재배학원론 (작물 품종과 유전육종 2)

유전

1. 변이
   
   개체들 사이에 형질의 특성이 다른 것을 변이(variation)라고 한다. 형질의 변이는 유전적 요인으로 나타나는 유전변이와, 생명체의 내외적 환경요인에 의한 환경변이가 있다. 유전변이는 다음 세대로 유전되지만 환경변이는 유전되지 않는다. 유전변이는 형질의 틀성에 따라서 형태적 변이와 생리적 변이로 나눌 수 있다. 또한 변이양상에 의해 불연속변이와 연속변이로 구분할 수 있는데, 꽃색깔이 붉은 것과 흰것으로 뚜렷이 구별되는 것과 같이 불연속변이하는 형질을 질적형질(qualitative character)이라 하고, 키나 무게 등 연속변이하는 형질을 양적형질(quantitative character)이라고 한다.
   
    변이의 작성과 선발 작물육종은 형질을 개량하기 위해 자연변이를 이용하거나 인위적으로 변이를 작성하고, 그 변이 중에서 원하는 유전자형의 개체를 선발하여 품종을 육성한다. 유전변이를 작성하는 방법은 인공교배, 돌연변이 유발, 염색체 조작, 유전체 교정, 세포융합, 유전자 전환 등이 있다.자연 돌연변이의 발생빈도는 매우낮아서 방사선이나 화학물질 등을 이용하여 인위적으로 돌연변이를 유발시킨다. 돌연변이는 유전자 돌연변이와 염색체 돌연변이가 있다. 염색체 수와 구조가 변화하면 식물체는 형태적 및 생리적으로 다른 특성을 나타낸다. 따라서 염색체를 인위적으로 조작하면 반수체, 배수체, 이수체 등 유전변이가 생기게 된다.
   
   최근에는 목적부위의 염기서열만을 치환할 수 있는 유전체 및 유전자 교정 방법도 활용되고 있다. 인공교배와 인위 돌연변이, 염색체 조작, 유전체 및 유전자 교정은 주로 같은 종 내에서 유전변이를 작성하는 방법이다.작물육종에서는 원하는 변이의 도입여부를 판정하거나 우량한 변이를 선발하기 위해 형직의 특성검정을 한다. 식별이 간단하고 표현형으로 유전자형을 판정하기 쉬운 형질은 특별한 선발기술이 없어도 된다.
   
   그러나 내병성이나 내랭성처럼 특정 환경에서 발현하는 형질은 특성검정이 필요하다. 특성검정은 자연조건, 검정포, 실내 등을 이용한다. 형직의 특성을 검정하는 데는 인력, 경비, 시간 등이 많이 요구된다.변이의 종류 식물의 형질은 유전자(gene)에 의해 결정되고, 형질을 지배하는 유전물질이 생식세포를 통하여 다음 헤대로 전달됨으로써 유전이 된다.
   
   우량한 변이체를 선발할 때 형질 간의 상관관계를 이용하면 목표형질을 선발하기가 쉽다. 예컨데, 밀은 어린 식물의 잎색이 짙은 것일수록 내한성이 강하며, 콩의 단백질함량은 비중과 높은 정상관이 있다. 그러나 세포융합이나 유전자 전환의 기법을 이용하면 다른 종의 우량 유전자를 도입한 유전변이를 만들 수 있다. 세포융합은 인공교배가 안되는 원연종, 속 간에 유전자를 교환할 수 있는 방법이고, 유전자 전환은 생물종에 관계없이 원하는 유전자만을 도입할 수 있는 방법이다.
   
   특성이 서로 다른 자방친과 화분친을 인공교배하면 양친의 대립유전자들이 새롭게 조합되므로 잡종 후대에 여러 종류의 유전자형이 분리 되어 유전변이가 나타난다. 교배하는 양친의 유전적 차이가 클수록 잡종 후대집단의 유전변이(유전자형 다양성)가 커진다.
   
   

생식방법

작물은 종자 또는 영향체로 번식한다. 종자번식작물의 생식방법에는 유성생식(sexual reproduction)과 아포믹시스(apomixis)가 있다. 영양번식작물은 무성생식(asexual reproduction)을 한다.

유성생식 종자번식작물의 유성생식은 생모세포가 감수분열을 하여 암, 수 배우자를 만들고, 이들 배우자가 수정하여 접합자를 이루는 생식방법이다. 수배우자인 정세포와 암배우자인 난세포가 수정을 통하여 접합자를 이루므로 접합자의 염색체는 2n상태이다. 유성생식하는 작물은 반수체세대와 2배체 세대가 번갈아 나타나는 생활환을 갖는다. 반수체세대는 수정을 통하여 2배체세대로 넘어가고, 2배체 세대는 감수분열을 거쳐 반수체세대로 바뀐다.

자식성 같은 식물체에서 생긴 정세포와 난세포가 수정하는 것을 자가수정 또는 자식이라하며, 주로 자식에 의하여 번식하는 식물을 자식성 작물이라 한다. 자식성 작물은 모두 양성화이며, 자가불화합성을 나타내지 않기 때문에 자식률이 매우 높다. 자식성 작물의 타식률은 보통 4%미만이다. 자식성 작물은 세대가 진전함에 따라 개체의 유전자형이 동형접합체로 된다. 자식성 작물에는 벼, 밀, 보리, 콩, 완두, 가지, 토마토, 담배 등이 있다.

타식성 서로 다른 개체에서 만든 정세포와 난세포의 수정을 타가수정 또는 타식이라 하며, 주로 타식으로 번식하는 작물을 타식성 작물이라 한다. 타식성 작물은 생식에 관여하는 수배우체가 제한되지 않아 유전자 풀의 범위가 넓고 잡종개체들 간에 자유로운 수분이 이루어지므로 유전자 조합의 기회가 많다. 따라서 자식성 작물보다 타식성 작물의 유전변이가 더 크다.