종자에 이름 붙이기
종자의 의미와 권리는 그 이름에 있다
동지 때가 다 되어서야 올 한 해, 농장에서 길렀던 벼 품종들, 그리고 품종이 되길 기다리는 '계통'들을 정리합니다.
다양한 종자를 개발하는 과정인 '육종'을 하기 위하여, 우선 여러 곳에서 수집한 다양한 수집자원(accessions)을 모으고, 그것을 활용하여 교배하거나 교잡하여 육성한 다양한 계통(lines)을 잘 설계된 체계화된 포장에서 기르게 됩니다. 보통 계통육종법(pedigree breeding)이라는 방법이 많이 쓰입니다.
계통별 육성을 진행하고 있는 육종 포장의 모습. 다양한 벼가 한 논에서 자라고 있는 모습을 볼 수 있고, 각 계통을 구분하는 하얀 라벨이 붙은 막대가 계통의 앞에 표시되어 있다이러한 계통들은 보통은 한 가지당 두세 줄을 심습니다. 어떤 분들은 이렇게 많은 다양한 벼들을 한 군데 심으면, 서로 꽃가루가 혼합되지 않느냐, 그러면 순계(pure line)를 만드는 것이 어렵지 않으냐 하시는데, 꼭 걱정할 필요는 없습니다. 보통의 벼가 다른 꽃가루를 받아들일 확률은 거의 1% 미만이며, 그것도 서로 인접한 계통이 동시에 꽃이 피지 않거나 서로 유사하지 않거나 하면, 수정이 거의 실패하기 때문입니다. 더욱이 그렇게 하여 간혹 혼합된 종자가 나와도, 그다음의 계통육성법에서, 같은 계통에서 다르게 생긴 벼 식물체 (outlier)를 제거할 수 있기 때문에 너무 걱정할 필요가 없습니다.
계통육성 포장의 모습. 2~4줄씩 다른 계통이 명확하게 구분되는 것을 볼 수 있다. 중간중간에 보라색 벼가 보이는데 '자도'라고 하여, 비어있는 공간을 채워서 통계적 오류를 최소화그리고, 계통육성 포장은 두 개의 중요한 관점에서 평가를 합니다. 계통이라는 것을 만들어가게 되면, 계통 내의 식물간 차이는 점점 줄어들고, 계통간 차이는 점점 커지게 됩니다. 위에 보이는 사진의 계통들은 비슷한 부모에서 유래한 것인데, 잎의 색이나 이삭의 정도, 수량성 등 다양한 면에서 차이가 있음을 볼 수 있습니다. 잘 육성된 계통은 계통내 차이가 아주 적어지게 되죠. 이때, 유난히 툭 튀는 식물을 종종 보게 되는데, 우리는 그러한 것을 '이형주(outlier)'라고 합니다. 이형주가 왜 생길까요? 그것은 인간이나 기계가 실수하거나 혼합된 것일 수도 있고, 갑작스러운 돌연변이일 수도 있고, 다양한 이유가 있을 것입니다.
이렇게 품종이 되기 전 단계에서 저런 식으로 상당히 오랜 기간 육성의 기간을 거치게 됩니다. 육종을 처음 시작할 때, 우리가 바라는 좋은 특성(또는 '형질(traits)')을 두 개의 다른 품종이 갖고 있는 경우가 많습니다. 따라서, 두 개의 장점을 한 개로 모아야겠지요? 그럼, 우리는 두 개의 품종을 교배하게 됩니다. 교배하여 처음 나온 종자를 F1이라고 하지요. 잡종종자이기 때문에, 아무리 여러 개의 종자를 얻어도 다 똑같은 쌍둥이라서, F1 식물체를 여러 개 심으면 다 똑같이 자라야 합니다.
이들이 다르게 생겼다면, 그것은 환경이 아주 다른 것이거나, 처음부터 교배하다가 실수하였다고 보면 됩니다. F1을 심을 때에는 옆에 원래 부모를 같이 심어서, 정말 교배가 되었는지도 확인이 가능하고, 잡종화에 의한 잡종강세도 종종 발견하게 됩니다.
