12. 작물의 변이

- 작물의 변이

 

- 작물의 변이는 다음과 같다.

 

- 변이의 종류

개체들 사이에 형질(동식물의 모양, 크기, 성질 따위의 고유한 특징. 유전하는 것과 유전하지 않는 것이 있다)의 특성이 다른 것을 ‘변이’라고 한다. 형질의 변이는 유전적 원인으로 나타나는 ‘유전변이’와 환경요인에 의한 ‘환경변이’가 있다. 유전변이는 다음 세대로 유전되지만 환경변이는 유전되지 않는다. 유전변이가 생기는 것은 감수분열(염색체의 수가 반으로 줄어드는 세포 분열. 생식 세포, 즉 난자나 정자가 형성될 때 일어나며, 감수 제일 분열과 감수 제이 분열의 과정을 거친다) 과정에서 일어나는 유전자재조합(특정 유전자의 배열 순서를 바꾸거나 다른 유전자와의 조합을 통하여 지금까지와는 다른 유전자의 조합이 생기는 기구를 통틀어 이르는 말)과 염색체와 유전자의 돌연변이가 주된 원인이다. 유전변이가 크다는 것은 유전자형(생물이 지니고 있는 유전자의 구성 양식)이 다양하다는 것과 같은 의미이다.

 

유전변이는 형질의 특성에 따라 형태적 변이(예를 들면, 키가 큰 것과 작은 것)와 생리적 변이(예를 들면, 병해충에 강한 것과 약한 것)로 나눌 수 있다. 또한, 변이 양상에 의하여 ‘불연속변이(유전자의 작용이 명확하여 발현되는 형질의 구별이 뚜렷한 변이. 예를 들면, 꽃 색깔이 붉은 것과 흰 것으로 뚜렷이 구별되는 것)’와 ‘연속변이(한 개체군에서 개체 사이의 차이가 작고 점진적인 변이. 예를 들면, 키가 작은 것부터 큰 것에 이르기까지 여러 등급으로 나타나는 것)’로 구분하며, 불연속변이를 하는 형질을 ‘질적 형질’, 연속변이를 하는 형질을 ‘양적 형질’이라고 한다.

 

질적 형질은 불연속변이를 하므로 표현형들의 구별이 쉽다. 따라서, 각 표현형에 속하는 개체수나 비율을 조사하여 유전분석을 하며, 원하는 유전자형을 쉽게 선발할 수 있다. 그러나 연속변이를 하는 양적 형질은 표현형의 구별이 어렵기 때문에 평균, 분산, 회귀, 유전력 등 통계적 방법에 의하여 유전분석을 하고 그 결과를 선발에 이용한다.

 

- 변이의 작성

작물육종은 형질을 개량하기 위하여 자연변이를 이용하거나 인위적으로 변이를 일으키고, 그 변이 중에서 원하는 유전자형의 개체를 선발하여 품종을 육성한다. 유전변이를 일으키는 방법에는 인공교배, 돌연변이유발, 염색체 조작, 유전자전환 등이 있다.

 

특성이 서로 다른 자방친(쉽게 말하자면, ‘씨방’을 제공하는 엄마)과 화분친(쉽게 말하자면, ‘꽃가루’를 제공하는 아빠)을 인공교배하면 양친의 대립유전자(대립 형질을 지배하는 한 쌍의 유전자. 염색체 위의 같은 유전자 좌에 위치하며, 서로 우성과 열성 관계에 있는 것이 보통이다)들이 새롭게 조합되므로 잡종 후대에 여러 종류의 유전자형이 분리하여 유전변이가 나타난다. 인공교배하는 양친의 유전적 차이가 클수록 잡종집단의 유전변이(유전자형의 다양성)가 커진다.

