14. 1대 잡종 종자의 양산
1대 잡종 종자의 양산과 유전적 기술의 활용
농업 생산성을 획기적으로 높이기 위해 현대 육종에서는 1대 잡종(F1) 종자의 활용이 매우 중요해졌습니다. 이 종자들은 **잡종강세(heterosis)**라는 유전적 현상을 기반으로 부모보다 더 우수한 형질을 나타내며, 수확량 증대, 병해 저항성, 품질 향상 등의 이점을 제공합니다. 본 글에서는 잡종강세의 정의와 1대 잡종 종자 생산의 핵심 기술인 웅성불임성과 자가불화합성에 대해 구체적으로 알아봅니다.
1. 잡종강세란 무엇인가?
잡종강세는 서로 다른 유전적 계통을 교잡했을 때, 그 자손인 1대 잡종(F1)이 부모보다 우수한 형질을 보이는 현상을 말합니다. 예를 들어, 질병 저항성, 성장 속도, 생존력, 생산성이 향상됩니다.
그러나 1대 잡종 종자에는 단점도 존재합니다. 수확한 종자를 다시 심으면 유전적 분리가 일어나 균일성이 무너지므로, 매년 새로 구입해야 하는 불편과 비용이 발생합니다. 그럼에도 불구하고, 다수확성, 품질 균일성, 강건성, 내병성 등의 장점으로 인해 농업 현장에서 널리 이용됩니다.
2. 1대 잡종 종자 생산의 조건
잡종강세를 효과적으로 활용하기 위해서는 다음과 같은 조건이 충족되어야 합니다.
- 한 번의 교잡으로 많은 종자를 얻을 수 있어야 한다.
- 단위 면적당 필요한 종자량이 적어야 한다.
- 생산 비용보다 수익이 더 높아야 한다.
- 교잡 조작이 간단하고 안정적이어야 한다.
이러한 요건을 충족하기 위해, 유전적 메커니즘을 활용한 **웅성불임성(Male Sterility)**과 자가불화합성(Self-incompatibility) 기술이 활용됩니다.
3. 웅성불임성의 이용
웅성불임성이란 수술 또는 꽃밥이 제대로 발달하지 않아 수정을 할 수 없는 현상을 의미합니다. 외관상 정상처럼 보일 수 있으나, 꽃가루 생성이 불가능하여 자가수정이 되지 않습니다. 이 특성을 이용하면 인공적인 수술 제거(제웅) 없이도 자연적으로 타가수정을 유도할 수 있어 대량 종자 생산에 유리합니다.
- 주요 적용 작물: 양파, 당근, 고추, 토마토, 옥수수 등
웅성불임 활용 시 필요한 구성:
- 웅성불임친(CMS 모계): 수정 기능이 없는 모계
- 유지친(maintainer): CMS 모계의 유전적 상태를 유지
- 회복친(restorer): 다음 세대에서 수정 능력을 복원
제웅법의 종류
종자생산에서 수술을 제거하는 방법에는 다음과 같은 기술이 활용됩니다.
- 절영법: 영의 끝을 자르고 핀셋으로 수술 제거 (벼, 보리, 밀 등)
- 개열법: 꽃봉오리 꽃잎을 벌려 꽃밥 제거 (콩, 고구마, 감자 등)
- 화판인발법: 꽃잎과 꽃밥을 손으로 동시에 제거 (콩, 자운영 등)
웅성불임성은 작용 방식에 따라 아래와 같이 나뉩니다.
- 세포질 유전자적 웅성불임
- 세포질적 웅성불임
- 유전자적 웅성불임
4. 자가불화합성의 활용
**자가불화합성(Self-incompatibility)**은 수분이 이루어졌음에도 불구하고 수정이 되지 않아 결실이 불가능한 상태를 의미합니다. 특히 자신과 같은 유전형질을 가진 꽃가루에 대해서만 결실이 되지 않는 현상입니다.
이 특성을 이용하면 자가수정을 방지하고 자연적으로 타가수정을 유도할 수 있어 1대 잡종 종자 생산에 매우 유리합니다.
- 주요 적용 작물: 무, 배추, 양배추 등
자가불화합성 타파 방법
잡종을 유지하면서도 양친 계통을 보존하기 위해 다음과 같은 인위적 타파 방법이 사용됩니다.
- 뇌수분: 수분기관을 자극하여 일시적으로 자가불화합성 제거 (양배추, 무 등)
- 노화수분, 지연수분, 고온처리, 전기 자극, 이산화탄소 처리 등
특히, 양배추 F1의 원종 채종 시 뇌수분을 실시하는 이유도 개화 시 자가불화합성이 나타나기 때문입니다.
결론
1대 잡종 종자의 양산은 단순한 교잡 이상의 정교한 유전학적 기술을 필요로 합니다. 웅성불임성과 자가불화합성의 활용은 대규모 품질 균일한 종자 생산의 핵심 전략입니다. 이러한 기술은 단순히 생산성을 높이는 데 그치지 않고, 미래 농업의 지속 가능성과 품질 향상을 위한 필수 조건으로 자리잡고 있습니다.