F1 식물체에서 얻은 종자를 모아서 F2라고 하고, 그것들은 멘델의 '분리의 법칙'에 따라, 종자 하나하나가 다 다른 유전형 조합을 갖게 되어, 심어 보면 다 다르게 생겼습니다.
멘델의 '분리의 법칙'입니다. 교배 후 '계통화'를 이해하기 위한 가장 기본적인 법칙이지요. 잡종 종자를 심으면, 이렇게 다양한 유전자형 조합으로 다 분리합니다.F2에서 일단 일차적으로 '선발(selection)'이라는 과정을 거칩니다. 예전에는 시험포장에 나가서, 육종가들이 일일이 '표현형(phenotype)'을 보면서, '야장(field note)'라는 것에 일일이 손으로 기록하거나, 마음에 드는 식물체에 직접 바인더 끈이나 꼬리표를 달아 표시하여, 별도로 수확하고 그랬습니다. 지금도 여전히 그렇게 합니다만, DNA 유전자형 분석 기술(genotyping)이 발달하면서, 관심이 있는 형질을 함유한 식물체를 우선적으로 골라낼 수 있게 되었습니다. 'DNA 표지 육종' 또는 '분자표지 육종' 기술은 아주 널리 활용되는 기술로서, GMO 기술과는 아무 상관이 없는 선발 기술입니다.
http://www.econovill.com/news/articleView.html?idxno=309405
이렇게 선발된 식물체는 '세대촉진(rapid generation advancement)'라는 기술을 활용하여, 세대를 빨리빨리 진전시키는 것이 보편화되고 있습니다. 그러나, 관행적으로 활용되는 육종기술에서는 선발된 F2에서 종자를 얻어 그것을 한 개의 계통으로 2~4줄씩 심습니다. 그럼 계통의 세대가 어떻게 될까요? 그것을 F3라고 합니다. 이해하시겠죠? 그렇게 반복하면, F4, F5, F6,..., Fn이 됩니다. 보통 F5나 F6 정도 되면, 유전형의 95% 정도가 '고정(fixed)'되었다고 말합니다. 벼, 밀, 보리를 비롯한 많은 자식성 식물(주로 자기 꽃가루를 취하여 수정하는 식물)이 그렇다는 말입니다.
위의 논문은 국제벼연구소에서 시스템화한 세대촉진재배기술입니다. 트레이와 포트 등을 온실에서 재배하는데, 여기에 스마트 기술이 접목되어, 꽃이 더 빨리 피게 하면 금상첨화일 것입니다. 중국에서는 벼를 1년에 8회까지 재배하도록 하였다니, 이제는 F6까지 가는 것이 단 1년 안에 가능할 수 있다는 말입니다. 그 기간 동안 농장에서 일일이 재배할 노력을 줄일 수 있으니, 이것은 대단히 좋은 기술이지요.
http://kr.people.com.cn/n3/2021/0826/c207467-9888376.html
그런데, 식물은 세대가 진전될수록 선발을 하지 않으면, 그 수가 너무 커지게 되기 때문에, 빨리 기르면서 동시에 빠르게 선발해야만 합니다. 그러려면, 유전형 분석기술이 굉장히 빨라져야겠지요? 다행히 최근에 '차세대 유전 분석기술(next generation seqencing)' 기술이 급속히 발달하여, 값도 싸지고 그 성능도 좋아졌습니다. 그렇게 하여 개발된 분자마커들을 모아서 chipset을 개발하여, 한꺼번에 5만 개 지점을 평가하기도 합니다. 우리나라 공주대 박용진 교수팀은 50만 개 이상의 단염기 분석 chipset을 개발하기도 하였습니다.
