기상 레이더를 활용한 해충 이동 추적 기술과 작물 유전체 해독 및 유전자 도입을 통한 농업 기술의 발전 doc_id CNTS-00120004624_3

캘리포니아지역의 가뭄으로 병충해의 확산에 제동이 걸릴 것으로 기대했었지만, 최근의 발견에 따르면 잡초지대나 초지에서 생활하던 곤충들이 서식지의 풀이 마르자 예년보다 일찍 경작지를 찾아 이동한 것이 밝혀졌다. 곤충들은 새로운 먹이를 찾아 비경작지에서 경작지로 이동한 것으로, 이들 곤충의 이동에 따라 바이러스 및 병균의 이동 또한 함께 이루어지게 된다. 캘리포니아 주립2대학의 협력기관 몬터레이 카운티 사무소의 농업고문인 식물병리학자 스티브 코이케(Steve Koike)씨는 이렇게 설명한다. “잘 알려진 것처럼 이 계절에 캘리포니아는 건기에 접어들지만, 올해는 가뭄 때문에 건기가 예년보다 일찍 시작됐다. 내 생각에는 캘리포니아 전역의 건기가 빨라지면서 곤충 전체가 건조해진 지역을 벗어나 경작지 쪽으로 넘어오고 있는데, 이들 곤충 중에는 몸속에 바이러스를 가진 개체도 포함되어 있다. 결과적으로 예년보다 훨씬 이른 시기부터 몇몇 바이러스의 확산 문제가 대두될 수 있다.” 코이케씨는 바이러스 감염을 염두에 두고 적절한 병해충 종합관리(IPM: Integrated Pest Management) 살포 프로그램을 유지할 것을 주문한다. 하지만 매개충에 관계없이(진딧물, 딱정벌레, 총채벌레 등), 해당 매개충에 대한 방제를 완료했다고 해서 바이러스 감염을 완벽히 막은 것은 아니라는 점을 경고한다. “곤충이 바이러스를 주입하는 데는 30초에서 5분정도 소요된다. 따라서 해충 방제제를 살포하더라도 그 곤충이 완벽하게 죽기 전까지는 먹이 활동이 가능하며, 이를 통해 바이러스를 주입하고 식물을 감염시키기에 충분하다는 것이다. 연구 결과 매개충을 억제하는 것만으로 병을 완전히 막지 못한다는 것을 알았지만 매개충을 막는 것은 재배자에게 중요한 일이라는 것을 알게 되었다.” 코이케씨는 병의 발생과 바이러스의 위협을 줄이기 위해서는 경작지 주변의 잡초와 초목을 잘 관리해야 한다고 권고한다. 또한 경작지가 바이러스 위협이 높은 곳에 있는 경우, 선택의 여유가 있다면 다른 곳으로 박과작물 경작지를 이동할 것을 권한다. 박과작물은 다른 곳으로 옮기고 그 자리에서는 무를 재배하는 것이 낫다고 그는 덧붙였다. 차세대기상레이더(NEXRAD)를 이용한 날씨 추적 기술로 기존의 탐지방식보다 우수한 이동성 곤충을 추적하는 기술이 개발되었다. 왕담배나방(밤나방과의 해충으로 corn earworm 또는 cotton bollworm이라 함)은 생산피해액 및 방제비용으로 목화농가에게 해마다 약 2억 달러의 손해를 주는데, 이 벌레는 밤에 이동하기 때문에 그 이동경로를 추적하는 것이 매우 어려웠다. 미 농업연구청(ARS)은 연구를 통해 국가기상서비스(NWS: National Weather Service)의 도플러 레이더망(Doppler radar network)에 의해 일상적으로 수집된 신호들을 옥수수의 왕담배나방 및 기타 밤에 이동하는 해충들의 이동을 조기에 추적할 수 있는 경보시스템으로 이용할 수 있음을 제시했다. ARS 해충관리연구팀의 기상학자들은 차세대기상레이더(NEXRAD)의 감시능력에 초점을 맞추고 있다. 미국 전역에 150개 이상의 관측소에서 NEXRAD레이더는 5∼10분 간격으로 기상조건을 모니터링하고 있다. 이때 비나 눈, 기타 강수에 의해서 반사되는 에너지를 읽게 되는데, 날씨의 사정은 날아다니는 유기체에 의해 반사되는 에너지를 빼는 방식의 알고리즘에 의해 이루어지고 있다. 연구진들은 국가기상서비스관측소로부터 15일간의 NEXRAD데이터를 확보하여 왕담배나방이 가장 많이 이동하는 시간동안 옥수수 밭에서 이것의 비행을 탐지할 수 있는 지를 확인했다. 지상 약 120m위에서 대기 중 나방의 개체수와 연관이 있는 기록·저장된 NEXRAD데이터를 확보했다. 