24. 작물의 육종과 자식성 작물의 육종

- 작물의 육종과 자식성 작물의 육종

(드디어 ‘작물의 유전성’이 끝났다!! 기쁘다..) 

 

- 작물의 육종 과정은 다음과 같다.

작물육종은 목표 형질에 대한 유전변이를 만들고, 우량한 유전자형을 선발하여 신품종으로 육성하며, 이를 증식, 보급하는 과학기술이다. 육종 과정은 육종목표 설정부터 신품종 보급에 이르기까지 여러 단계를 거친다.

 

육종목표를 설정할 때는 기존 품종이 지닌 결점의 보완, 농업인과 소비자의 요구, 미래의 수요 등에 부합하는 형질의 특성을 구체적으로 정한다. 육종목표가 정해지면 그에 적합한 육종재료를 선정하고 육종방법을 결정하는데, 이 단계에서는 대상 작물의 생식 방법과 목표 형질의 유전양식을 아는 것이 중요하다.

 

변이작성(변이를 일으키는 것 또는 만드는 것)은 자연변이를 이용하거나, 인공교배, 돌연변이유발, 염색체조작, 유전자전환 등 인위적인 방법을 사용한다. 유전변이가 만들어지면 반복적인 선발을 통해 우량계통을 육성하는데, 이 단계는 여러 해가 걸리고 많은 계통을 재배할 포장(논밭과 채소밭을 통틀어 이르는 말)과 특성 검정을 위한 시설, 인력, 경비 등이 필요하다.

 

육성한 우량계통은 생산성 검정과 지역적응성 검정을 거쳐 신품종으로 결정한다. 신품종은 국가기관에 등록하고, 종자 증식체계에 의하여 보급종자를 생산하며, 종자 공급 절차에 따라 농가에 보급한다.

 

육종의 기본과정 : 

육종목표 설정 -> 육종재료 및 육종방법 결정 -> 변이작성 -> 우량계통 육성 -> 생산성 검정 -> 지역적응성 검정 -> 신품종 결정 및 등록 -> 종자증식 -> 신품종 보급

 

- 자식성 작물의 육종은 다음과 같다.

 

- 자식성 작물 집단의 유전적 특성

자식성 작물에서 한 쌍의 대립유전자에 대한 이형접합체(F1, Aa)를 자식(번식하여 불어남)하면 그 자손집단인 F2의 유전자형 구성은 1/4AA : 1/2Aa : 1/4aa 로서 동형접합체(1/2AA, 1/4aa)와 이형접합체(1/2Aa)가 1/2씩 존재한다.

 

이들이 모두 자식하면 동형접합체(같은 대립 유전자끼리 접합하여 생긴 개체)는 똑같은 유전자형을 생산하고, 이형접합체(상동 염색체의 같은 유전자좌에 서로 다른 대립 유전자를 가지고 있는 개체)만 다시 분리[1/2Aa -> 1/2(1/4AA : 1/2Aa : 1/4AA)]한다. 그래서 F3 집단 내의 이형접합체는 1/2(1/2Aa) = 1/4(Aa) 로 되어 F2 보다 1/2 이 감소한다. 마찬가지로 이후 세대도 자식에 의하여 이형접합체(Aa)는 1/2 씩 감소한다.

 

따라서, 자식을 거듭한 m세대 집단의 이형접합체빈도는 (1/2)^(m-1)이고, 동형접합체빈도는 [1-(1/2)^(m-1)]이 된다. 그리고 대립유전자 n 쌍이 모두 독립적이고 이형접합체인 경우 m 세대까지 자식한 집단의 이형접합체빈도는 [(1/2)^(m-1)]^n 이고, 동형접합체빈도는 [1-(1/2)^(m-1)]^n 이다. 대립유전자쌍이 n=100 일 때 12세대의 집단에는 동형접합체가 95%이고 이형접합체는 5% 뿐이다. 유전자들이 연관되어 있으면 세대 경과에 따른 동형접합체빈도가 앞의 공식과는 달라진다.

 

이처럼 자식성 식물은 자식에 의하여 집단 내에 이형접합체가 감소하고 동형접합체가 증가하는데, 이는 잡종집단에서 우량유전자형을 선발하는 이론적 근거가 된다.

 

- 자식성 작물의 육종방법

1. 순계선발

재래종 집단에서 우량한 유전자형을 분리하여 품종으로 육성하는 것을 ‘분리육종’이라고 한다. 자식성 작물의 분리육종은 개체선발을 통해 순계(계속된 근친 교배의 결과 생긴, 완전한 동형 접합체의 유전적으로 같은 계통)를 육성하고, 타식성 작물의 경우에는 집단선발에 의하여 집단개량을 하며, 영양번식작물의 경우에는 영양계(단일 세포 또는 개체로부터 무성 증식으로 생긴, 유전적으로 동일한 세포군. 또는 그런 개체군)를 선발하여 증식한다.

 

자식성 작물의 재래종은 재배과정에서 타가수분, 자연돌연변이, 다른 품종의 기계적 혼입 등에 의하여 여러 가지 유전자형을 포함하고 있으며, 이들은 오랫동안 자식을 해 왔으므로 대부분 동형접합체이다.

 

이러한 재래종 집단에서 우량한 개체(유전자형)를 선발하여 계통재배 하면 ‘순계’를 얻을 수 있고, 이 순계는 생산성 검정과 지역적응성 검정을 거쳐 우량품종으로 육성되는데, 이를 ‘순계선발’이라고 한다.

 

우리나라 벼의 ‘은방주’, 콩의 ‘장단백목’, 고추의 ‘풋고추’ 등은 모두 순계선발에 의하여 육성된 품종이다.

 

2. 교배육종

‘교배육종’은 재래종 집단에서 우량한 유전자형을 선발할 수 없을 때, 인공교배로 새로운 유전변이를 만들어 신품종을 육성하는 육종방법이다. 현재 재배되고 있는 대부분의 작물품종은 교배육종에 의하여 육성된 것들이다.

 

교배육종의 이론적 근거는 ‘조합육종’과 ‘초월육종’이다. 조합육종은 교배를 통해 서로 다른 품종이 별도로 가지고 있는 우량형질을 한 개체 속에 조합하는 것이고, 초월육종은 같은 형질에 대하여 양친보다 더 우수한 특성이 나타나는 것이다.

 

교배육종에서는 교배친(원하는 형질의 품종을 얻기 위하여 교배에 이용하는 품종이나 계통. 식물의 경우 꽃가루를 주는 식물체가 부친이고, 꽃가루받이를 해 교잡 종자를 생산하는 식물체가 모친이다)을 잘 선정해야 하며, 이를 위하여 교배친으로 사용한 실적과 유전자원 평가 및 유전분석 결과를 이용한다. 그리고 교배친 중 하나는 대상 지역의 주요 품종이나 재래종을 택하는데, 이들은 그 지역의 환경에 적응한 우량유전자를 가지고 있다.

 

교배육종은 잡종 세대를 취급하는 방법에 따라 계통육종, 집단육종, 파생계통육종, 1개체 1계통육종 등으로 나누어진다. 교배육종에 의한 품종육종은 자연 포장에서 10년 이상 15~16년이 소요된다. 그래서 세대단축 온실과 다른 나라(지역)를 이용하고, 약배양(절취한 꽃밥을 이용하여 그 안에 있는 화분 세포를 배양하는 일)기술을 적용하여 육종 연한을 단축한다.