품종개량

품종개량(breeding) 또는 인위선택(artificial selection)은 농업, 축산업 등에서 재배·사육하는 생물의 유전형질을 개량하는 활동을 통틀어 말하는 것입니다.

옥수수의 품종개량

인류가 살아 오면서 부터 쓰인 품종개량의 방법은 원하는 형질을 지닌 생물간의 자손을 얻어 이들 가운데 일부만을 선택하고 다시 이들 사이에 자손을 얻는 방법이었습니다. 찰스 다윈은 농업의 이러한 선택에서 용어를 빌려 자연에서 환경에 의해 일어나는 선택에 대해 자연선택(natural selection)이라는 이름을 붙였습니다. 자연선택(natural selection)이란 특수한 환경 하에서 생존에 적합한 형질을 지닌 개체군이, 그 환경 하에서 생존에 부적합한 형질을 지닌 개체군에 비해 '생존'과 '번식'에서 이익을 본다는 이론입니다. 자연도태라고도 합니다. 이 이론은 진화 메커니즘의 핵심입니다.

‘자연선택’이라는 용어는 ‘인공선택’(artificial selection)과 비교를 하려고 했던, 찰스 다윈에 의해 일반화되었으며, 그의 인공선택이라는 용어는 현재는 품종개량(selective breeding)으로 더 흔하게 사용되고 있습니다. 인공선택(품질개량)의 주체가 인간의 목적이라면, 자연선택은 개체군의 변이가 주체가 된다는 차이점이 있습니다. 

그럼 육종(breeding)이란 무엇을 의미하는 것인지 알아보겠습니다.

육종은 생물의 유전질을 개선하거나 변경하여 실용 가치가 더 높은 작물 및 가축의 신종을 만들거나 기존의 품종을 개량하는 농업기술으로 정의할 수 있습니다. 식물이나 동물을 인간이 원하는 형태로 진화 또는 변형시키는 과정. 인공적인(사람의 개입이 있다는 점에서) 유전자 변형방식 중 하나로서 인간이 경작하기 시작할 때부터 적용된 방식입니다.

전통적인 육종방식은 우수한 형질을 이용하여 만들어지는 것이지만 유전공학의 발달과 함께 실험실에서 유전자 조작을 통해 품종을 개량하는 방식의 육종을 유전자형질작물(GMO)이라고 부르는데 이 방식은 종의 경계를 허물게 되기 때문에 많은 사회적 이슈가 되고 있습니다. 유전 공학에 의한 품종의 개량(GMO)은 원하는 형질을 얻기 위해 기존의 품종을 개량한다는 점에서 기존의 품종개량과 같으나 자연적인 생식을 통해 품종을 개량하는 기존의 방법과는 달리 유전자를 직접 조작하여 단시간 안에 결과물을 도출한다는 점과 다른 종의 유전자에서도 형질을 가져 올수 있어 샹태계의 파괴와 교란을 야기할 수 있다는 점을 잊지 말아야 합니다.

1. 작물의 육종

농작물의 수확량과 품질을 향상시키기 위해 품종을 개량하는 것입니다. 농작물의 수량은 농작물의 복잡한 생리적, 생화학적 상호작용의 결과물인데 높은 수확량을 얻기 위한 개량에는 식물생리학, 유전학, 재배학의 지식이 동원됩니다. 농작물의 수확량을 개선하기 위해 다음과 같은 방법들이 쓰이게 됩니다.

• 광합성 효율의 개량: 수광 효율을 늘릴 수 있는 직립성 잎과 각도를 갖는 품종의 개량이 주요 목표입니다.
• 광둔감성 작물: 벼, 옥수수와 같은 주요 곡물의 경우 장일 조건이나 단일 조건 모두에서 개화할 수 있도록 개량된 광둔감성 작물이 세계적으로 확산되었습니다.
• 유한신육성 작물: 마디가 적고 착엽이 빠르며 생육기간이 짧은 작물 품종을 개량하는 것은 농업 일수의 단축과 기계확의 도입에 유리하게 작용하였습니다.
• 단간성 작물: 키가 작은 왜성 작물의 육종은 농업 혁명에 크게 기여하였다. 왜성 작물은 뿌리가 깊어 수분 흡수량이 높고 비료를 많이 주어도 잘 자라며 수확지수가 높습니다.
• 조숙성 육종: 생육기간이 짧은 조숙성 품종은 이모작을 도입할 수 있게 하였습니다.
• 수확지수의 개량: 벼, 밀, 보리, 옥수수와 같은 곡물은 높은 수확지수를 띄는 형질이 낮은 수확지수를 띄는 형질에 비해 우성이기 때문에 여러 대에 걸친 육종의 결과 수확률이 개선되었습니다.
• 수량 안정성 육종: 수량 안정성이란 환경 변화가 크더라도 수확하는 양이 일정하게 유지되는 형질을 갖춘 작물을 육종하는 것입니다.
• 수량 육종: 보다 많은 열매를 맺게 하는 형질은 매우 낮은 유전력을 갖고 있어 난이도가 높은 육종입니다.
• 품질 개량 육종: 맛이나 향과 같은 품질을 향상시키는 육종이다. 최근에는 기능성 품질을 향상시키는 육종이 주목받고 있습니다.
• 내병성 육종: 병원균에 대한 내성을 지니는 품종을 육종하는 것입니다.
• 이외에도 가뭄이나 병충해에 강한 작물을 키우기 위한 육종 등이 있습니다.

