건강한 열매를 주렁주렁 만드는 유전자는? - DNA 마커 분석과 육종

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LGScienceLand_과학송

2021. 7. 19.

 

 

 

우리는 매일 다양한 음식을 먹고 있습니다.

인구가 급속히 증가하면서, 식량이 많이 부족해지고

농부들의 고민도 함게 커졌는데요

이러한 식량 문제 해결법 중 하나가

바로 품종 개량입니다.

 

열매를 많이 열리게 하고, 건강한 열매를 만들어주는 품종 개량

품종 개량에는 어떤 기술이 사용될까요?

바로 유전자를 찾는 DNA 마커기술입니다.

 

품종 개량이란 식물이나 동물의 품종을

전보다 더 나은 특성을 갖도록 바꿔

우리 삶에 도움이 되도록 만드는 일입니다.

 

비슷한 말로 육종이 있습니다.

육종은 작물을 직접 키우면서 가치가 더 높은 품종으로 개량하는

기술과 학문을 의미합니다.

육종은 무엇을 목표로 할까요?

 

시장에서 맛과 모양의 가치를 인정받을 수 있는 상품성

하나의 종자로 많은 결실을 얻는 수량성

병충해에 강하며 새로운 환경에도 적응하는 재배 안정성

3가지를 만족하는 것이 바로 육종의 목표입니다.

 

육종의 과정을 살펴보기 전에, /식물의 교배/에 대해 알아볼 텐데요

식물의 교배는 꽃에서 이루어집니다.

 

꽃에는 수술과 암술이 있는데요

수술에서 나온 꽃가루가 바람이나 곤충, 사람에 의해

암술머리로 이동하여 붙는 것을 수분이라고 하며

이를 통해 식물은 다음 세대로 자신의 유전자를 전달합니다.

 

그리고 하나의 꽃 또는 식물체에서 수분이 이루어지는 경우가 있는데

이것을 자가수분이라고 합니다.

 

, 이제 육종에 대해 자세히 알아볼까요?

 

육종방법 1

여기, 작고 빨간 고추와 길고 노란 고추가 있습니다.

두 종류의 고추의 특징을 결합하여

육종으로 길고 빨간 고추를 만들어 볼 텐데요

 

빨간 고추의 암술과 노란 고추의 수술

, 꽃가루를 교배하면

둘의 특징을 가진 새로운 2세대 고추가 태어납니다.

 

이때 암술을 이용한 빨간 고추는 모계

수술을 이용한 노란 고추를 부계라고 부르며

1세대라고 하죠.

 

다음으로는 2세대 고추의 암술과 1세대 고추의 수술을 교배시켜

3세대 고추들이 태어나는데요

이렇게 4세대, 5세대

목표한 특징이 안정적으로 나타나는 고추가 나올 때까지

세대를 반복하여 교배합니다.

 

이렇게 모계, 또는 부계와 같이 한 쪽의 특징을 살리기 위해

반복적으로 한 쪽 1세대와만 교배하여 개량하는 육종을

여교배 육종이라고 합니다.

 

 

육종방법 2

이번에는 둥근 특징의 토마토와 뾰족한 특징의 토마토가 있는데요

우선 1세대 토마토 들을 교배하여

두 토마토의 특징이 잘 섞인 2세대 토마토를 태어나게 합니다.

2세대 토마토를 다른 토마토와 교배하지 않고

토마토 자신의 암술과 수술로 자가수분합니다.

 

그렇게 탄생한 3세대의 다양한 토마토들 중에서

희망하는 특징을 가진 토마토를 선택하고

세대를 반복하여 자가수분으로 교배하면

8세대쯤에 희망하는 특징이 안정적으로 자리 잡는

토마토가 태어납니다.

 

이러한 육종을 분리 계통 육종이라고 합니다.

지금까지 살펴 본 대표적인 두 가지 육종 방법을 정리해볼까요?

 

 

 

여교배 육종, 분리 계통 육종 잘 이해하셨죠?

이로써 작물은 안정적인 목표 성질을 지니게 되었습니다.

