유전생명공학과 정기홍 교수가 진행한 ‘3세대 잡종벼 개발을 위한 웅성불임벼 생산 기술’ 연구가 2023 국가연구개발 우수 성과 100선에 선정됐다.

3세대 잡종벼 개발을 위한 웅성불임벼 생산 기술 연구
유전자 편집 기술 적극 도입해 연구의 활로 찾아

유전생명공학과 정기홍 교수가 진행한 ‘3세대 잡종벼 개발을 위한 웅성불임벼 생산 기술’ 연구가 2023 국가연구개발 우수성과 100선에 선정됐다. 정기홍 교수는 “연구 성과 중 우수성과로 뽑혀 영광이다. 경희대 부임 이후 좋은 연구시설과 다양한 지원으로 13년 동안 관련 연구를 할 수 있었고, 이번 성과로 이어졌다”며 소감을 남겼다.

잡종벼, 기존 품종에 비해 30% 이상 수확량 높아 식량안보에 도움
정기홍 교수는 박사과정에 재학하던 시절부터 식물의 돌연변이와 관련된 연구를 이어오고 있다. 2000년대 초반에 벼화분관 발아 및 신장에 대한 돌연변이를 처음 발굴하기도 했다. 하지만 기술적 한계로 다음 세대에서 돌연변이 종자를 확보하는 데에는 어려움이 있었다. 그러던 중 신기술의 개발로 연구에 획기적 진전을 거둘 수 있었다. 2013년에 처음 벼 연구에 도입된 유전자 편집 기술은 기존 육종이나 생명공학 기술로는 만들 수 없었던 순종 돌연변이 식물체를 만들 수 있게 됐다. 정기홍 교수는 “유전자 편집 기술이라는 신기술을 적극 도입해 벼화분관 발아 및 신장 분야에서는 세계 최전선에서 연구하고 있다”고 자부했다.

잡종강세란 동·식물에서 흔히 관찰되는 현상으로, 서로 다른 계통 간 교배를 통해 얻은 잡종이 양친에 비해 우수한 형질을 갖는 특성을 의미한다. 잡종벼는 기존 품종에 비해 수확량이 30% 높아 기후변화와 세계 인구 증가에 따른 식량안보 위기를 극복할 수단으로 주목받고 있다. 정기홍 교수는 “세계 잡종종자 시장 규모는 2021년 252억 달러로 성장했다. 잡종종자 생산에 사용할 수 있는 차세대 웅성불임계통의 발굴은 국내 종자산업의 국제 경쟁력 강화로 이어진다”고 설명했다.

벼는 대표적인 자식성 작물(암술이 같은 그루 안의 꽃으로부터 꽃가루를 받아 수정이 이루어지는 작물)로 잡종벼 종자 생산을 위해 웅성불임계통이 요구된다. 정기홍 교수는 “기존의 웅성불임계통은 이를 생산 및 유지하는 과정에서 상당한 비용과 노동력이 요구된다. 저비용 고효율로 유지하고 증식할 수 있는 웅성불임계통 개발이 중요한 이유”라고 강조했다.

정기홍 교수는 “세계 잡종종자 시장 규모는 2021년 252억 달러로 성장했다. 잡종종자 생산에 사용할 수 있는 차세대 웅성불임계통의 발굴은 국내 종자산업의 국제 경쟁력 강화로 이어진다”며 연구의 파급력을 설명했다.

실용화 가능성 타진, 쌀 이외의 작물에도 기술 접목할 것
웅성불임벼 개발 기술은 현재 3세대까지 진보를 이뤄왔다. 1세대 기술은 웅성불임벼를 만들기 위해 3개의 벼 계통이 요구된다. 2세대 기술은 온도 조건에 따라 불임 여부가 조정된다. 1세대 기술에 비해 편리성이 늘었지만, 외부 환경 조건에 따른 항상성이 약점이다. 이에 반해 3세대 기술은 2개의 계통으로 종자를 유지하며 유전적 기반에서 안정적으로 잡종벼를 생산할 수 있다.

하지만 3세대 기술에도 약점은 있다. 유전자 변형 생물(GMO) 기술을 활용하기 때문이다. 정기홍 교수는 기존 3세대 기술과는 달리 GMO 기술을 활용하지 않고도 3세대 잡종벼를 생산했다. 그는 “유전자 편집 기술의 발달로 돌연변이를 순종 상태로 편집해 수정이 가능하도록 유도했고, 이에 따른 다양한 웅성불임 유전 자원을 확보할 수 있었다”고 말했다.

현재 연구는 실용화 가능성을 확인하고 있다. 특허와 기술이전도 진행되고 있다. 정기홍 교수는 “경희대는 벼 게놈 절반 이상에 대한 유전자의 벼 돌연변이를 보유하고 있어, 세계적 선두그룹 위치에서 연구할 수 있다. 빅데이터 분석에 기반해 약 600개의 핵심 연구 타겟을 분석하고 보유한 300개의 유전자에 대한 돌연변이를 활용해 웅성불임 개발에 필요한 유용 유전자를 대량으로 확보했다. 이후 선별된 유전자를 대상으로 유전자 편집 기술을 접목해 30 계통 이상의 웅성불임 돌연변이 생산할 수 있었다”고 설명했다.

개발한 기술은 쌀 이외의 다른 작물에도 적용할 수 있어 파급력이 클 것으로 전망된다. 정기홍 교수는 “다른 연구팀과 공동연구를 진행해 다른 작물에도 생산 기술을 접목해 볼 계획”이라며 후속 연구 계획을 밝혔다.

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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