2. 동물의 개량

개와 같은 애완동물의 품종개량은 매우 오래전부터 있어 왔습니다. 개의 품종 유지는 적절한 형질을 갖춘 짝의 교배와 선택에 의해 이루어지게 됩니다.  대표적으로 스탠다드 푸들중에 작은 개체끼리만을 계속해서 교배시키면 아품종인 미디엄 푸들이 탄생하게 됩니다. 또 이것을 반복하다보면 아품종인 미니어쳐 푸들과 토이푸들이 나오게 됩니다. 즉, 푸들이라는 품종 내에서도 스탠다드, 미디엄, 미니어쳐, 토이 푸들이라는 아품종으로 분류할 수 있는 것입니다. 요즈음 이 푸들에 다른 종의 개를 교배하여 하리브리드형 개를 생산하고 있는데 이 개는 병에 강하고 털이 잘 안 빠지는 타입으로  만들어 졌습니다.

3. 육종의 성공과 실패 

품종개량의 성공과 실패는 그 사회에서 어떠한 생물을 원하는 가와 밀접한 관련이 있습나다. 1960년대 미국의 포드와 카네기가 출자하여 필리핀에 세워진 국제쌀연구소에서는 새로운 단간성 벼를 육종하였는데 식량 증대를 최대 과제 가운데 하나로 여기던 한국에서는 이 벼를 "통일벼"라는 이름으로 도입하였습니다. 통일벼는 성장기가 짧아 2모작이 가능하고 수확량이 많아 전국적으로 재배되었으나 냉해에 약하고 밥맛이 좋지 않아 결국 외면받게 되어서 성공과 실패(외면)을 동시에 받은 사례가 있습니다.

4. 품종개량과 GMO의 차이

품종개량은 무작위 돌연변이가 일어나길 목이 빠지게 기다린 후 각기 돌연변이 중 원하는 형질이 있는 개체를 선택하여 교배하거나 다른 종과의 잡종화를 통하여 이루어졌기 때문에 자연에서 나타나지 않는 형질 혹은 근연종에서 나타날 수 없는 형질을 나타내는 종자로 개량이 불가능합니다. 예를 들어 4000년간 벼를 재배하면서 품종개량한다 했을 때 -20℃에서 생육이 가능한 형질을 나타내는 품종을 만드는 것은 확률적으로 거의 불가능하다는 것입니다. 다만 방사선을 이용한 품종개량의 경우 자연에서 나타나지 않는 형질을 획득할 수 있습니다.

반면 GMO의 경우, 남극에 사는 식물 중 -20℃까지 생육가능한 종의 결빙방지단백질 형성 유전자를 벼에 이식한다면 -20℃에서도 얼지않고 자라는 품종을 만들 수 있게 됩니다. 기존의 종자 개량은 교배와 무작위 돌연변이의 선별에 의존했기 때문에 원하는 형질을 갖는 품종을 만드는 데 매우 오랜 시간이 걸렸으나, GMO의 경우 길면 몇 년, 짧으면 며칠 만에 특정 생물의 유전체(genome) 안에 우리가 원하는 유전자만을 옮겨 형질을 발현시킬 수 있습니다.

예를 들어 그라목손에 내성이 있는 콩의 경우, 식물 전멸 제초제인 그라목손을 뿌린 밭에서, 이 제초제에 내성을 가진 식물을 채취해 제초제 내성 유전자를 찾아내어, 콩 작물에 직접 주입하는 것입니다. 이러한 경우 콩작물만 선별하고 다른 식물을 전부 죽이는 제초제를 개발할 필요없이 모든 식물을 죽여버리는 그라목손을 뿌리고도 혼자서 살아남는 콩을 기르는 게 경제적으로도 또 사용에 있어서도 편리를 얻을 수 있게 되지만 우리가 예상치 못한 부작용이 나타날 수 있기 때문에 매우 신중한 접근이 필요합니다.