 

이것으로 품종 개발이 완료된 것이 아니라

마지막 단계로 고유의 다른 특성이 안착된 작물을 서로 교배시켜

복수의 성질이 개선된 작물을 만들어 내야

비로서 품종 개발이 마무리됩니다.

 

하지만 여기서 한 가지 고민이 생기는데요

교배한 종에서 싹이 나고, 열린 열매를 확인하고

또 교배 후 싹이 나고, 열린 열매를 확인하는데

이 과정을 여러 번 반복해야 원하는 특징을 가진 종을

안정적으로 얻을 수 있다 보니

많은 시간이 필요합니다.

 

이러한 고민을 해결하기 위해 최신 기술이 도입됐는데요

바로 DNA 마커 분석법입니다.

 

식물을 비롯한 모든 생명체에는 세포가 있는데요

세포에는 핵이 있고, 이 핵 안에 염색체가 있습니다.

염색체 안에는 사슬처럼 생긴 DNA가 있고

DNA에는 4가지 성질의 염기로 구성되어 있는데요

4가지 염기 배열에 따라

, 염기 서열에 따라 유전자가 만들어지고

염기 서열에는 부모로부터 받은 특징, 다양한 유전 정보가 당깁니다.

 

육종과정에서 원하는 특징을 나타내는 유전자와

그 유전자를 구성하는 DNA의 차이

, DNA의 염기서열의 차이를 분석하는 기술이 바로

DNA 마커 분석 기술입니다.

 

DNA 마커 분석을 활용하여

단맛이 나는 토마토로 개량하는 과정을 살펴볼까요?

 

먼저, 토마토를 달게 만드는 특징이

DNA의 어떤 유전자의 염기 서열로부터 오는지 데이터를 확보합니다.

 

이제 새로 심은 토마토에 같은 특성이 있는지 확인할 텐데요?

새로 심은 토마토의 잎을 조금 떼어내고

토마토의 잎에서 DNA를 뽑아낸 후

분석 대상인 특정 유전자가 포함된 DNA 부분을 증폭시킵니다.

 

증폭시킨 DNA에 형광물질이 들어있는 시약을 사용하고

색의 변화로 목표 성질이 같은지 확인할 수 있습니다.

 

이렇게 파란색으로 변하면 목표 성질과 같고

빨간색으로 변하면 반대 성질

녹색은 목표 성질과 반대 성질의 중간을 의미합니다.

 

개체별로 DNA 마킹 한 결과를 분류해

목표 성질을 가진 그룹을 확인할 수 있습니다.

 

이 분석 결과로 목표 성질과 같은 특징을 지닌

표본의 수와 분포를 쉽게 파악할 수 있습니다.

 

DNA 마커 기술로 씨앗이나 떡잎의 분석만으로

열매의 특성을 알 수 있어 연구 시간을 현격히 줄여줍니다.

 

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DNA 마커는 확인이 필요한 특징을 식물이 아주 어릴 때부터

어떠한 생장 단계나 조직으로부터 예측이 가능합니다.

 

한 가지 유전자뿐만 아니라

전반적인 염색체의 비교까지 가능한 장점이 있습니다.

 

따라서, DNA를 확보하면 몇 시간 이내로

어떤 유전자의 차이가 있는지 확인할 수 있습니다.

 

최근에는 방금 보신 것처럼 형광물질을 이용해

분석 시간을 더 줄이는 방법을 많이 사용하고 있습니다.

 

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곡식이나 채소 등 작물 육종 연구 과정에서

잊지 말아야 할 것은 무엇일까요?

바로 식품으로써의 안전성인데요

연구 결과가 곧 사람들의 먹거리이기 때문입니다.

 

먹거리 품종 개량 분야에서 DNA 마커 기술을 활용한 육종은

식물이 원래 갖고 있던 유전적 특징을

교배 과정을 통해 극대화하는 기술이기 때문에

보다 안전하고 검증 된 품종 개량 방식입니다.

 

생명공학기술인 DNA 마커와

오랜 기간 검증된 육종 기술의 결합으로 만들어진 작물들은

병저항성이 뛰어난 토마토와

수량이 많고 푸른색이 진한 오이

몸에 좋은 베타카로틴이 많은 배추가 되어

농부와 소비자들을 찾아간답니다.