농작물이 재난에 대비하는 방법

페루의 농업경제학자들은 야생 감자 품종을 찾고 있습니다.

역병은 인간의 오랜 적입니다. 이 질병은 1845년에 시작된 파괴적인 아일랜드 감자 기근을 촉발시켰습니다.

이는 곰팡이와 유사한 병원균에 의해 발생하는데, 이 병원균은 감자 식물을 빠르게 죽이고 작물을 먹을 수 없는 죽으로 만듭니다.

최근에는 따뜻하고 습한 날씨가 병원균 확산에 도움을 주면서 페루 안데스 산맥의 고지대에 역병이 퍼지고 있습니다.

그래서 페루의 연구 기관인 국제 감자 센터(CIP)의 과학자들은 역병에 저항할 수 있는 감자 품종을 개발하려는 의욕이 매우 높았습니다.

그들은 소위 작물 야생 친척, 즉 현재 식용으로 재배되는 식물과 먼 관련이 있는 길들여지지 않은 식물 중에서 이러한 특성을 검색했습니다.

감자 야생근연종의 질병저항성을 확인한 후 야생식물과 재배식물을 교배시켰다. 그런 다음 지역 농부들은 새로 개발된 품종을 테스트하고 재배, 판매 및 먹기를 선호하는 품종에 투표했습니다.

그 결과, 역병에 견디기 위해 살균제가 필요하지 않은 감자 품종인 CIP-Matilde가 2021년에 출시되었습니다.

독일 본에 있는 Crop Trust의 수석 과학자인 Benjamin Kilian은 “보통 특정 질병에 대한 저항력을 향상시키는 것이 더 쉽습니다.”라고 설명합니다. 비영리 단체는 CIP와 제휴하여 Matilde 감자를 개발했으며 다른 많은 작물 품종을 개발하고 있습니다.

질병 저항성은 단일 유전자로 귀결될 수 있지만 가뭄이나 염분과 같은 스트레스 요인에 대한 저항성을 갖추려면 수백 개의 유전자를 활용해야 합니다.

예를 들어, 가뭄 내성을 해결하기 위해 과학자들은 가뭄의 영향을 피하기 위한 조기 개화, 식물 잎에서 물 손실을 줄이는 것, 식물이 물에 도달하기 위해 더 멀리 뻗어나갈 수 있도록 긴 뿌리와 같은 특성을 탐구할 수 있습니다.

스쿠버 라이스"는 홍수가 발생하는 동안 몇 주 동안 물에 잠겨도 견딜 수 있습니다.

Kilian 씨는 지역사회 종자 은행, 국가 육종 프로그램, 국제 연구 센터 등의 파트너를 하나로 모으는 Crop Trust의 기회, 생계 및 개발을 위한 생물 다양성(Bold) 프로젝트를 이끌고 있습니다.

결정적으로 농민들도 소집된다. 그들은 특정 특성에 대한 선호도를 표현하고 개발 중인 다양한 작물 품종을 테스트합니다(자신이 좋아하는 품종 옆에 돌, 막대기 또는 씨앗을 놓는 투표 포함).

이러한 참여 과정에는 다양한 종류의 농부들의 의견을 듣는 것이 포함된다고 Kilian 씨는 말합니다.

예를 들어, “때로는 같은 가족 내에서도 여성과 남성이 서로 다른 특성을 선호합니다.” 여성은 맛과 영양에 더 관심을 갖는 반면, 남성은 생산량에 더 집중하는 경우가 많습니다.

수확량(단위 토지당 실제로 수확되는 작물의 양)은 농업 생산에 관한 대화에서 결코 멀지 않습니다. 그러나 어떤 대가를 치르더라도 수확량을 극대화하려는 시도로 인해 수확량이 많은 품종이 다른 품종을 대체하는 더욱 단조로운 식품 시스템이 탄생했습니다.

“높은 투입량을 갖춘 최적의 조건에서는 큰 수확량을 달성할 수 있습니다. 하지만 농작물이 완전히 망할 위험도 있습니다.”라고 Kilian 씨는 말합니다.

"대부분의 농부들에게는 모든 종류의 다양한 환경에서 안정적이고 신뢰할 수 있는 수확량을 확보하는 것이 더 중요합니다."

Bold 프로젝트가 지원하는 작물 중 하나는 풀콩입니다. Kilian 씨는 이 영양가 있는 콩과 식물이 물에 잠기고 거친 환경을 처리할 수 있다고 설명합니다. “가뭄이 닥쳤을 때 살아남은 마지막 작물인 경우가 많았습니다.”

기근 등을 대량으로 섭취하면 위험할 수 있는 독성 화합물 때문에 인기가 떨어졌습니다. 그러나 Crop Trust와 파트너는 풀콩을 작물 야생 친척과 교배하여 독성을 줄이기 위해 노력하고 있습니다.

과학자들이 회복력이 뛰어나다고 말하는 또 다른 무시되는 작물은 아졸라(Azolla)입니다. 아졸라(Azolla)는 놀라울 정도로 빨리 자라며 물을 많이 필요로 하지 않는 양치류입니다. 한편, 야생 테페리콩은 혹독한 사막 환경을 견딜 수 있습니다.

