35.7: 식물 육종 및 생명공학

작물 재배는 인간 문명에서 오랜 역사를 가지고 있으며 기원전 8000년경부터 곡물의 재배가 시작했다고 보여주는 기록이 있습니다. 이 초기의 식물 육종은 주로 식량을 안정적으로 공급하기 위해 개발되었습니다.

유전학에 대한 인간의 이해도가 높아짐에 따라, 향상된 농작물 품종은 더 빨리 개발될 수 있었습니다. 인위선택(artificial selection)은 더 직접적이어서, 더 좋고, 더 튼튼하고, 또 더 입맛에 맞는 식물을 생산하기 위해 작물 품종을 개량할 수 있었습니다.

그러나 인위선택같이 식물을 육종하는 전통적인 기술들은 느리고 항상 원하는 농작물 품종을 생산하는 것은 아닙니다. 나중에 개발된 생명공학 도구들이 전통적인 방법으로 육종하기 어려운 식물에서 원하는 형질을 더 쉽게 만들 수 있게 했습니다. 예를 들어 식물의 영양 결핍을 개선하는 것은 인위선택을 통해 이루기 어렵습니다 (특히 비타민 A와 철분함유를 향상하는 것은 어렵습니다). 쌀은 비타민 A 전구체인 베타카로틴(beta carotene)에 대한 유전자를 가지고 있지 않습니다. 대신 제라닐제라닐 파이로인산(geranylgeranyl pyrophosphate) 복합체에 대한 유전자를 가지고 있는데, 이 복합체는 4개의 효소를 순차적으로 사용해 베타카로틴으로 변환할 수 있습니다. 이점을 이용해 수선화에서 파생된 두 효소에 대한 유전자와 Erwinia uredovora 박테리아에서 파생된 두 효소에 대한 유전자를 사용하여 황금쌀로 알려진 새로운 쌀 품종이 만들어졌습니다. 쌀은 전 세계 절반 이상의 주요 식품이기 때문에, 이처럼 생체공학을 이용해 만든 품종은 비타민 A 결핍으로 인한 실명을 예방하거나 쌀에 의존하는 나라의 건강수준을 향상시킬 수 있습니다.

일반적으로 재배되는 많은 농작물은 현재 생명공학을 사용하여 도입된 어느 정도의 유전자 변이를 가지고 있습니다. 예를 들어 옥수수, 파파야, 여러 감자 품종이 제초제, 질병 또는 해충 저항성을 위해 변형되었습니다. 콩의 경우 알러젠(allergen; 알레르겐) 생성을 줄이기 위해 유전자 변형을 적용할 수 있습니다.

식물 육종이라는 과학은원하는 특성, 즉 고생산량 개선된 맛과 늘어난 영양등을 가진 작물을 만든다그런 특성은 종종 자발적인 변이에의하여 자연적으로 생긴다하지만, 이 과정은 느리고 육종자는 종종자연에 존재하지 않는 특성의특정 조합을 원한다농부는 야생종에서 원하는 특성을 알아내서길들여진 식물 종과 교배한다하지만 그러한 교배에서는 후손이 원치 않는 특성을야생종으로부터 물려받을 가능성도마찬가지이다생명 공학의 사용은 쌀과 수선화처럼관련이 먼 작물에서의 유전자 전송에 도움을 주는데이런 종들 사에에는 중간 종과 멸종한 공통 조상이있다전통적으로 식물 육종자는 여러 교배를수세기에 걸쳐서 해야 필요한 특성을 자손에게물려주게 된다반대로 현대의 생명 공학자들은식물 사이의 원하는 유전자를 옮기는 여러 과정을우회할 수가 있다생명 공학은 두 종 사이의 유전자전송을 용이하게 하여 독특한 표현형을만들어낸다이를테면, 넓은 스펙트럼의 제초제 글리포세이트는식물에서 EPSPS라는 중대한 효소를 억제한다과학자들은 제초제 내성이 있는 옥수수를만들기 위해 토양 박테리아 종양균 유전자를직접 옥수수로 옮겼다이 효소에 대한 박테리아 유전자를 가진 작물은제초제의 억제효과 영향을 받지 않는다이러한 유전자 조작으로 농부들은 농장에살충제를 뿌려 방해가 되는경쟁 잡초를 죽이는데 작물은 영향을 받지 않는다