식량수요는 기하급수적으로 증가하는데 비해 생산성 증대는 제자리걸음을 하는 상태로 기후변화는 우리의 식량공급체계를 위협하고 있다. 2011년 분석에 의하면 세계적 작물생산은 1965년에서 1985년 사이에 56%가 증가하였으나 1985년부터 2005년 사이에는 20% 증수(增收)되었다. 이 같이 작물생산의 발전 속도가 느려져 2013년 연구에 의하면 아시아의 쌀, 북서부 유럽의 밀생산등 세계 주요 곡창지대의 생산성은 거의 증가되지 못하고 있다. 식량증대를 이루지 못하는 데에는 여러 가지 요소가 복합적으로 관여된다. 특정 품종의 집중재배로 인해 유전적 다양성이 없어져 병해충이나 자연재해에 쉽게 피해를 보거나 염류화, 도시화로 농지면적이 감소되는 것이 주요 원인이다. 또한 아마존의 밀림지대가 농지나 주택지·공장부지 등으로 전용됨으로써 온실가스증대가 되는 것도 원인으로 생각될 수 있다.


농업은 더 지속가능한 방향으로의 전환이 필요하다. 커다란 도전에 직면했을 때 우리는 극적으로 농업생산성을 증대시킨 교훈을 과거 70년간 보아왔다. 그 중에서도 식물형태가 핵심이었던 녹색혁명은 병저항성이 강하고 작은 유전자원을 이용해 질소비료를 많이 주고 이삭이 무거워도 쓰러지지 않도록 하는 것이 주요 핵심이었다. 이러한 원리는 질소비료를 많이 주어도 쓰러지지 않는 품종을 촘촘하게 심어 면적당 수량을 증대시켜 벼와 밀, 옥수수의 생산량이 크게 증가되었다. 기존 육종기술에 의해 밀식해도 병해충이나 환경재해를 극복할 수 있는 품종개발의 성과를 보여주는 사례다. 이 같은 진보는 분자생물학적 지식 없이는 어려웠을 것이다. 밀과 벼에서 키가 작은 것은 호르몬 관련 유전자가 바뀌어 나타난 것이다. 이와 같이 분자생물학적 메커니즘에 대한 이해와 유전학적 유전자 위치에 대한 정보를 이용해 한 식물체에 여러 유전적 특성을 모아서 축적시킬 수 있다. DNA 마커 이용 육종연구로 재조합된 유전자형을 대량 분석할 수 있고 이를 통해 농업적 특성을 대량으로 분석하는 표현체 분석이 가능하게 되었다. 또한 유전체연구와 표현체 연구를 이용해 유용한 특성을 지닌 유전자를 식물에서 쉽게 찾아내는 방법이 현재 벼, 콩, 옥수수, 밀에서 이용되기 시작하고 있다.


유전 정보는 기존 육종뿐 아니라 유전자 전환 작물에도 이용 가능하다. 유전자 전환 작물은 특정 유전자를 도입해 이루어지며 이를 통한 제초체 저항성이나 해충저항성 작물이 개발되어 재배되고 있다. 기존 육종에 의한 저항성 유전자를 도입하여도 병원균이나 해충은 저항성 유전자를 극복하도록 진화해 작물의 저항성이 무너져 버린다. 유전자 재조합 기술은 한 식물체에 여러 유전자들을 동시에 도입하는 것이 가능하여 병해충이 진화하여도 쉽게 무너뜨리지 못하도록 내구저항성이 지속적으로 유지되도록 한다. 이 방법은 결핵이나 에이즈 치료 시 여러 약을 복합적으로 사용하는 칵테일 요법과 비슷한 것이다. 최근에는 대사경로나 유전자를 변화시켜 새로운 작물을 만드는 연구를 하고 있다. 그 성과로 비타민A를 강화시킨 황금쌀이 개발되었다. 또한 앞으로도 물이용과 질소비료 효율증진 작물연구로 관개수나 질소비료의 투입을 줄여 지속농업을 가능하게 할 것이다. 광합성효율을 증대시키고자 C3 작물인 벼에 C4 탄소 대사능(metabolism)을 도입하는 연구등도 진행되고 있기에 우리 농업의 앞날은 밝다.


세계 인구를 지속적으로 먹여 살릴 새로운 품종을 개발하기 위해서는 기존육종, 분자육종, 유전자 재조합 등 다면적인 기술을 이용하지 않을 수 없으며 전 세계적으로 이런 기술을 더 발전시켜야 한다. 현재에도 다가오는 기후변화 등 여러 위기에 대응할 수 있는 작물 개발에 중점을 두며 활발한 연구가 진행되고 있다.

변명옥 농촌진흥청 국립농업과학원 분자육종과