육종

육 종  (유전학)  [育種, breeding]

 

 

 

도입육종법(導入育種法)은 오래 전부터 이루어져 왔다. 즉, 다른 지역 또는 다른 나라로부터

우수한 특성을 지닌 품종이나 야생종을 도입하여 적응시험을 거쳐 직접 장려품종으로 이용하거나

품종개량의 재료로 이용하는 것이다.

 

분리육종법(分離育種法)은 선발육종법이라고도 한다. 오랫동안 재배되어 온 재배품종들은

자연교잡이나 자연돌연변이 등에 의하여 여러 가지 유전자원이 혼합되어 있다.

이처럼 자연적으로 유발된 변이개체 집단으로부터 품종개량 목표에 알맞는 우량한 개체균을 분리시켜

새로운 품종으로 성립시키는 것이다.

자가수정작물에서는 보통 순계분리법이 이용되지만 타식성 작물의 경우에는 집단선발법이나 일수일렬법(一穗一列法)을

위주로 한 계통분리법이 이용되고 영양번식작물에서는 영양계분리(營養系分離)를 한다.

 

교잡육종법(交雜育種法)은 품종개량의 목표가 되는 중요 특성을 달리하는 품종 간에 인공교잡을 실시하고

잡종의 후기세대에서 새로운 우수한 개체 및 계통을 선발하여 우량품종으로 육성하는 것이다.

이 때에 양친의 우량특성들을 새 품종에 모아서 새 품종의 특성을 종합적으로 향상시키는 방법을

조합육종(組合育種)이라 하고, 양친이 지니고 있지 못하던 새로운 우량특성을 유전자의 집적에 의하여 발현시키는

방법을 초월육종(超越育種)이라 한다.

 

잡종강세육종법(雜種强勢育種法)은 유전자가 이형접합상태인 잡종이 양친보다 형질발현에 강세를 나타내는

현상을 직접 이용하는 것으로 수량과 같은 양적형질을 개량하고자 할 때 주로 이용되며

특리 잡종강세 현상이 크게 나타나고 1대 잡종종자 생산이 용이한 작물에서 이용된다.

그래서 처음에는 옥수수에서 대규모로 이용되었으나 근래에는 자식성 작물까지를 포함하는

각종 식물과 동물에서 널리 이용되게 되었다.

잡종강세의 정도는 조합되는 양친에 따라서 다르며 조합에 따라 나타나는 잡종강세의 정도를 조합능력(組合能力)이라 한다.

조합능력은 유전적 특성에 기인하는 것이기 때문에 품종개량의 목표는 조합능력이 높은 품종 또는

계통을 육성하는 것과 가장 우량한 교배조합을 찾아내는 것이 주가 된다.

잡종강세를 이용한 품종이란 조합능력이 높은 품종 또는 계통 간의 F₁을 말하며 이를 지배할 때는 매년 동일한 F₁ 종자가

생산 공급되어야 한다.

또한 잡종종자를 생산할 때 제웅(除雄)작업을 생략하기 위한 웅성불임(雄性不稔) 계통의 육성 이용이 널리 실시되고 있다.

 

배수체 육종(倍數體育種)은 자연계에는 염색체수기 배수관계에 있는 2배체 ·3배체 4배체 ·6배체 등이 많이 있고

이들은 서로 다른 특성을 지니고 있다.

배수체에는 동일 게놈(genome) 단위로 염색체 수가 배수 관계에 있는 동질(同質)배수체와,

상이한 게놈에 의하여 배수관계에 있는  이질배수체가 있다.

실용적으로는 콜히친(colchicine) 처리 등에 의하여 염색체 수를 쉽게 배가할 수 있는데,

배수체는 대개 거대화하고 저항성도 증대되나 임성(稔性)이 매우 떨어진다.

따라서 영양번식을 하는 꽃이나 과수 등에서 주로 이용되며 때로는 씨 없는 수박처럼 배수체의 불임성을 이용하기도 한다.

종속간(種屬間) 잡종을 만들 때에는  상등 염색체가 단수적(單數的)이어서 고도의 불임성을 나타내는데,

이 때 염색체를 배가하면 임성이 회복된다.

X선 ·γ선 ·중성자 등의 방사선을 종자 또는 식물의 생장점이나 화분(花粉)에 조사하거나 에틸메탄설포네이트(Ethylmethanesulfonate:EMS), 머스터드(Mustard) 등의 특수 화학약품을 처리하여

유전자 돌연변이나 염색체 이상을 일으켜 새로운 품종을 육성하는 것이다.