https://www.nature.com/articles/srep11600
문제는 유전 분석 기술 그 자체의 가격이죠. 현재 한 개의 식물에서 DNA를 추출하여, 그것을 유전 분석하여 생물정보분석까지 하여, 육종가가 보기 좋게 데이터베이스 화하는 노력들을 진행하는 중입니다. 다행히 유전 분석 기술 그 자체는 샘플당 10만 원 정도까지 내려갔지만, 분자육종은 보통 한 개의 교배에서 출발한 집단의 경우, 1000개 이상의 식물을 조사하게 되므로, 유전 분석비용이 수억 원에 이르므로 계획을 신중하게 진행해야 합니다. 그러나, 만약 분자표지를 활용하지 않는 육종을 하지 않는 육종은 가격이 얼마가 들까요? 농장을 운영해 보시는 분들은 잘 아시겠지만, 저 정도의 집단을 운영하기 위한 농장 운영비용은 1년에 1억 이상은 들 겁니다. 그런데, 분자표지 육종은 약 3년이면 되지만, 일반적인 육종은 7-8년이 소요되므로, 가격경쟁력은 이미 결정이 낫다고 볼 수 있습니다. 더욱이, 가장 중요한 형질은 쉽게 눈에 띄지도 않고, 여러 개의 형질을 한꺼번에 선발할 때에는 분자표지 육종이 매우 유용합니다.
최근에는 이렇게 중요한 분자표지들을 그룹으로 묶어서, 몇 개의 유형별로 묶어서 한꺼번에 계산하고자 합니다. 그렇게 하면, 기존의 컴퓨터 성능으로도 더 많은 유전 분석을 동시에 수행할 수 있지요. 이것은 haplotype-based breeding이라고 해도 좋겠습니다. 아래는 그에 대한 참고문헌입니다.
https://www.nature.com/articles/s41598-018-22657-3
선발법에 대하여 한참을 이야기했는데요, 선발법에는 DNA 기술이, 세대촉진기술에는 스마트기술이 적용된다면, 기후변화나 자원 부족으로 인한 식량위기에 더 빨리 대응할 수 있게 될 것입니다. 여기에 소비자의 기호도가 다양화되고 워낙 다양한 목표가 생겨서, 시장의 수요를 파악하고 나서 육종을 시작하면 늦는 수준이 됩니다. 따라서, 기호도 예측, 시장 예측에 맞추어, 우수한 형질을 발굴하여, 그것에 대한 다양화 집단을 미리 구축하고 프로파일링 해 놔야겠지요? 그것이 우수한 '육종 집단(breeding population)'을 가지고 있는 육종가가 승리하는 이유입니다.
이러한 육종 집단은 잘 관리가 되어야 합니다. 육종 집단을 구성하는 각 식물재료들을 우리는 '계통(pedigree, breeding lines)'이라고 합니다. 이것들은 아직 '품종(variety)'이 되지 못했죠. 품종은 정부(국립종자원)나 권위 있는 기업, 종자협회 등이 인정하는 일정 수준의 균일성, 구별성, 안정성, 그리고 최근에는 신규성까지 네 개의 조건을 갖추어야 합니다.
https://www.seed.go.kr/seed/188/subview.do
그럼 '계통'의 이름은 어떻게 붙일까요? 보통은 육종가가 야장에 어떤 약속을 하면서 붙여나가게 됩니다. 기본적인 원리는 다음과 같습니다.
1. 교배하고자 하는 부모 품종에 각각 특정적인 번호를 부여하여 코드를 남긴다. 그것은 육종가가 고유의 '영문 이니셜+번호', 아니면 '번호'로만 붙이기도 한다.
2. F1은 교배하는 '모친' + '/' + '부친'으로 기록한다. 꽃가루를 제공하는 식물체가 부친으로서 뒤쪽에 온다. 예) 세종찰/세찬미, 1001/1004, 등
3. F2 이후에는 여러 개의 식물 중에서 선발하게 되므로, 선발 번호를 '-' 뒤에 붙이게 된다. 예) IPS/서시1호-2-5-3 (품종 'IPS'와 '서시1호'가 교배되어 얻은 F2 중 2번이 선발되고, F3에서 5번, F4에서 3번이 선발되었다). 모든 F1은 같은 유전형이 동일하기 때문에, F1에서는 선발이 없어서, IPS/서시1호-2는 보통 F2로 인식된다. 그러나, 최근에는 분자표지 육종을 하면서, 여러 개의 샘플 중에 선정된 F1을 활용하기 때문에, F1 중 2번째 식물이라고도 볼 수 있을 것이다. 이에 대하여, 아직 육종가들간의 명확한 합의가 되어 있지 않다.
