작물 변형 기술

여섯 가지 작물 변형 기술

1. 전통적 교잡 육종
   몇 천 년 동안, 전통적 교잡 육종은 작물의 유전학을 개선하는 중추가 되어 왔다. 일반적으로 한 식물의 꽃가루는 다른 식물의 꽃에 있는 암술에 놓여져 두 부모의 잡종인 씨앗이 생산된다. 그런 다음 식물 육종가는 다음 세대에서 나오는 자신이 찾고 있는 유익한 특성을 지닌 식물을 선별한다. 허니크리습Honeycrisp 사과 같은 품종은 이런 방식으로 개발되었다. 수천 그루의 잡종 나무가 만들어져 재배되며, 결코 이전에는 존재한 적 없는 유전자의 조합을 가진 단 하나의 새로운 품종을 찾기 위해 시험되었다. 현대의 식물 육종은 선별 과정을 빠르게 진행하고자 유전자 표식을 사용하고, 야생 품종과 밀접히 관련된 종에서 얻은 유전자를 통합시킬 수 도 있다. 여기 몇 개의 영상은 식물 육종가가 활용하는 다양한 기술에 대한 것이다. 교잡 육종은 동일한 종이거나 밀접히 관련된 종에 속하는 경우에만 바라는 특성을 사용할 수 있기에, 식물 육종가가 사용할 수 있도록 새로운 특성을 생성하기 위한 추가 기술이 개발되어 왔다. 
2. 돌연변이 유발 육종
   자연에서는 자발적인 돌연변이를 통해 새로운 특성이 생기곤 한다. 지난 세기에 이 과정은 식물에서 무작위로 돌연변이를 생성한 다음 새롭거나 바라는 특성을 심사하려고 돌연변이를 유발하는 화학물질(에틴메탄설포네이트 같은)이나 방사선을 사용하는 과학자들이 모방해 왔다. 돌연변이 유발에 대한 더 많은 정보는 이 글을 참조하길 바란다. 루비 레드와 스타 루비 같은 포도 품종의 개발에는 전리 방사선이 사용되었다. 그것이 일으킨 돌연변이는 이들 과일에 특징적인 진한 붉은색을 띠게 했다. 뉴욕타임즈의 이 기사는 이 기술을 이용해 개발된 많은 작물에 대한 사례를 제공한다. 
3. 배수성(Polyploidy) 육종
   대부분의 종에는 2세트의 염색체가 있다. 하나씩 각 부모에게서 물려받는다. 이것이 이배성(diploidy)으로 알려져 있다. 배수성은 2세트 이상의 염색체가 발생하는 것이다. 자연적으로 발생할 수도 있지만, 배수성도 화학물질을 사용해 유도될 수 있다. 이러한 작물 변형 기술은 보통 과일의 크기를 키우거나 그 생식력을 수정하는 데 이용된다. 예를 들어,  씨 없는 수박은 3세트의 염색체를 가지고 있으며, 4세트의 염색체를 가진 수박과 2세트를 가진 수박을 교잡하여 3세트의 염색체를 가진 불임 수박을 만들어 전 세계의 야유회 애호가들에게 사랑을 받고 있다. 또한 감자의 종도 염색체 복사 수가 매우 많으며, 감자 육종가들은 보통 그에 새로운 특성을 육종하기 위해 해당 품종의 복사 수를 변화시켜야 한다(이 과정에 대한 더 많은 정보는 여기).
4. 원형질 융합 육종
   꽃가루에 있는 정자 세포가 꽃의 난소에 있는 난자와 결합될 때, 이는 두 개의 세포가 하나로 융합되는 것이다. 원형질 융합은 이과정의 인위적인 유형이다. 유익한 특성은 원형질(식물에게 구조를 제공하는 세포벽이 없는 '노출된' 세포)을 함께 융합시켜 새롭게 융합된 세포로부터 식물을 재배함으로써 한 종에서 다른 종으로 이동할 수 있다. 이 과정으로 개발된 가장 보편적으로 이용되는 특성 가운데 하나는 종 사이에 웅성불임의 전이이다. 웅성불임 식물을 가지고 있다면, 특히 꽃이 작아서 교잡하기 어려운 경우에 더 쉽게 잡종 종자를 만들 수 있다. 무에서 붉은 양배추로 웅성불임이 도입되어 이 작물의 잡종 종자를 생산하는 게 더 쉬워졌다. 
