자가불화합성(Self-Incompatibility, SI)은 식물 번식 과정에서 발생하는 메커니즘으로, 유전적 다양성을 보존하기 위한 과정입니다. 특히, 같은 개체끼리의 수정을 방지하여 종자 생산을 막기 때문에 유전적 다양성과 진화에 기본적인 원동력이 되는 현상입니다. 이 과정은 식물 육종을 이해하는데 큰 도움을 주며, 이번 글에서는 자가불화합성의 종류와 작동 원리, 식물 육종에서 자가불화합성의 활욕 방안에 대해서 알아보겠습니다.
1. 자가불화합성의 종류
자가불화합성은 두 가지로 유전적 자가불화합성과 환경적 자가불화합성으로 나눌 수 있습니다. 이중 우리가 확인해 보아야 될 것은 유전적 자가불화합성으로 유전적 자가불화합성 또한 두 가지 유형으로 구분할 수 있습니다.
배우체 자가불화합성(Gametophytic SI)
배우체 자가불화합성은 쉽게 꽃가루의 유전자와 암술의 유전형과 일치할 경우 자가불화합성이 되는 방식을 뜻하고 있습니다. 더 자세히 이해하면, 꽃가루가 지닌 유전적 형질에 의해 자가불화합성이 결정되고, 외떡잎식물에서 나타나고있습니다.
포자체 자가불화합성(Sporophytic SI)
배우체 자가불화합성이 꽃가루에 기인한 원인으로 불화합이 이루어 진다면, 포자체 자가불화합성의 경우에는 식물본체의 유전자형에 의해 불화합이 확인되는 방법입니다. 흔히 배추과 식물에서 나타나고 있습니다. 포자체 자가불화합성은 배우체 자가불화합성보다 더 확실하게 메커니즘이 발동하며, 일반적으로 유전적 다양성을 보존하는데 저 큰 역할을 하고 있습니다.
2. 자가불화합성의 작동 원리
자가불화합성의 원리는 S-유전자의 좌위에 따라 결정되는 메커니즘을 지니고 있습니다. 꽃가루와 암술에서 각각 존재하는 S-유전자는 자가 불화합성을 결정하는 가장 중요한 요소이며, 같은 S유전형을 가진 암술과 꽃가루가 수정하기 위해 시도한다면, 이들 사이의 수분이 방해를 받아 수정이 이루어지지 않습니다.
S-유전자는 꽃가루관이 자라 암술에 닿을수 있는지 여부를 결정하는 배우체 자가불화합성은 암술과 꽃가루가 동일한 S-유전형을 지니고 있을 경우, 꽃가루 관의 성장을 방해하여 수정을 막을 수 있습니다. 반대로 포자체 자가불화합성의 경우에는 꽃가루가 아닌 포자체의 S-유전자형이 기준이 되고 있어 수정의 여부를 확인 할 수 있습니다.
3. 자가불화합성과 유전적 다양성
유전적 다양성을 높이는 데 많은 방법이 있지만, 그중 가장 중요한 메커니즘으로 손꼽는 것이 자가불화합성입니다. 식물의 기본적인 생식 과정에서 자가수분 대신 타가수분을 유도하는 원리는 유전적 다양성을 만들고 품종의 다양성을 만드는 데 큰 원동력이 되고 있습니다.
결과적으로 타가수분을 유도하게 되면 병해충이나 환경 변화에 대한 적응력이 높은 품종을 육성할수 있으며, 서로 다른 유전자를 가친 개체들의 조합으로 우수한 품종을 만들어 낼 수 있습니다. 이 과정은 식물 생태계에서 해당 식물의 생존 확률을 높이고 적응성을 높이는 요소로 자연 진화 과정에서도 큰 역할을 하고 있습니다. 유전적으로 다양한 품종이 존재한다는 것은 집단 전체가 특정 재해나 병해충에 대해서 생존할 확률이 높아지는 것으로 진화를 만들어 가는 첫 걸음입니다.
4. 자가불화합성의 식물 육종에서의 활용
식물 육종에서는 타가수분을 필요로 하는 식물에서 강력한 육종 연구에 도움이 되고 있습니다.
잡종 강세(Heterosis) 유도
이종 간 교배를 통해 자식의 생산성과 생존력을 높이는 현상을 잡종강세라고 합니다. 자가 불화합성을 이용하면 이 같은 잡종강세를 유도할 수 있고, 이 기술은 옥수수, 배추, 사과와 같은 잡종 강세를 활용한 품종 개발에 적극 이용됩니다.
순계 유지 및 교배
고정된 유전적 틍성을 가진 개체군을 유지하면서 원하는 유전적 형질을 심을수 있는데 사용됩니다. 순계로 유지되고 있는 품종에 타가 수분을 하여 새롭고 우수한 품종을 개발할 수 있습니다.
잡종 종자 생산
잡종 종자 생산을 통해 고품질의 품종을 육성하는데 도움이 됩니다. 자가불화합성 품종을 통해서 원하는 형질의 부모세대를 선택적으로 교배하고 이를통해 수확량이 높고 저항성이 높은 유전적 종자를 생산하는데 역할을 합니다.