4. 세대가 많이 진전되면, 한 계통의 식물체가 모두 거의 동일하다고 보고, 함께 뭉쳐서 수확할 수 있는데, 그것을 '벌크 수확'이라고 하고, '-B'를 붙이게 된다. 벌크 수확을 하다가도 다시 분리한 이형주가 중요하다고 생각되면, 다시 번호를 붙이면 된다. 예) 세종인디1/고령13-3-5-6-7-10-1-1-1-B-B-B-3-3
5. 계통에 재차 교배를 진행할 수 있다. 삼원교배, 사원교배, 복교배 등이라고 할 수 있는데, 첫 번째 교배는 '/', 두 번째 교배는 '//', ... 식으로 '/(slash)'를 여러 번 쓰면 된다. ( )를 적절하게 활용하여 더 잘 구분되게 할 수도 있다. 예) (1004/995001-3-5)//1006-5
6. 부친 또는 모친으로 활용된 품종을 재차 활용할 수도 있다. 그것을 '여교배(backcrossing)'이라고 하는데, 육종의 속도를 높여서, 어느 한쪽 부모 쪽에 가깝게 만드는데 유용하여 자주 쓰인다. 그 경우에 한쪽 부모를 여러 번 쓸 수 있고, 그러한 경우 여러 개의 '/'를 쓰지 않고, 위 첨자 형의 숫자를 쓴다.
예) 세종찰/IPS//IPS///IPS////IPS = 세종찰/IPS^4
7. 계통을 설명하는 번호가 너무 길어지면, 아예 새로운 번호로 치환하여 활용할 수 있다. 보통 육종가들은 '도입품종야장', 'F1야장', 'F2야장', '계통야장', '생산력검정야장', '증식포야장'. '종자관리야장' 등을 나누어서 관리한다. 예) F2야장에서 '세종찰/IPS-6'을 선발한 후, 계통야장의 '800012'번을 부여하여 이후 축약하여 활용할 수 있다.
8. 야장에 한번 쓰인 번호는 다른 어떤 계통에게도 영구결번이다. 한번 생산된 종자가 어떤 봉투로 만들어지면, 중복된 번호가 있어서는 안된다. 심지어, 같은 품종이어도 수집자, 육성자, 육성연도, 재배위치와 시기, 선발방법 등에 따라서, 다양한 번호를 가질 수 있다.
이렇게 육종가의 야장은 다채로운 번호와 기호, 그리고 수많은 메모들의 집합이 된다. 그리고 그 안에 시공간을 흐르는 그들의 땀이 녹아 있습니다. 보통 육종가의 농장에 가면 모든 식물이 기호와 번호로 나열되어 있습니다.
역사상 가장 유명한 벼 품종 '통일'의 계통도가 보인다. 해석이 가능한가? 가장 나중에 교잡된 품종이 무엇인지 알겠는가?'통일'은 장립종 인디카('IR8')와 단립종 자포니카('Yukara'), 그리고 중간형인 대만 품종 'Taichung Native 1'이라는 재래벼가 교잡된 3원교잡 품종입니다. 'IR8'에서는 많은 수확량과 종자수가, 'Yukara'에서는 꽃피는 시기와 몇 가지 품질개선 부분이, 'TN1'은 인디카와 자포니카 교잡시 발생할 수 있는 불임성 극복 부분 등이 결합된, 잘 '설계된' 품종이었습니다. 이 그림에서 보면, IR8이 가장 나중에 교잡되었다. 따라서, 이론적으로 유전적인 비율이 자포니카 25%, 중간형 25%, 인디카 50%가 되어, 인디카 유래 유전자가 많을 수밖에 없었습니다.
그럼 품종의 이름은 어떻게 붙이는 것일까요?