 

자연돌연변이의 발생빈도는 10의 마이너스 6제곱에서 10의 마이너스 5제곱으로 매우 낮다. 그래서 방사선이나 화학 물질을 처리하여 인위적으로 돌연변이를 유발하게 시킨다. 인위돌연변이는 인공교배처럼 여러 대립유전자가 재조합되는 것이 아니어서 특정한 형질만 개량되는 특징이 있다.

 

염색체의 수와 구조가 변화하면 식물체는 형태적 및 생리적으로 다른 특성을 나타낸다. 따라서, 염색체를 인위적으로 조작하면 반수체(감수 분열의 결과로 반수의 염색체를 지니고 있는 세포 혹은 개체. 정자, 난자와 하등 식물의 배우체 따위가 있다), 배수체(염색체 수가 배수성인 개체. 일반적으로 원종보다 몸의 크기와 종자의 크기가 크므로 작물의 품종 개량에 이용된다), 이수체(염색체 수가 품종, 종, 속, 계통의 고유한 수에서 하나 이상이 많거나 모자라는 개체. 염색체의 비분리, 결실, 배가에 의하여 생긴다) 등 유전변이가 생기게 된다.

 

인공교배, 인위돌연변이 및 염색체 조작은 주로 같은 종 내에서 유전변이를 일으키는 방법이다. 그런데 ‘세포융합’이나 ‘유전자전환’기법을 이용하면 다른 종의 우량유전자를 도입한 유전변이를 만들 수 있다. 세포융합은 인공교배가 안 되는 원연종(계통으로 보아 혈통이 먼 종류) 및 속 간에 유전자를 교환할 수 있는 방법이고, 유전자전환은 생물종과 관계없이 원하는 유전자만을 도입할 수 있는 방법이다.

 

- 변이의 선발

작물육종에서는 우량한 변이를 선발하기 위해 형질의 ‘특성검정’을 한다. 식별이 간단하고 표현형으로 유전자형을 판정하기 쉬운 형질은 특별한 선발 기술이 없어도 된다. 그러나 내병성이나 내냉성처럼 특정 환경에서 발현하는 형질은 특성검정이 필요하다. 특성검정은 자연조건, 검정포, 실내 등을 이용한다. 형질의 특성을 검정하는 데는 인력, 경비, 시간 등이 많이 요구된다.

 

우량한 변이체를 고를 때 형질 간의 상관관계를 이용하면 목표 형질을 선발하기 쉽다. 예컨대, 밀은 어린 식물의 잎 색깔이 짙은 것일수록 내한성이 강하고, 콩의 단백질 함량은 비중과 높은 정상관(변인 X의 값이 점차 증가함에 따라 변인 Y의 값도 증가하는 경우, 변인 X와 Y 간의 관계, 즉 콩의 단백질 함량이 높아질 수록 비중도 높아진다는 의미)이 있다. 어린 밀의 잎 색깔은 식별하기 쉽고 콩의 비중은 측정하기 간단하므로 목표 형질을 간접적으로 선발할 수 있다.

 

또한, 선발한 변이체의 유전자형을 알고자 할 때는 ‘후대감정’을 한다. 이 방법은 변이체의 후대를 전개하여 형질의 분리 여부를 보고 동형접합체(같은 대립 유전자끼리 접합하여 생긴 개체) 또는 이형접합체(특정한 유전자에 있어서, 질이나 양, 배열순서 따위가 다른 배우자의 접합으로 생긴 개체)를 판단한다.

 

최근에는 DNA 표지를 이용하는 ‘분자표지 이용선발’ 기술이 개발되었다. 이 방법은 목표 형질의 유전자와 연관된 분자표지(유전체 내에서 위치가 알려진 디엔에이(DNA) 단편. 염기 서열이 알려진 디엔에이 단편으로, 염기 서열이 알려지지 않은 디엔에이에 특정 유전자가 존재하는지 여부를 확인하는 데 이용한다)를 선발하는 것으로, 포장에서 내냉성 검정이나 내병성 검정을 하지 않아도 된다.