29. 생물공학적 작물 육종

- 생물공학적 작물 육종

 

- 생물공학적 작물육종은 다음과 같다.

 

- 조직배양

식물의 조직배양(생물체의 조직을 떼어 내어 배양ㆍ증식하는 일. 발생학 및 병리학의 연구에 응용한다)은 세포, 조직, 지관 등으로부터 완전한 식물체를 재분화시키는 배양 기술이다. 조직배양은 원연종(계통으로 보아 혈통이 먼 종류), 속간잡종의 육성, 바이러스무병묘 생산, 우량한 이형접합체(상동 염색체의 같은 유전자좌에 서로 다른 대립 유전자를 가지고 있는 개체)의 증식, 인공종자 개발, 유용 물질 생산, 유전자원 보존 등에 이용된다. 조직배양을 하는 배지(식물이나 세균, 배양 세포 따위를 기르는 데 필요한 영양소가 들어 있는 액체나 고체)에 돌연변이유발원이나 스트레스를 가하면 변이 세포를 선발할 수 있다.

 

종·속간 잡종의 육성은 ‘기내수정(종자친의 암술을 식물체로부터 분리한 후 주두, 화주, 자방벽을 완전히 제거한 후 노출된 배주에 직접 꽃가루를 뿌려 수정시키는 방법)’으로 얻은 잡종의 ‘배 배양(동식물의 배를 무균 상태의 적당한 배지에서 성장시키는 일)’이나 ‘배주 배양(주로 종속 간 교잡 시에 자주 발생하는 배의 생육 정지 현상을 피하기 위하여, 수정 직후 배의 퇴화가 일어나기 전에 배주를 분리하여 인공 배지에서 기르는 일)’ 또는 ‘자방 배양(씨방이 배의 발달에 반드시 필요할 때, 밑씨를 포함한 씨방을 절편체로 이용하여 조직을 배양하는 일)’을 통해 F1 종자를 얻을 수 있다. 식물의 생장점을 조직 배양하면 세포분열 속도가 빨라서 바이러스가 증식하지 못하여 바이러스무병묘를 얻을 수 있다.

 

‘인공종자’는 체세포의 조직배양으로 유기된 ‘체세포배(식물의 체세포가 캘러스 과정을 거치지 않고 배 발생 과정을 거쳐 형성한 배상체. 식물 세포가 가진 전형 성능에 의해 가능하다)’를 캡슐에 넣어 만든다. 캡슐 재료로는 알긴산(물기 없는 바닷말에서 얻는 다당류의 하나. 점성이 높은 유기산의 일종으로 접착제ㆍ유화제ㆍ필름 따위를 만드는 데 쓴다)을 많이 이용하며, 이것은 해초인 갈조류의 엽상체(전체가 잎과 비슷하게 편평하여 잎과 같은 작용을 하는 기관. 잎ㆍ줄기ㆍ뿌리의 구별이 없는 김ㆍ미역 따위의 엽상식물에서 볼 수 있다)로부터 얻는다.

 

- 세포융합

‘세포융합’은 ‘나출원형질체(protoplast, 식물 세포에서 세포벽을 제거한 것. 식물의 세포를 융합하는 데에 쓰이며 배양 조건에 따라 벽을 재생한다. 세포막이 없는 동물 세포에서는 세포와 구별되지 않는다)’를 융합시키고 융합세포를 배양하여 식물체를 재분화시키는 기술이다.

 

서로 다른 두 식물 종의 세포융합으로 얻은 재분화 식물체를 ‘체세포잡종’이라고 한다. 보통 유성생식에 의한 잡종은 핵만 잡종이나, 체세포잡종은 핵과 세포질 모두 잡종이다. 체세포잡종은 종·속간 잡종 육성, 유용 물질 생산, 유전자전환, 세포선발 등에 이용된다. 특히, 생식 과정을 거치지 않고 다른 식물 종의 유전자를 도입할 수 있으므로 육종재료의 이용범위를 크게 넓힐 수 있다.

 

세포융합에서 핵과 세포질이 모두 정상인 나출원형질체와 세포질만 정상인 나출원형질체가 융합하여 생긴 잡종을 ‘세포질잡종’이라고 한다. 세포질잡종은 세포질만 잡종이므로 웅성불임성의 도입, 광합성능력의 개량 등 세포질유전자(핵 이외의 세포질 속에 있는 유전자, 미토콘드리아, 색소체 따위의 세포 소기관과 플라스미드를 통틀어 이른다)에 의하여 지배받는 형질을 개량하는 데 유리하다.

 

- 유전자전환

‘유전자전환’이란 다른 생물의 유전자를 벡터(어떤 유전자를 하나의 생물로부터 다른 생물에게 이식할 때 그 유전자를 운반하는 역할을 하는, 자율적 증식 능력을 지닌 DNA 분자. 대개 플라스미드나 박테리오파지의 DNA가 쓰인다) 또는 물리적 방법에 의해 직접 도입하여 ‘형질전환식물’을 육성하는 기술로서, 이 기술을 이용하는 육종을 ‘형질전환육종’이라고 한다. 세포융합에 의한 체세포잡종은 양친의 게놈을 모두 가지므로 원하지 않는 유전자도 있지만, 형질전환식물은 원하는 유전자만 가진다.

 

형질전환육종은 크게 4단계로 나눌 수 있다. 제1단계는 원하는 유전자를 분리하여 클로닝(클론을 만드는 일. 인공적인 방법으로 부모와 유전적으로 똑같은 아이를 만드는 일을 이른다)한다. 제2단계는 클로닝한 유전자를 벡터에 재조합하여 식물세포에 도입한다. 제3단계는 재조합 DNA를 도입한 식물세포를 증식하고 식물체로 재분화시켜 형질전환식물을 선발한다. 제4단계는 형질전환식물의 특성을 평가하여 신품종으로 육성한다.

 

형질전환품종의 예를 들어 보면, 내충성 품종은 ‘투린지엔시스균(Bacillus thuringiensis)’의 ‘Bt 유전자’를 도입하였고, 바이러스 저항성 품종은 ‘담배모자이크바이러스(TMV)’의 ‘외피단백질합성유전자’를 도입하였으며, 제초제 저항성 품종은 ‘살모넬라티푸눔(Salmonella typhimunrium)’의 ‘aroA 유전자’ 및 ‘스트렙토미세스(Streptomyces hygroscopicus)’의 ‘bar 유전자’를 도입하였다. 최초의 형질전환품종은 토마토의 ‘플레이버세이버’이다.

 

한편, 형질전환식물이 자연과 경지생태계에 미치는 영향과 유전자 변형 농산물의 생물체에 미치는 영향을 면밀히 검토하여 예상치 못한 ‘생물재해’에 대비할 필요가 있다.