28. 배수성 육종 및 돌연변이 육종

- 배수성 육종 및 돌연변이 육종

 

- 배수성 육종은 다음과 같다.

‘배수성 육종’은 배수체(염색체 수가 배수성인 개체. 일반적으로 원종보다 몸의 크기와 종자의 크기가 크므로 작물의 품종 개량에 이용된다)의 특성을 이용하여 신품종을 육성하는 육종방법이다. 3배체 이상의 배수체는 2배체에 비하여 세포와 기관이 크고, 병해충에 대한 저항성이 증대하며, 함유 성분이 증가하는 등 형질 변화가 일어난다.

 

배수체를 작성하는 방법으로 세포분열이 왕성한 생장점에 ‘콜히친(콜키쿰의 씨에 많이 들어 있는 누런색 알칼로이드. 관절염의 치료 약, 식물의 생장 호르몬 따위로 쓴다)’을 처리하거나 또는 조직배양에서 생기는 배수성 세포(3x, 4x 등)를 재분화시키는 방법이 있다.

 

콜히친의 작용은 분열 중인 세포에서 방추체(세포가 유사 분열할 때, 전기부터 후기까지 나타나는 방추사로 이루어진 구조물 전체를 이르는 말) 형성, 동원체(세포의 유사 분열 때에 방추사가 달라붙는, 염색체의 잘록한 부분) 분할, 방추사(세포가 유사 분열할 때, 세포의 양극과 염색체 또는 염색체와 염색체를 잇는 실 모양의 미세 소관으로 이루어진 구조물)의 발달 등을 방해하는 것이다. 2배체식물의 발아종자나 끝눈(줄기나 가지 끝에 생기는 눈), 또는 겨드랑이눈(잎자루와 가지가 만나는 사이에 생긴 눈. 가을에 낙엽이 질 때까지 성숙, 발달하여 두꺼운 인편으로 둘러싸인 겨울눈이다)의 생장점에 0.01~0.2% 콜히친수용액을 처리하면, 복제된 염색체가 양극으로 분리되지 못하여 4배성 세포(2n=4x)가 생기는데, 이 세포가 4배체로 발달한다.

 

‘동질배수체’는 주로 3배체와 4배체를 육성한다. 4배체(♀) x 2배체(♂)에서 나온 동질3배체(♀)에 2배체(♂)의 화분을 수분하여 만든 수박 종자를 파종하여 얻은 과실은 종자가 맺히지 않는다. 대부분의 식물에서 콜히친을 처리하면 동질4배체를 육성할 수 있으며, 사료작물(레드클로버, 퍼레니얼라이그래스, 이탈리안라이그래스 등)과 화훼류(금어초, 플록스, 피튜니아 등)에서 많이 이용된다.

 

‘이질배수체(복2배체)’의 육성 방법은 게놈이 다른 양친을 동질4배체로 만들어 교배하거나, 이종 게놈의 양친을 교배한 F1의 염색체를 배가시키거나 또는 체세포를 융합시키는 것이다.

 

인위적으로 육성한 이질배수체로 트리티케일(triticale, 밀x호밀)과 하쿠란(배추x양배추)이 대표적이다.

 

‘반수체(감수 분열의 결과로 반수의 염색체를 지니고 있는 세포 혹은 개체. 정자, 난자와 하등 식물의 배우체 따위가 있다)’는 생육이 불량하고 완전불임으로 실용성이 없다. 그러나 반수체의 염색체를 배가하면 곧바로 동형접합체를 얻을 수 있으므로 육종연한을 대폭 줄일 수 있고, 또한 상동게놈이 1개뿐이므로 열성형질을 선발하기 쉽다. 이러한 반수체의 특성을 이용하는 육종방법을 ‘반수체육종’이라고 한다.

 

반수체는 거의 모든 식물에서 나타나며, 자연 상태에서는 반수체의 발생빈도가 낮다. 인위적으로 반수체를 만드는 방법으로 약배양 또는 화분배양, 종속 간 교배, 반수체유도유전자 등을 이용한다. 약배양은 화분배양보다 배양이 간단하고 식물체 재분화율이 높다.

 

우리나라 벼품종 중에서 화성벼, 화진벼, 화영벼, 화선찰벼, 화남벼, 화중벼, 화신벼, 화안벼 등은 모두 반수체육종으로 육성하였으며, 이들 품종의 육종연한은 4~8년이 소요되었다. 화성벼는 1985년에 품종등록을 하였으며, 우리나라에서 반수체육종(화분배양)에 의하여 육성된 최초의 품종이다.

 

- 돌연변이육종은 다음과 같다.

‘돌연변이육종’은 기존 품종의 종자 또는 식물체에 ‘돌연변이유발원(방사선이나 화학물질)’을 처리하여 변이를 일으킨 후, 특정한 형질만 변화하거나 또는 새로운 형질이 나타난 변이체를 골라 신품종으로 육성한다. 이 방법은 돌연변이율이 낮고, 열성돌연변이가 많으며, 돌연변이 유발장소를 제어할 수 없는 것이 특징이다.

 

돌연변이유발원에는 방사선으로 X선, γ선, 중성자, β선 등이 있고, 화학물질로는 EMS, NMU, DES 등이 이용된다. X선과 γ선은 균일하고 안정한 처리가 쉬우며 잔류방사능이 없어 많이 이용된다.

 

돌연변이육종은 교배육종이 어려운 영양번식작물에 유리하다. 이형접합성이 높은 영양번식작물은 이형접합체의 어느 한쪽 유전자가 돌연변이를 일으키면 즉시 동형접합성 세포가 생긴다. 그러므로 영양번식작물에 돌연변이유발원을 처리하면 체세포돌연변이를 쉽게 얻을 수 있으며, 그 돌연변이체 중에서 우량한 것을 선발하여 조직배양, 분주(초목의 영양 번식의 하나. 뿌리에서 난 여러 개의 움을 뿌리와 함께 갈라 나누어 따로 옮겨 심는 방법이다), 접목 등에 의해 신품종으로 육성한다. 영양번식작물의 체세포돌연변이는 조직의 일부 세포에 생기므로, 정상조직과 변이조직이 함께 있게 되는데, 이를 ‘키메라(chimera)’라고 한다.

 

돌연변이육종에서 세대 표시는 돌연변이유발원을 처리한 당대를 M1 세대로 하여 M2, M3, … 등으로 쓴다. 자식성 작물은 M1 식물체의 이삭(볏과 작물)이나 가지(콩과작물) 또는 과방(토마토) 단위로 채종하여 M2 계통으로 재배하고 돌연변이체를 선발한다. 타식성 작물은 이형접합체가 많으므로 돌연변이원을 종자 처리한 후대에는 돌연변이체를 선발하기 어렵다.

인위돌연변이체는 대부분 수량이 낮은데, 그 이유는 돌연변이유전자가 원품종의 유전 배경에 적합하지 않거나, 세포질에 결함이 생겼거나 또는 돌연변이와 함께 다른 형질이 열악해졌기 때문이다. 수량이 낮은 돌연변이체는 원품종과 교배하면 생산성을 회복시킬 수 있다.