전통적인 작물 육종은 시간이 많이 걸리고 힘들 수 있습니다. 캘리포니아 대학교(버클리 및 샌프란시스코) 산하 IGI(Innovative Genomics Institute)의 전무이사인 Brad Ringeisen은 Crispr-Cas9와 같은 도구를 사용한 유전자 편집이 작물이 재난을 견딜 수 있도록 보장하는 가장 영향력 있는 방법이라고 믿습니다.

“혁신 주기가 빨라집니다. 그것은 정밀한 도구이다.”

Ringeisen 씨는 작물의 질병 저항성에 대한 IGI의 연구를 다음과 같이 요약합니다. "엄청난 수의 새로운 질병이 있는데 기후 변화는 이에 도움이 되지 않습니다."

그는 유전자 편집이 더 많은 살충제를 뿌리는 것보다 질병에 대처하는 더 우아한 방법이라고 말합니다.

IGI는 질병 저항성뿐만 아니라 가뭄 내성에도 힘쓰고 있습니다. 잎의 기공 수를 줄이고 수분 손실을 줄이기 위해 유전자 편집된 쌀 품종이 현재 콜롬비아에서 현장 시험 중입니다. 이러한 테스트는 유전자 편집이 실제로 예상치 못한 부작용을 초래하지 않는지 확인하는 데 필요합니다.

IGI의 프로젝트는 예측할 수 없는 물 순환에 쌀이 덜 취약하도록 만들기 위한 수많은 과학적 노력 중 하나입니다. 예를 들어, 필리핀 국제 벼 연구소의 과학자들은 홍수 동안 몇 주 동안 물속에 잠겨도 견딜 수 있는 "스쿠버 쌀" 품종을 개발했습니다 .

때로는 다른 종의 유전자가 추가되지 않도록 하는 기술적 과정이 더 오래 걸릴 수도 있습니다. 이러한 유전자 변형은 유럽 연합에서 여전히 매우 제한되어 있어 유전자 변형 유기체(GMO)의 상업적 생존 가능성에 도전하고 있습니다.

이에 비해 유전자 편집에는 자연적으로(훨씬 더 긴 기간에 걸쳐) 발생할 수 있는 프로세스의 가속화로 작은 DNA 부분을 제거하는 작업이 포함됩니다. 유전자 편집 작물은 이제 영국과 케냐를 포함한 국가에서 합법화되었습니다.

“많은 경우에 그들은 단지 유전자를 녹아웃시키는 것일 뿐입니다.”라고 Ringeisen 씨는 유전자 편집자들에 대해 말합니다. "외부 DNA는 없습니다."

Ponsi Trivisvavet은 더 적은 자원으로 작물을 재배하는 데 중점을 두고 있습니다.

유전자 편집은 이미 비약적으로 발전했습니다. 그러나 이 기술을 더욱 발전시키고 싶어하는 젊은 종자 설계 회사 중 하나는 미국 매사추세츠에 본사를 둔 Inari입니다.

한 번에 단일 유전자 편집을 수행하는 대신 다중 유전자 편집을 통해 여러 유전자를 동시에 표적화할 수 있습니다. 이는 작물이 동시에 여러 유형의 스트레스를 받을 수 있는 기후 위협의 점점 더 복잡한 상호 관계를 고려할 때 유익할 수 있습니다.

현재 AI 지원 예측 설계와 결합된 Inari의 다중 유전자 편집의 초점은 생산량에 있습니다. 회사는 수율을 무려 10~20배로 늘리는 것을 목표로 하고 있다. Crop Trust와 달리 Inari는 옥수수, 콩, 밀이라는 세 가지 주요 작물에 중점을 둡니다.

Inari의 CEO인 Ponsi Trivisvavet는 자사의 대두가 올해 상업화에 진입했다고 말했습니다. 이 회사는 처음에는 호주와 미국 시장을 목표로 삼고 있습니다.

단일 작물 농업 집약화에 대해 많은 비판자들이 있지만, Ms Trivisvavet은 동일한 수의 자원으로 더 많은 작물을 생산할 수 있는 것이 변화하는 기후에 유익하다고 믿습니다. “에이커당 물과 비료의 양을 줄이는 것이 중요합니다.”라고 그녀는 말합니다.

잡종 및 유전자 편집 식물 품종에 대한 한 가지 우려 사항은 농부들이 감당할 수 있는 가격입니다. 법적 체계는 다양하지만 농부들은 파종기마다 새로운 종자를 저장하기보다는 계속 구입해야 합니다. 아프리카 생물다양성 센터(African Center for Biodiversity)와 같은 조직에서는 종자 관리가 종자에 대한 특허를 낼 수 있는 회사가 아닌 농민의 몫이 되도록 촉구합니다.

기후 변화로 인해 많은 사람들의 식단이 바뀌게 될 가능성이 높습니다. 카카오와 바나나와 같은 사랑받는 작물은 이미 기후 압력에 취약한 것으로 입증되었습니다. 이러한 작물군과 다른 작물의 범위를 포용하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

“우리 모두는 작물의 다양성을 소중히 여겨야 한다고 생각합니다. 우리는 몇 가지 주요 작물에만 의존할 수는 없습니다.”라고 Kilian 씨는 경고합니다.