5. 형질 변형 육종(Transgenesis)
   형질 변형은 다른 유기체에서 온 하나 이상의 유전자를 어느 유기체에 도입하는 과정이다. 이는 보통 시험관에서 DNA 자체를 조작하고 변형시키는 일을 수반한 다음, 그걸 포장하여 새로운 유기체에 삽입한다. 새로운 유전자를 도입하거나 아그로박테리움을 활용하는 유전자총  같은 식물을 변형시키는 여러 방법이 있다. 식물에 DNA를 삽입하려고 자연발생적인 유기체나 전기 천공법이라 부르는 과정인 전기를 활용한다. 형질 변형 식물은 여러 유용한 특성을 가지고 생성되어 왔고, 그 가운데 일부는 상업화되었다. 예를 들어, 파파야는 바이러스에 저항성을 갖도록 식물을 감염시키는 바이러스에서 온 유전자로 변형되었다.  또 다른 특성으로 곤충 저항성, 제초제 저항성 및 가뭄 저항성 등이 있다. 이들 '형질 변형' 작물의 생성은 유전학의 언어가 이 지구상의 모든 생명체에게 보편적이기 때문에, 다른 어떤 종에서 온 유전자라도 작동하게 된다. 똑같은 종에서 기원하는 유전자는 ‘cisgenic’ 또는 ‘intragenic’이라 부를 수 있다. 더 많은 정보는 이 논문을 참조하라.
6. 유전자 편집
   유전자 편집은 효소 체계를 사용하여 지정된 순서로 세포의 DNA를 변화시키는 것으로 구성된다. 유전자 편집에 사용할 수 있는 다른 체계도 있는데, 가장 유망한 것이 CRISPR-Cas9 체계이다(유전자 편집에 대한 더 많은 정보와 작동 방법은 이 글을 참조). 설포닐유레아 제초제 저항성 유채는 농민들이 잡초를 더 잘 방제하고 돌려짓기를 가능하게 하고자 개발되었다. 이 작물은 Rapid Trait Development System (RTDS)으로 알려진 특허를 받은 유전자 편집 체계를 사용해 만들어졌다. 새로운 유전자를 도입하는 일부터 작물의 조상에서 온 '자연적인' 대립 유전자를 복원하는 일까지, 우리가 원하는 어떠한 유전자라도 변형시키기 위해 작물의 유전자를 편집할 수 있다. 

이 방법들 각각은 유사점과 차이점이 있으며, 일부 방법은 다른 것보다 어떤 특성에 대해 더 잘 작동한다. 그들 각각은 유용한 특성을 결합하여 농업을 향상시키기 위해 식물의 유전자 구성을 변경한다. 그들 모두는 농장에서 재배되며 이익을 생산하고 있고, 모두 한 가지 또는 다른 방식으로 특허를 받을 수 있으며, 그들 모두는 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있다.  

그러나 사회적으로, 정치적으로 이 방법으로 만든 산물은 매우 다르게 취급된다. 이러한 기술들이 도입한 변화는  건강과 환경의 안전성에 관한 논의가 있을 때 그것이 처리된 방법과 일렬로 세워지지 않으며, 표시제와 관련된 정치적 논의는  “프랑켄슈타인 먹을거리 역설”로 알려지게 된 것이 사실이다. 예를 들어, 형질 변형 육종은 돌연변이 유발 육종보다 훨씬 적은 변화와 비의도성 결과를 가져오는 데(이 기사를 참조), 돌연변이 유발 육종은 일반적으로 정치적 논의에서 받아들여지고 무시된다.