한 개의 유전자만으로도 변화시킬 수 있고

영양번식 작물에서도 인위적으로 유전적 변이를 일으킬 수 있는 특성을 지니고 있다.

 

유전공학적 방법은 특정한 생물에 다른 종의 유전자를 인위적으로 조합하여 특정한 생물이 본래는 갖고 있지 않았던

다른 종의 기능을 나타내도록 하는 기술로서 유전자 재조합이다.  핵세포융합, 핵 치환, 우량개체의 복제 등이 이에 포함되며,

넓은 의미에서는 조직배양이나 약배양 방법 등에 의한 육종도 이에 포함된다.

유전자 조작에 의해 외래 유전자를 도입하여 식물의 형질전환을 도모하고자 하는 육종방법은 주로

종래의 교배에 의해 유전자 재조합을 도모하고 있는 현행 식물육종방법의 한계를 극복할 수 있다는

획기적인 장점이 있어 많은 연구가 이루어지고 있다.

 

1. 분리 육종법

선발육종법 [選拔育種法, selection method] 이라고도 한다. 이미 있는 품종 중에서 어떤 개체 또는

개체군(個體群)을 선발하여 그 품종을 개량하거나 새로운 품종을 육성하는 품종개량 방법으로,

개체 내지 개체군을 선발하여 그것을 자식(自殖)하고 톱교잡(계통품종간 교잡)과 단교잡(單交雜)에 의하여

조합시켜서 능력이 두드러진 자식계(自殖系)를 육성한다.

이 방법으로 육성한 우량자식계를 조합시켜서 1대 잡종을 만든다.

또 이 방법으로 재래품종에 포함되어 있는 우량한 유전자조성의 품종을 선발할 수는 있으나, 재래품종이 가지고 있지 않은

새로운 유전자조성의 품종은 기대할 수 없다.

 

2. 자연돌연변이 [自然突然變異, natural mutation]

 

