식물 육종 그리고 GMO
아주 간단하게! 농학 전공자의 입장에서
우리가 먹고 있는 농산물, 작물들은 무엇이고 개량품종, GMO나 유전자 가위는 뭘까?
오늘은 그 시작으로 육종에 대해 알아보자.
현재 우리가 소비하고 먹는 대부분 작물은 육종을 통해 개량된 품종이라고 할 수 있다.
옥수수를 예를 들어보자
이미지 출처: https://news.wisc.edu/uw-study-shows-how-a-kernel-got-naked-and-corn-became-king/
위 사진은 옥수수의 야생형으로 여겨지고 있는 테오신테 (teosinte)이다. 실제로 옥수수와 비슷하게 생겼고 매우 적은 양의 낱알이 한 이삭에서 생산된다. 맛은.. 없을 거 같다 실제로 보면 껍질이 매우 단단하고 억세다 (먹다가 강냉이 털릴 각).
테오신테와 비교했을 때 현대의 옥수수는 매우 많은 양의 낱알이 한 개의 이삭에서 생산되고 (수량이 증가함) 낱알을 둘러싼 껍질 (pericarp) 얇아서 제거하지 않아도 먹을 수 있다.
위 테오신테에서 현재 우리가 알고 있는 옥수수 모습으로의 개량은 아주 오랜 시간 동안 인류가 인위적으로 선발해서 만들어 낸 것이다. 농부가 옥수수를 수확하며 다음 해에 심을 옥수수를 고르고 그다음 해에 더 튼실해 보이는 옥수수를 골라 그다음 해에 심고.. 의 무한반복이 수천수만 세대를 지나서 우리가 현재 먹는 옥수수가 된 것이다. 이처럼 식물체를 교배하고 선발해서 새로운 품종을 만드는 육종을 보통 *전통육종 (conventional breeding)이라고 한다. (* 자세한 내용은 다음에 다루도록 하겠습니다. 선발로 인한 작물의 순화 (domestication) 만이 전통육종은 아닙니다. )
생명공학의 발전 이후 사람들은 새로운 육종방법을 연구한다. 바로 그것이 GMO (genetically modified organism)이라고 보통 불리는 유전자 조작 생명체. 여기서 organism은 정말 말 그대로 모든 동물, 식물, 박테리아 등등 모든 생명체를 의미하지만 보통 GMO라고 한다면 GMC (genetically modifed crops), 유전자 변형 작물로 생각하는 사람이 많다.
흔히 생각하는 유전자 변형 작물은 식물체 유전자에 다른 외래 유전자가 삽입된 작물을 의미한다.
제초제 저항성 옥수수 = 일반 옥수수 + 제초제 저항성 유전자
이때 옥수수가 아닌 다른 생물체의 유전자를 옥수수로 집어넣는 데에는 다양한 방법이 있다. 대표적인 것으로 1) Agrobacterium을 이용한 유전자 삽입
이 방법은 토양 미생물인 Agrobacterium을 특성을 이용한 방법이다. 이 미생물은 자신의 유전자 일부를 식물체 유전자로 삽입할 수 있는 특별한 기술을 가지고 있다. 이 미생물의 유전자를 조작하여 원하는 식물체에 원하는 유전자를 넣는 것이 아그로박테리움 매개 유전자 변형 (Agrobacterium mediated genetic transformation)이다. (흥미로운 것은 고구마 게놈에서 이 미생물의 유전자가 일부 존재한다는 것! 자세한 내용은 Kyndt et al., 2015를 참고해주세요)
[미생물 + 저항성 유전자] --(미생물 작용)---> 식물 유전자 = 식물 유전자 + 저항성 유전자
2) Gene gun을 이용한 유전자 삽입
이 방법은 말 그대로 유전자를 총처럼 쏴서 식물세포 내로 주입시키는 방법이다. 삽입하고자 하는 유전자를 아주아주 미세한 금에 씌워서 그 금을 식물체에 쏜다 정말로 (실제로 퍽하는 소리도 남). 식물 세포 내로 들어간 유전자는 식물유전자 내로 삽입된다.
[금 + 저항성 유전자] ----(유전자 총)---> 식물 유전자 = 식물 유전자 + 저항성 유전자
다시 한번 강조하는 것은 식물체에 그 식물이 아닌 다른 생물체의 유전자가 삽입된 경우가 보통 우리가 생각하는 GMO 작물이다. GMO은 매우 광범위하기 때문에 과학적으로 100% 맞는 설명은 아니지만, 우리가 생각하는 GMO 작물은 보통 저런 과정을 통해 만들어진다.
마지막으로 GE (genome edited) 작물이란 유전자가 약간 수정된 작물을 의미한다 (아직 한국 내 농업분야에서는 관련 정의를 확실히 내리지 않은 것 같다. GE는 아직 GMO로 규정될지 안될지 세계적으로 아직 애매한 상황).
과학 관련 뉴스를 관심 있게 봤다면 아마도 유전자가위에 대해서 들어 봤을 것이다. 나중엔 인간배아의 유전자를 조작해서 피부색, 눈 색 같은 것을 조작한 맞춤 배아를 만들 것이라고 말하는 공상과학 소설 같은 이야기들 말이다.
GE 작물은 이런 유전자 가위를 이용해서 약간의 유전자 수정이 생긴 작물이다. 다시 말해 앞서 말한 GMO같이 외부 유전자를 식물유전자에 삽입한 것이 아닌, 본디 식물체 유전자를 수정한 것이다. 외부 유전자 삽입이 없고 자연적으로 일어날 수 있는 변이를 이용한다는 점에서 GE를 GMO로 생각하고 같은 규제와 안정성 시험을 적용할 것인지 아닌지는 국가마다 그 판단이 다르다.
오늘은 우리가 생각하는 일반적인 육종과 GMO라고 불리는 생명공학 육종에 대해 간단히 서술해 보았습니다. 일반적인 육종은 보통 교배와 인위적 선발을 통해 새로운 품종을 만들어 내는 것이고, GMO는 식물체에 생명공학적 방법으로 다른 생물체의 유전자를 삽입해서 새로운 품종을 만들어 내는 것입니다. 마지막으로 GE는 외래 유전자의 삽입 없이 식물체의 유전자 자체의 약간의 수정으로 새로운 품종을 만드는 방법입니다. 차이점을 이제 아시겠나요? 유용한 정보가 되길 바랍니다.
처음 써보는 글인데 생각보다 시간이 많이 걸리네요. 다음에는 식물 육종 그리고 유전자 가위에 대해 좀 더 알아보도록 하죠 :)
본문에 언급된 논문입니다.
Kyndt, T., Quispe, D., Zhai, H., Jarret, R., Ghislain, M., Liu, Q., ... & Kreuze, J. F. (2015). The genome of cultivated sweet potato contains Agrobacterium T-DNAs with expressed genes: an example of a naturally transgenic food crop. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201419685.
