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치리오스(Cheerios)를 만드는 데 유전자변형 농산물을 사용하지 않기로 한 제너랄 밀스의 결정은 상대적으로 쉽다. 유전자변형 귀리 같은 건 없기 때문이다.

하지만 치리오스는 특별한 사례이다. 많은 다른 곡물이 옥수수로 들거나 그 당분을 함유하는데,  그걸 유저자변형 농산물 없이 비슷하게 만드는 일은 불가능하거나 최소한 비용 면에서 힘들 것이다. 미국 옥수수의 약 80%는 유전자변형 작물이다. 심지어 치리어스의 다른 변종조차 쉽게 바꿀 수 없다.  The Wire 란 드라마의 Omar Little이 너무 좋아하는 허니 너트는 옥수수와 당분을 함유하고 있어서 유전자변형 표시제를 할 수 없다. 

그런데 왜 유전자변형 귀리는 없을까? 여러 이유가 있지만, 한 가지 주요한 까닭은 당연히 돈 때문이다. 세계에는 귀리를 재배하는 농부가 많지 않고, 또 귀리를 많이 재배하지도 않는다. 즉 유전자변형 종자를 개발하는 데 들어가는 어마어마한 비용을 정당화할 만한 수요가 없다는 말이다. 그러한 연구를 위한 “돈도 없고, 욕망도 없다”고 귀리 육종가이자 플로리다 대학 농학과의 명예교수인  론 바넷Ron Barnett 씨는 말한다. 

유전자변형 연구를 위한 대상 작물의 결정은 최초의 유전자변형 작물이 만들어지기 훨씬 전에 이루어지는 경제적, 정치적 결정을 기반으로 한다. “미국에서 옥수수와 콩은 유전자변형 제품 개발의 견인차”였다고 바넷 씨는 말한다. 유전자변형이 시작되었을 때 이미 그 작물들에 대한 시장이 우세했기 때문이다. "귀리"는 상대적으로 말하여 "비주류 작물이다"라고 그는 덧붙인다. 

완벽한 세계에서 그 사례는 없었을 것이다. 귀리는 영양가가 많은 곡물이다. 콩처럼 12~24% 정도의 단백질을 함유한다. 세계보건기구에서는 귀리가 고기와 우유, 달걀만큼 좋은 단백질 공급원이라고 한다. 귀리는 심장병의 위험을 줄여주는 것으로 더 잘 알려져 있다. 이러한 사실에 대한 연구가 발표되었던 1980년대 귀리 수요가 급증했고, 10년 뒤 식품의약품안전청이 귀리가 심장에 좋다고 주장하는 식품제조업자들을 위한 지침(제품에는 1인분당 수용성 식이섬유가 최소 0.75g 함유되어야 한다)을 발행하면서 더 커졌다. 제너럴 밀스는 호기를 놓치지 않고 치리오스를 판매하기 시작했다.

그럼에도 농장과 도로에서 기계화된 장비들이 말을 대신한 이래 귀리 수요는 거의 1세기 동안 감소했다.  제너럴 밀스에 의하면, 사실 세계의 귀리 재배면적은 지난 10년 동안 58%나 떨어졌다. 그건 귀리가 특히 효율적이거나 수익성 있는 작물이 아니기 때문이다. 똑같은 면적을 재배한다면, 옥수수 같은 주요한 다른 작물보다 더 많은 종자가 필요하다.  미국 농무부의 경제연구서비스에 의하면, 옥수수의 1200평당 평균 수익은 2012년 1073달러이고 콩은 596달러인데, 귀리는 245달러일 뿐이다.  

생각컨대, 수확량 증대를 목표로 하는 유전공학으로 해결될 수 있는 문제의 하나일 뿐이다. 또 하나의 문제는 특히 습한 기후에서 귀리를 괴롭히는 "관녹병"이 포함된다. 또 다른 문제는 진드기에 의해 퍼지는 황화 왜소 바이러스이다.  게다가 유전자변형된 귀리는 영양분을 더 풍부히 하고, 북쪽으로 재배 영역을 넓히도록 도울 수 있다. 

그러나 유전자변형에 대한 연구가 부족한 이유가 또 있다. 귀리는 다른 작물에 비하여 꽤 왕성하다. 농지를 지배하여 잡초를 몰아내고, 다른 곡물들에 비해 농약과 제초제가 덜 필요하다.  

그리고 또 다른 장벽도 있다. 바로 귀리의 게놈 그 자체이다. 상업적 귀리에는 그 게놈에 특히 변형시키기 어려운, 그래서 비용이 많이 드는  6가지 염색체가 있다. “귀리의 게놈은 터무니없다”고 미국 농무부 연구원 에릭 잭슨Eric Jackson 씨는 2010년 초원의 귀리 재배자연합에서 말했다.  그는 또한 “콩은 그것이 무엇인지를 제외하고 모든 것이 되고 싶어하는 반면, 옥수수는 모든 것이다.”라고도 했다.  따라서 초라한 귀리는 연구가 될 때까지 추위에 떨며 남아 있을 것이다. 

인터뷰 요청에 응하지 않은 잭슨 씨는 현재 제너럴 밀스에서 일하고 있다. 그는 아마 지금은 귀리 시장에 대해 2010년의 선언을 반복하진 않을 것이다. 그러고 나서 잭슨 씨는  “우리가 지난 30년 동안 해왔던 것은 쇠퇴를 관리하는 것이다”라고 말했다. 