한 때에는 품종의 이름을 붙이는 권한을 정치가나 기관장이 자신의 이름, 호 등을 따서 붙이기도 했습니다. 그러나, 점점 과학기술자의 고유 권한이 되면서, 품종의 특성이나 목표 등에 따라 이름이 붙는 경우가 늘었습니다. 1980-90년대의 많은 벼 품종들은 꽃이 피는 시기에 따라, 빨리 꽃이 피는 조생종에는 산이름, 중생족에는 지역이름, 늦게 꽃이 피는 만생종에는 강이름이 붙었습니다. 예를 들어, 동진벼는 만생종이고 동진강이 있는 전라도가 특화지역일 것이라고 이해할 수 있다. 그런데, 육종의 목표가 다양화되면서, 고품질 벼에는 '-품'이 붙거나, 꽃가루방을 배양하는 약배양 기법으로 개발된 벼는 '화-'가 붙는 등, 다양한 이름이 붙었습니다.
사실 품종명은 어떻게 붙여야 한다는 규칙이 꼭 정해진 것은 아닙니다. 그것은 개발자의 특권이며, 개발자의 철학이 많이 반영되기도 합니다. 아시아와 세계에 도움이 되라는 의미의 '아세미'는 온대와 열대에서 모두 적응하는 벼 품종입니다. 본인이 개발한 '세찬미'는 비료가 부족한 환경에서도 '세차게 자라라'라는 의미로 이름이 지워졌고, 그러한 특성을 가지고 있습니다. '세종인디1'은 세종대가 개발하였기도 하지만, 남극의 세종기지처럼, 극한 환경에서 잘 자라는 기후변화 벼로써 역할을 할 인디카벼 1호라는 이름을 붙였습니다.
품종권은 산업재산권이기도 하지만, 농업경영자들의 경작권을 고려한 권리이기도 합니다. 또한 식량안보와 먹거리를 수호하는데 필수적인 권리입니다. 보통 품종출원을 하면, 품종에 대한 권리뿐만 아니라, 이름에 대한 심사를 함께 진행합니다. 이름이 이미 존재하거나, 고유명사이거나 하는 등, 적격여부 심사를 받게 되고, 이름 자체도 권리를 갖게 되는 것입니다.
품종의 권리는 '품종권'이라고 하여 20년이 지속되며, 상속이 가능한 권리입니다. 품종권은 국제협약에 따라 여러 나라에서도 효과를 발휘할 수 있는 강력한 권리입니다. 점점 세계는 품종권에 대한 중요성을 인지하고, 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 우리나라는 안타깝게도 국력에 비해 종자권에 대한 인식이 부족하며, 많은 작물의 품종권을 더 많이 확보해야 하는 상황입니다.
품종권이 잘 지켜지지 않는 상황은 아직도 지적재산권, 산업재산권 등에 대한 이해가 부족하기 때문이기도 하며, 종자를 아직도 공짜로 얻는 것인 줄 아는 몰이해 때문이기도 합니다. 그러나, 최근 한 민간육종 기업은 품종 하나에 지자체와 수십억 원의 로열티 계약을 추진하고 있습니다.
http://www.hsj.co.kr/news/articleView.html?idxno=15693
더 많은 기업이 소비자가 찾고 좋은 평가를 내리는 종자를 개발해야 합니다. 우리나라뿐만 아니라 우리나라 옆에 있는 중국과 북한, 동남아 국가들, 일본 등은 앞으로 기후변화와 재해 등으로 식량위기에 더 많은 고민을 하고 있습니다. 우수한 종자는 수출농업과 해외 기여에서도 핵심적인 역할을 할 것이다. 최근에 세네갈에서 '이스리'가 해낸 업적도 이런 맥락에서 아주 대단한 일입니다.
https://www.joongang.co.kr/article/25023189#home
https://www.joongang.co.kr/article/25027340#home
우리나라의 뛰어난 바이오기술과 스마트 융복합 기술, 그리고 현장 친화적인 육종가들의 자세, 인디카와 자포니카를 융합한 통일 계통 벼 개발의 노하우, 세계 유래 없는 농업기술 전달 능력 등에 대한 관심과 민간자본, 정부 협력 등이 잘 결합된다면, 오히려 우리 쌀 산업의 새로운 방향이 제시될 수 있을 것으로 생각합니다.
그 뒤에는 '종자'가 있습니다.
