인을 효율적으로 흡수하는 신품종 벼

며칠 전 <네이처>지에  Kasalath라는 벼 품종에서 인의 흡수를 담당하는 유전자를 발견하여 인도네시아, 일본, 필리핀에서 재배하는 벼에 전통육종법으로 유전자를 도입시키니 수확량이 20%나 높아졌다는 보고서가 나왔다(이에 대해서는 아래 로이터 기사를 참조할 것). 이것이 의미를 지니는 건, 세계는 점점 인광석이 고갈되어 앞으로 농업에서 인 부족이 문제가 될 것이라는 점 때문이다. 

Aug 23 (Reuters) - 질이 좋지 않은 흙에서 뿌리의 성장과 영양 흡수를 강화하여 벼의 수확량을 높이는 유전자가  인도의 벼 품종에서 확인되어 다른 벼 품종에 성공적으로 도입되었다고 연구자들이 목요일에 보고했다.

과학자들과 벼 육종가들은 Kasalath 벼가 영양 흡수에 매우 효율적이라는 걸 알고 있었는데, 이제 이 중요한 특성을 담당하는 유전자를 확인하는 데 성공했다.

<네이처>에 발펴된 논문에서, 그들은 그 특성이 없는 다른 벼 품종과 비교하여 어떻게 Kasalath DNA의 부분을 분석한 뒤 그 유전자를 확인했는지 기술한다. 

전통육종법을 사용하여, 그들은 인도네시아, 필리핀, 일본의 몇몇 벼 품종에 도입했고, 그것의 수확량이 20%까지 향상되었다. 

"우린 인이 부족한 상황에서 인의 흡수를 강화하는 유전자를 발견했다. 우린 몇 년 동안 그걸 찾아왔다"고 마닐라 국제벼연구소의 저자 Sigrid Heuer 씨는 말한다. 

Heuer 씨는 superior breeding lines이 약 2~3년 안에 인도네시아 농민들에게 배포될 수 있을 것이라 한다. 이는 벌써 전통육종법을 사용하여 개발되었다 -인도네시아 토종 벼의 꽃에 카살라스의 꽃가루를 수분시켜서.

"다른 아시아 국가에서, 우린 전통육종법을 통해 그들의 토종 벼에 유전자를 넣을 것이다"고 Heuer 씨는 말하고, 이는 약 4~5년 걸릴 것이라 한다.

이 사례에서 전통육종기술인 교차수분을 활용함으로써 유전자조작 논란도 없을 것이다. 식품안전에 대한 우려와 유전자조작에 대한 규제 -유전자가 실험실에서 식물 DNA에 물리적으로 삽입되는- 는 시장에 내놓기 전에 행하는 시험에 몇 년이나 몇 십 년이 걸릴 수 있다.

PSTOL1이란 유전자는 인이 부족한 토양에서 인의 흡수를 돕고 뿌리의 성장을 촉진하고 내한성과 조숙성을 갖도록 한다. 인이 부족한 식물은 잘 자라지 못한다. 

"세계의 농경지 가운데 50%는 인이 부족한 상황이다. 이 유전자를 가지고 있다면 식물이 더 이상 인을 필요로 하지 않는다는 건 아니다"라고 Heuer 씨는 말한다.

"그들은(그 유전자를 가진 벼) 수확을 더 잘하려고 토양을 좀 착취할 수 있을 것이다. 그들은 더 효율적으로 빨아들일 수 있기 때문에 비료를 더 잘 사용할 수 있을 것이다. ... 뿌리가 더 잘 발달하면, 그 식물은 더 잘 클 수 있고 인이 있는 곳에 더 잘 접근할 수 있다." (Editing by Chris Lewis)

그런데 이러한 일이 전혀 새롭지 않은 것은 올해 초 한국에서 이미 그런 벼를 개발했기 때문이다(아래의 이야기를 참조). 하지만 둘 사이의 가장 큰 차이라면 역시 육종법에 있다. 한국에서 개발한 벼는 GM 기술을 활용한 GMO이지만, 이번에 개발한 품종은 전통육종법으로 개발한 것이다. 음, 우리도 전통육종법으로 할 수 있지 않나?

농촌진흥청은 토양 속에 존재하는 인을 효과적으로 이용해 인산비료의 추가 사용 없이도 정상적으로 자라는 형질전환벼를 농촌진흥청 신소재개발 연구팀과 동아대학교 김도훈 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 개발했다고 밝혔다.

 

식물생장에 필수적인 원소인 인(P)은 인광석이란 광물을 이용해 생산되고 있으며 토양 속에서 다른 이온들과 쉽게 결합, 식물이 이용하기 어려운 형태로 축적돼 토양 및 수질오염의 원인이 되고 있다.

 

또한 인광석은 향후 50~100년 사이 고갈될 것으로 예상돼 우리나라와 같이 인산 비료원료를 전량 수입하고 있는 나라들은 인광석이 부족해질 경우 식량생산에 차질이 빚어질 것으로 우려된다.

 

토양 속에 존재하는 인을 효과적으로 이용할 수 있는 벼 유전자(OsPT: Oryza sativa phosphate transporter)를 탐색해 토양에 과다하게 존재하는 인을 제거하거나 인이 부족한 토양에서도 잘 자라는 벼를 개발했으며, 현재 형질전환작물의 실용화를 위한 GMO 안전성 평가에 적합하도록 개량 중에 있다.

 

과인산제거벼는 토양에 축적된 인산 흡수량이 식물체 단위 무게(g) 당 9.37mg 정도로 동진벼의 2.5배가 넘지만 키가 동진벼에 비해 다소 작아 생체량 증진 등 농업적 특성 개량 후, 인산축적이 문제시 되는 국내 시설하우스지역 등에서 효과적으로 이용될 수 있다.

 

무인산적응벼는 인산이 부족한 토양에서 재배 시에도 비료를 주고 재배한 것과 비슷하게 자라며, 동진벼에 비해 수량 감소율이 23% 낮아 인이 부족한 경지에서도 안정적인 수량 확보가 가능할 것으로 기대된다.

 

농촌진흥청 신소재개발과 강항원 과장은 “토양인산 이용성 증대 형질전환벼는 개량작업이 완료 후 실용화가 가능할 것이며, 특히 무인산적응벼는 GMO 안전성 평가 후 GM작물을 상업적으로 이용하고 있는 인산부족 국가를 대상으로 수출용 종자로 개발할 것” 이라고 했다.

 

[문의] 농촌진흥청 신소재개발과장 강항원, 신소재개발과 황운하 055-350-1197