농업과 생명과학의 혁신적인 발전에 결과물이 분자 육종이라고 말할 수 있습니다. 작물의 우수한 유전적 형질을 조작하고 세밀하게 개선해 가는데 그 목표를 두고 있습니다. 기존의 전통 육종박식인 교배육종이나, 선발육종과는 다르게 더 세분화 된 유전자 단계에서 작물의 특성과 단점을 확인하여 정밀하게 수정해 가는 것이 특징입니다. 이번 글에서는 분자육종의 정의, 주요 기법, 장점 및 미래 전망에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.
분자육종이란 무엇인가?
분자육종(Molecular Breeding)은 아주 미세한 형질변경의 결정 단위인 유전자 단계부터 작물의 형질을 조절하는 방법입니다. 분자 육종의 가장 핵심적인 키워드는 마커(marker)와 유전자 변형을 이용해 효율적이면서도 우리가 원하는 정확한 유전형질을 확인하여 변화시킬 수 있다는 장점이 있습니다.
분자 육종은 두가지로 구분되는데, 첫 번째는 DNA 마커를 이용한 마커 보조 육종(MAS, Marker-Assisted Selection)이고, 두 번째는 유전자를 직접 편집하고 변형하는 기술로 나눌수 있습니다. 이러한 방법의 배경에는 현대 생명과학에 발전을 통해 DNA에 대한 명확한 분석과 연구가 거듭되었기 때문에 전통육종 방식을 벗어나 유전자를 직접 확인하는 기술이 발전되었다고 이해할 수 있습니다.
마커 보조 육종(Marker-Assisted Selection)
마커 육종은 우리가 필요로 하는 특정 형질을 나타내는 유전자를 직접 추적할 수 있는 DNA마커를 사용하여 작물을 육종하는 기술입니다. 이 육종 기술은 분자생물학을 배경으로, 작물의 유전적 특성을 정확하고 빠르게 분석할 수 있게 되었습니다.
마커 육종의 경우 분자생물학에 배경을 두기 때문에 분자생물학 연구와 유사한 단계를 지니고 있습니다.
첫 번째로, 작물의 유전 정보를 분석하기 위해 DNA를 추출합니다.
두 번째로, 원하는 형질을 확인하여, 해당 형질에 DNA 마커를 식별하여, 작물의 유전자를 정확히 추적합니다.
세 번째로, DNA 마커를 통해 형질을 가진 개체를 따로 선발하여, 이들끼리 교배를 통해 다음 세대의 작물을 육성합니다.
위 과정을 살펴 보면, 전통적인 교배육종과 선발육종과의 차별점은 정확한 형질을 타깃하고, 짧은 시간안에 육종이 가능하다는 것입니다. 또한 선발육종과는 다르게 마커가 표기된 유전인자를 선발하기 때문에, 우리가 필요로 하는 유전형질만을 따로 선별 할수 있으며, 다른 유전인자가 개입되어 정확성을 낮추는 것을 방지할 수 있습니다.
유전자 편집 기술: CRISPR와 유전자 변형
분자육종을 통한 중요한 기술 중에 육종에 이용되는 방법은 유전자 편집 기술입니다. 유전자 편집 기술의 경우, 우리가 필요로 하는 특정 유전자를 제외한 다른 유전자를 제거하거나 해당 유전자를 변형하여 형질을 바꾸는 방식으로 최근 가장 많이 이용되고 있는 CRISPR-Cas9 기술이 대표적입니다. 이 기술들의 기본적인 내용은 기존의 유전자 변형 기법보다 특정 부위를 정밀하게 편집하여 해당 유전적 특성을 변화시키고 획득하는 것입니다.
예를 들면, 질병 저항성을 가진 작물을 개발할 때, 해당 질병에 민감한 유전자를 선별하여 제거하고, 내병성 유전자를 신규 도입함으로써 해당 질병에 강한 작물을 개발할 수 있게 되는 것입니다. 이러한 유전자 편집 기술의 핵심적인 기술은 특별히 유전자의 구조를 바꾸지 않으면서도, 특정 형질을 빠르게 개선할 수 있는 점이 있습니다.
분자육종의 장점
분자 육종의 가장 큰 장점들은 신속한 형질개발, 정확성 향상 등이 있습니다. 더욱이 현대에 와서는 급격한 기후 변화나 신종 병해충 등이 새롭게 발생되더라도, 이를 능동적이고 빠르게 대처 할 수 있는 장점이 있습니다.