생물자원연구소의 벼게놈 육종연구팀의 야마모토 씨는 <다수확성과 내한성에 관련되어 있는 유전자가 다수 존재하고 있으므로, 어느 하나의 유전자가 파괴되면 전체적으로 균형을 잃기 때문에 품종 개발이 쉽지 않다>고 말한다. 약 28,000종의 벼유전자가 파종에서 수확까지 다양한 환경변화 속에서 각각 어떠한 기능을 하는지 모든 데이터를 총망라하여 수집하고 해석함으로써 유전자 발현과 환경, 생육상황의 인과관계를 밝혀내지 않으면 안된다.

 

2008년 이바라키현 쯔쿠바시의  논에서 정기적으로 잎을 채취하고, 약 3키로미터 떨어진 기상청 고층기상대의 기상 데이터를 수집하여, 기상조건과 생육일수, 시각별로 유전자 발현량을 예측하는 시스템을 구축하였다. 2013년부터는 전국 7개지역으로 확대하여 데이터를 수집하고 있다. 야마모토씨는 <유전자 발현정보를 사용하면 벼의 건강상태를 알게 된다>고 말하면서, <지역별로 특정적인 목적에 필요한 유전자를 효율적으로 추적함으로써 새로운 품종개량이 가능해진다>고 기대감을 나타냈다.

 

 

***제공출처: 일본 마이니치신문, http://goo.gl/Yy1oBn

***제공일자: 2014. 8. 7