농촌진흥청(청장 조재호)은 병충해나 기상재해 등으로 소실 우려가 있는 배나무 유전자원을 안전하게 장기 보존하는 초저온동결보존기술*을 개발했다.
* 초저온동결보존: 생물학적 반응이 정지되는 극저온(영하 196도)의 액체질소에서 유전자원을 보존하고 재생하는 일련의 기술. 종자 보존이 어려운 영양번식 식물이나 저장이 힘든 종자를 장기 보존하는 유일한 기술로 평가됨.
배는 다른 개체와 수정하는 타가 수정 작물이다. 따라서 배 유전자원은 씨앗(종자)이 아닌 영양번식체, 즉 나무 상태로 밭에서 보존하는 것이 일반적이다. 그러나 이 보존 방법은 외부 요인에 의해 유전자원 소실 위험이 크고, 넓은 밭과 관리 인력이 필요해 큰 비용이 든다.
농촌진흥청은 배 겨울눈을 그대로 보존하기 어려워 그동안 캡슐화 건조법*, 작은방울-유리화법* 등 다양한 방법을 활용해 장기 보존 기술을 개발하고자 했으나 초저온동결 후 재생률이 매우 낮아 실용화하지 못했다.
* 캡슐화 건조법: 분열조직을 알지네이트염으로 캡슐화한 후 전배양해 동결보존하는 방법
* 작은방울-유리화법: 고농도의 유리화 용액으로 동결보호처리한 조직을 알루미늄 포일 위에 방울로 감싸 액체질소로 급속 동결보존하는 방법
이번 연구는 국립농업과학원과 국립원예특작과학원이 역할을 나눠 협업으로 진행했다. 국립원예특작과학원에서는 ‘서양배’, ‘배연3호’, ‘대원홍’ 등 주요 배 3품종을 대상으로 대량 증식연구를 수행했다. 농업유전자원센터에서는 초저온동결보존연구를 맡았다.
초저온동결보존기술은 여러 단계의 동결 보호 처리를 통해 배 식물체를 안전하게 얼렸다가 재생시키는 기술이다. 체세포 변이를 일으킬 수 있는 물질이 함유되지 않은 안전한 동결보호제를 사용했다는 특징이 있다. 재생률*은 국제기준(40%)보다 높은 60~80%이다.
* 재생률: 동결보존한 전체 식물체 중 정상적인 줄기, 잎 등의 기관이 분화된 식물의 비율
연구진은 초저온동결보존 후에 재생시킨 식물을 온실에 심을 수 있도록 기내 뿌리내림(발근) 기술도 함께 개발했다. 이 기술을 이용하면 배나무속 자원의 낮은 발근율(뿌리가 분화되는 비율)을 효과적으로 개선해 기술 적용 전(0~30%)보다 최대 87%까지 발근율을 높일 수 있다. 또한, 3개월 이상 걸리던 뿌리내림 기간을 최대 2주 정도로 단축할 수 있다.
농촌진흥청은 올해부터 이 기술을 적용해 배나무 유전자원을 안전하게 중복보존할 계획이다. 또한, 관계기관과 협업해 순차적으로 핵심 유전자원의 여벌 자원 확보 체계를 신속히 구축할 예정이다.
한편, 농촌진흥청 농업유전자원센터는 20여 년 전부터 초저온동결보존기술을 연구해 지금까지 감자, 마늘, 나리, 딸기 등 8작물을 대상으로 기술을 개발했다. 현재 장기 보존 액체 질소탱크에 1,837자원을 반영구 보존 중이다.
농촌진흥청 농업유전자원센터 안병옥 센터장은 “저온저장고에서 종자 보존이 가능한 작물들과 달리 밭에서 보존 중인 영양체 유전자원은 소실 위험이 크다.”라며, “이번 연구로 개발한 초저온동결보존기술로 배나무 유전자원을 안전하게 중복보존하는 체계를 구축할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했다.
김경호
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