작물을 바꾸면 그에 따라 토양미생물도 바뀐다는 사실을 밝힘.

토양층

로마시대부터 활용된 돌려짓기는 식물의 영양을 개선하고, 병이 퍼지는 걸 억제한다. Nature의 ‘ISME 저널’에 발표된 새로운 연구에서는 박테리아와 균류, 원생동물이 토양을 기름지게 하는 데 미치는 지대한 영향을 밝혔다.

“작물의 종을 바꾸면 토양미생물의 함유량이 크게 바뀌어, 결과적으로 식물이 영양을 얻고, 성장을 조절하며, 스스로 병해충을 막는 일을 도와 수확량을 증대시킵니다”라고 존이네스 센터의 Philip Poole 교수는 말한다. 

토양을 노리치 근처의 밭에서 수집했는데, 여기에는 밀과 귀리, 완두콩을 재배했다. 밀을 재배한 뒤, 크게 변하지 않고 남아 있었으며 그 안에 있는 미생물은 대부분 박테리아였다. 그러나 동일한 토양 표본에서 귀리와 완두콩을 재배하자 원생동물과 선충으로 확 전환되었다. 완두콩을 재배한 토양은 균류가 매우 풍부해졌다. 

“뿌리 근처의 토양은 밀을 재배하기 전과 후에는 비슷했지만, 완두콩과 귀리는 미생물의 다양성을 고쳐 놓았습니다”라고 Poole 교수는 말한다.

지구에 있는 모든 생물은 원핵생물(박테리아를 포함)과 진핵생물(인간과 동식물만이 아니라 균류를 포함)로 나눌 수 있다. 4주 정도 재배한 뒤 밀 주변의 토양은 약 3%의 진핵생물을 함유했다. 이것이 귀리와 완두콩에서는 12~15%로 상승했다. 균형의 변화는 작물을 몇 주가 아니라 몇 달씩 재배하는 밭에서는 더 심해질 수 있다.

분석은 기존의 증폭 DNA 표본에 의존했다. 이는 한 번에 박테리아 같은 하나의 분류학적 집단을 분석하려는 과학자들을 제한한다. 그건 또한 해당 집단에 존재하는 모든 것이 활성 역할을 담당하고 있는 것이라기보다는 분석된 것임을 뜻한다. 토양 1g당 5만 종 이상의 박테리아가 함유되어 있어서 이 작업은 엄청난 것이다. 

발현된 활성 유전자, 또는 RNA가 상대적으로 더 적은 것이 있다. 현재 계에 걸쳐 RNA를 시퀀스할 수 있어서 전체 스냅샷은 활성 박테리아와 균류, 원생동물 및 기타 토양미생물을 잡을 수 있다. 연구는 이스트 앵글리아 대학과 노리치 리서치파크의 게놈분석 센터와 협력하여 이루어졌다. 

“RNA 시퀀싱으로 우린 활성 토양미생물의 큰 그림을 볼 수 있습니다”라고 존이네스 센터의 박사과정 Tom Turner 씨는 말한다. 

“이를 통해 어떻게 그것들이 식물을 돕고 있는지를 포함하여 그들이 거기에서 하고 있는 일을 알 수 있게 해줍니다.”

“우리의 작업은 밭에서 농민들이 경험하는 걸 설명하는 데 도움이 됩니다”라고 Poole 교수는 말한다.

“최고의 종자는 최대의 잠재력을 발휘할 수 있는 최선의 농법과 결합되어야 합니다.”

“대규모 단작에서는 하나의 종만 계속 이어짓기하여 한 방향으로 토양을 끌어당기지만, 돌려짓기는 토양을 건강하게 한다는 이점이 있습니다.”

종자는 인간이 우호적인 박테리아를 접종하듯이 파종하기 전에 박테리아를 접종할 수 있다. 그러나 이 연구에서는 그렇게 하여 미생물의 다양성이나 수량을 획득하지는 못한다는 것을 밝혔다. 

또한 과학자들은 균류 병원균으로부터 뿌리를 보호하는 화합물인 아베나신(avenacin)을 정상적인 수준으로 생산할 수 없는 귀리 품종을 재배했다. 그들은 그 결과 토양에 균류가 더 높은 수준으로 함유되겠다고 예상했지만, 그 대신 원생동물 같은 기타 진핵생물의 다양성이 더 풍부해졌음을 발견했다. 

연구 결과는 토양에 이로운 미생물을 북돋는 식물 품종을 개발하기 위해 사용될 수 있다. 존이네스 센터의 과학자들은 이미 일반적으로 완두콩과 관련된 질소고정 박테리아와 연계할 수 있는 곡물 작물을 개발할 수 있는지 조사하고 있다.

“식물 유전자형의 작은 변화가 뿌리 주변의 토양미생물에 복잡하고 예기치 않은 영향을 미칠 수 있습니다”라고 Poole 교수는 말한다.

“과학자와 육종가, 농민은 이러한 효과를 최대한 활용할 수 있습니다.”

연구는 생명공학과 생물학 연구협의회(BBSRC)와 존이네스 센터의 핵심전략 교부금에서 자금을 지원받아 이루어졌다. 

전체 참조

Comparative metatranscriptomics reveals Kingdom level changes in the rhizosphere microbiome of plants by Thomas Turner et al. The ISME Journal advance online publication 18 July 2013; doi: 10.1038/ismej.2013.119

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-07/nbi-wcr071513.php