인위돌연변이에 대응되는 개념이다. 돌연변이에는 유전자 자체의 변화에 의한 유전자 돌연변이와, 염색체의 이상이나 염색체수의 변화에 의해 일어나는 염색체 돌연변이가 있다.   넓은 뜻으로는 양자를 모두 가리키나, 보통 돌연변이라고 하는 경우는 유전자돌연변이를 가리킨다. 자연돌연변이가 일어나는 율은 생물의 종류나 유전자좌(遺傳子座)에 따라 다르지만 보통은 유전자좌당 10-5∼10-6이며, 일정한 방향성이 없다. 자연돌연변이가 일어나는 원인으로는 우주선(宇宙線)의 영향을 들 수 있으나 우주선량(量)으로부터 추정되는 값보다도 높은 비율로 일어나고 있으므로, 체내에 들어가거나 또는 체내에서 형성되는 유발물질의 작용도 고려되고 있다 네델란드의  H 드브리스는 생물의 새로운 종은 연속적인 소변이(小變異)의 누적에 의해 생기는 것이 아니라, 비연속적으로 자연히 일어나는 돌연변이에 의하여 생긴다고 생각하여 1901년 돌연변이설을 제창했다. 자연돌연변이가 생물진화의 최대의 요인이라는 것은 오늘날에도 정설(定說)로 되어 있다.   3. 잡종강세(heterosis)   종 사이나 품종 사이의 잡종이 양친보다 강건성(强健性)이나 수확량, 크기 등에서 뛰어난 경우를 잡종강세(heterosis)라고 한다. 그 예로 몽골말 암컷과 당나귀 수컷과의 교잡에 의한 노새는 강건하고, 조식(粗食)에 견디며 힘도 강하지만, 생식능력이 없다. 또, 누에의 서로 다른 품종 사이의 잡종이 양친 어느 쪽보다도 강건하고 발육이 좋으며, 고치의 품질이 좋아서 실의 양도 많아 양잠가들이 잡종강세를 이용하고 있다. 닭에서도 그 예를 찾아 볼 수 있다. 식물에서는 옥수수·가지·담배에 잡종강세가 있으며, 또 무와  양배추의 속간잡종에도 잡종강세가 있다. 잡종강세의 원인은 잡종이 됨으로써 세포의 원형질에 대한 어떤 종의 자극효과라고 생각되지만, 유전자의 보충에 의한다는 설도 있다. 또, 잡종이 양친보다 형질이 뒤떨어지는 것을 잡종약세라고 한다.   4. 영양생식 [營養生殖, vegetative reproduction]   ↑ 여러 가지 영양생식법 / 영양생식은 무성생식의 한 종류로서, 한 식물 개체가 씨앗이나 포자를 사용하지 않고 번식하는 방법을 가리킨다. 이는 많은 식물 종에서 자연적으로 일어나는 현상이며 인간이 인위적으로 작물을 재배할 때 경제적으로 가치가 있는 식물을 만들어 내기 위해서도 이용한다. 자연에서 일어나는 영양생식은 대부분 초본에서 일어나는 현상이며, 구조적으로 줄기나 뿌리가 변형되어 영양생식이 일어나는 경우가 많다. 또한 많은 초본은 씨앗으로 번식하는 방식 이외에도 이러한 영양생식 구조를 함께 가지고 있는 경우가 많은데 이는 조건이 좋은 상황에서 빠른 속도로 번식하기 위함이다. 그렇기 때문에 한 종의 초본이 많이 모여 있는 군락은 대부분 동일한 유전자로 이루어져 있다. 사실상 영양생식은 개체가 생식을 한다기 보다는 스스로의 생물량(生物量: biomass)을 늘리기 위한 방법에 가깝기 때문에 생식이라 부르기에는 약간 어폐가 있다.   자연에서의 영양생식 구조 뿌리줄기(地下莖: rhizome)는 영양생식 기관 중 가장 대표적인 사례이다. 뿌리줄기는 딸기, 잔디, 고사리 등에서 나타나며 마치 뿌리처럼 땅속이나 땅 위를 이동하는 줄기를 말한다. 또한 일반적으로 '구근'이라고 부르는 양파, 마늘, 백합에서의 구조도 이렇게 짧은 뿌리줄기에 영양분이 축적된 잎이 난 것을 말한다. 감자의 괴근(塊根: tuber)처럼 뿌리에 영양분을 축적한 영양생식 구조도 있다. 어떤 식물에서는 부정아(不定芽: adventitious bud)라는 구조가 나타나서 잎에서부터 영양생식이 이루어진다. 이런 식으로 잎, 줄기, 뿌리 같은 영양기관에 양분이 모인 후 새로운 싹이 나서 다른 개체가 번식하는 방법으로 주로 영양생식이 이루어진다. 그러나 식물에서 무성생식을 한다고 하여 모두 영양생식은 아니다. 조밥나물, 민들레, 그리고 감굴류의 식물은 수정되지 않은 씨를 이용하여 단위생식(單位生殖: apomixis)을 하는데 이런 식으로 생식기관이 연관되어서 일어나는 무성생식의 경우에는 일반적으로 영양생식이라고 부르지 않는다.   재배에서의 영양생식 활용 영양생식을 이용해서 식물을 재배하는 방법은 인류 역사에서 오래 전부터 있어왔다. 식물 세포는 일반적으로 동물세포와는 달리 영양기관의 세포에서 다시 모든 기관이 온전히 자라날 수 있는 전분화능을 가지고 있기 때문에 줄기를 잘라서 땅에 다시 심거나 꺾꽂이, 줄기를 구부려서 땅에 묻거나(휘묻이), 잎을 잘라서 땅에 다시 심는(잎꽂이) 같은 방법들이 주로 사용되었다. 또한 자연적으로 발생하는 구근이나 괴근 같은 영양생식 구조를 분할해서 심거나, 난초의 잎과 뿌리를 나누어 다시 심는 포기나누기도 이러한 영양생식에 들어간다고 할 수 있다. 근래에는 생물학의 발전으로 식물세포 조직을 떼어낸 후 거기에 적절한 식물호르몬 처리를 하여 다시 식물로 키워낼 수 있는 기술이 나타나서, 이러한조직배양을 통해 키워낸 작물도 많이 이용되고 있다.   영양생식을 이용하는 재배법은 우수한 품종을 번식시키기 어려운 상황에서 특히 유용하며,  식물의 성숙을 빠르게 하는 등의 장점이 있다. 하지만 반대로 환경 변화에 취약해지거나, 바이러스 감염되었을 경우에 감염이 그대로 이어진다든가 하는 문제가 있을 수 있으므로 영양생식을 활용할 때에는 그러한 문제에 충분히 주의해야 한다.