김장 준비 등 동절기를 맞이하는 요즘, 기온 상승으로 인해 문제가 되고 있는 모기퇴치에 대한 뉴스가 보도됐다.

지난 100년 간 지구평균기온은 0.74도 상승했고 기후가 1도 올라가면 작물의 생산량은 10~30% 감소할 것으로 예상된다. 세계적으로 1960년에는 경작 면적 ㏊당 2인분의 식량 생산이 가능했으나 인구증가와 더불어 기후변화에 따른 물 부족과 해충 피해, 산업화에 따른 경작지의 감소를 감안하면 2080년에는 ㏊당 5인분의 식량을 생산해야 할 것으로 예측하고 있다.

1912년 이후 한반도는 1.7도 상승해 세계 기온 상승폭의 2배나 돼 세계 평균보다 우리나라의 온난화가 2배 이상 빨리 진행되고 있다.

따라서 인구증가 및 다양한 환경 변화에 대응한 작물 증산을 위해 전통 육종뿐 아니라 생명공학 기법에 의한 증산 방안이 절실히 요구되고 있으며 최근 과학자들은 작물 구조를 재구성해 증산 가능한 유전자 개발에 많은 관심을 기울이고 있다.

특히 쌀은 우리나라뿐 아니라 전 세계인의 식량 중 절반을 차지하고 있는 중요한 작물이며 특이한 구조적인 특징으로 분얼(分蘖)을 들 수 있다. 분얼은 벼의 줄기 밑 부분에 곁눈이 생겨 또 다른 줄기로 발달한 것으로, 곁눈과 분얼가지가 없는 벼가 분얼이 많은 벼보다 수확량이 더 많다. 우리나라와 마찬가지로 쌀을 주식으로 하는 중국과 일본의 연구진에 의해 곁눈에서 꽃이 피는 순서에 따라 수확량이 달라지는 점에 착안해 곁눈의 발생을 줄이고 낟알 수가 늘어나도록 조절하는 유전자를 발견했다.

이 유전자를 가진 벼와 교배를 통해 곁눈이 매우 적고 분얼가지 발생을 적으며 많은 낟알이 열리는 구조와 형태로 새롭게 디자인된 벼는 40%까지 생산량이 증가됐고, 이 연구결과는 네이처 유전학(Nature Genetics)이란 저명한 학술지에 게재됐다.

작물의 구조, 특히 뿌리구조를 재설계함으로써 식량증산이 가능하다는 연구결과는 국내 연구진에 의해서도 발표됐다.

벼는 생육시기에 많은 물을 필요로 하며 특히 이삭과 알곡이 형성되는 생식성장기에 가뭄을 겪으면 생산량이 급속히 줄어든다. 가뭄이나 또는 건조지역, 간척지와 같은 염분이 많은 열악한 환경에서 강하게 발현되는 뿌리 재구성 유전자를 발견해 일반 벼 뿌리의 지름보다 25% 더 굵은 뿌리 구조를 가진 형질전환 벼를 개발했다.

뿌리 재구성 형질전환 벼는 가뭄에도 살아남고 건조한 땅에서도 재배할 수 있으며, 뿌리 재구성 유전자를 다른 식량 작물에도 도입해 식량 증산에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

또 지구의 온난화에 따라 기온이 많이 상승하고 있어 재배 가능한 경작지도 감소되고 있는 추세인데 벼가 이상고온에서 재배될 경우, 생식성장기에는 수정이 잘 안 돼 쭉정이가 많이 생기게 되고 알곡이 익는 등숙기에는 알곡의 주요 저장물질인 전분과 단백질의 합성이 저해돼 수확량 손실에 이르게 된다.

따라서 벼의 생식성장기와 등숙기에 이상고온에 노출되더라도 수정과 알곡 형성이 잘 되고 종자의 저장물질도 충분히 축적돼 생산량의 감소를 막을 수 있는 유전자 개발에도 많은 연구진들이 관심을 기울이고 있다.

이와 같이 식량작물 구조나 발달을 조절하는 유전자 개발을 통해 다양한 환경 변화에 대응할 수 있는 작물 디자인이 가능하며 미래 인류 식량 준비에도 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.

/김영미 농진청 국립농업과학원 기능성물질개발과