이 데이터들은 이 곤충이 결실기의 옥수수 밭으로부터 최고로 많이 이동하는 기간 동안 얻어졌다. 이 데이터를 동일한 기간 동안 다른 기술자에 의해 곤충을 추적하기 위해 특별히 고안된 ‘주사 X-밴드 레이더시스템’을 사용하여 수집된 데이터와 비교하였다. 그 결과, NEXRAD는 곤충의 이동양상을 추적할 수 있을 뿐만 아니라 탐지범위를 크게 넓히고, 기상기구의 도움 없이 곤충의 이동비행속도와 방향을 결정하는 능력에서 이전의 ‘X-밴드 레이더시스템’보다 우수한 결과를 보여주었다. 향후에는 레이터 데이터와 이동성 곤충의 비행 정도 및 패턴사이의 관계를 정량화하는 작업이 필요할 것이다. 가지는 인도를 원산으로 하는 가지과 가지속의 채소로, 일본에서는 옛날 나라(奈良)시대(710~794년)부터 재배되어 일본인에게도 친숙한 채소이다. 근대적인 품종개량에 의해 육성된 우량한 F1품종이 널리 재배되고 있는 것 외에, 일본 각지에서 다양한 특징을 가진 지방재래품종이 재배되면서 향토색이 풍부한 식문화의 일부분을 담당하고 있다. 농연기구 야채다업(野菜茶業)연구소에서는 지금까지 전 세계 가지 및 그 근연(近緣)야생종이 갖고 있는 다양한 형질을 이용해 주요 토양병해에 강한 저항성을 갖는 대목(臺木)품종인 ‘다이타로(臺太郞)’, ‘다이자부로(臺三郞)’ 및 수분(受粉)을 하지 않아도 과실이 비대해지는 ‘단위결과성(單爲結果性)’이라는 성질을 갖는 ‘아노미노리’ 등의 획기적인 품종을 개발해 왔다. 이렇듯 농업상 유용한 성질을 부여하는 유전자를 타겟하여, 개량을 더 진행시키기 위해서는 가지의 생물 설계도인 게놈 정보를 해독하는 것이 필수적이다. 하지만 특히 구미국가에서는 근연의 가지과 작물 중에서도 보다 우선도가 높은 토마토, 고추, 감자 등의 연구가 선행되고 있어 가지의 국제적인 게놈 해독 연구는 늦어지고 있었다. 과실, 꼭지, 줄기색 등 가지의 전형적인 성질을 갖는 품종 ‘나카테신쿠로(中生眞黑)’를 이용해 가지의 게놈 해독에 세계 최초로 성공했다(11억2,700만 염기쌍의 전체 염기서열을 해독). 획득한 게놈 염기서열을 해석함으로써 약 4만 2,000개에 달하는 유전자의 존재가 추정되었다. 이번 해독으로 가지가 갖고 있는 유전자 대부분이 해독되었고, 그 중 약 7,600개는 가지만 가지고 있는 특유한 것으로 추정되었다. 또한 가지의 특징인 보라색을 나타내는 색소인 안토시아닌이나 강한 항산화 활성을 지닌 클로로겐산의 합성에 관여하는 유전자, 병해저항성에 관여하는 유전자 등, 향후의 품종개량에 이용할 수 있는 유전자가 많이 발견되었다. 가지 품종간 차이를 보이는 염기서열을 근거로, 약 1,700개의 DNA마커를 개발해 이들 위치를 표시한, 상세한 염색체지도를 구축했다. 게놈 염기서열의 해독이 이미 완료된 토마토와의 비교 해석을 통해 직계관계를 추정할 수 있는 약 1만 6,600개의 유전자가 발견되었다. 또한, 가지와 토마토의 염색체 사이에 진화과정에서 구조가 보존된 56개의 영역이 존재한다는 것을 알 수 있었다. 누에가 거미 실을 토해 내기 위해서는 거미실의 유전자를 누에에 도입해야 할 필요가 있다. 다양한 거미의 유전자를 검토한 결과, 농업생물자원연구소가 분석한 산왕거미의 유전자 데이터가 좋았기 때문에, 산왕거미의 유전자를 도입한 누에를 만드는데 착수했다. 먼저 2007년에 산왕거미의 실을 만드는 유전자의 일부를 해명하고, 유전자 조합 기술을 이용하여 실험용 누에 품종에 도입하는 데 성공했다. 그러나 생산된 실은 소량이고 조사(操糸) 등의 기계 공정에 견디지 못하여 실용화 수준에 도달하지 못했다. 실용화 수준에 이르지 못한 원인은 실험 품종이 만드는 실크가 원래 소량으로 약한 것, 거미 실 단백질의 발현량이 적은 것이 원인이라고 생각되었다. 그래서 유전자 도입기술을 개량하고 일반 실크 생산에 이용되는 누에 품종에 산왕거미의 유전자를 도입하는 것을 시도했다.