기후변화에 강한 식물은 어떻게 만들까? 기후내성 작물의 과학

여름철 폭염이 길어지고 비가 한꺼번에 쏟아지면 농작물도 큰 스트레스를 받습니다. 꽃이 피어야 할 때 온도가 지나치게 높으면 수정이 잘되지 않고, 토양이 마르면 잎의 기공이 닫혀 광합성이 줄어듭니다. 반대로 뿌리가 오랫동안 물에 잠기면 산소가 부족해 생장이 멈출 수 있습니다.

이런 환경에서도 비교적 안정적으로 자라고 수확량을 유지하도록 육성한 품종을 기후내성 작물 또는 기후회복력 작물이라고 합니다. 과학자들은 식물을 단순히 더 튼튼하게 만드는 것이 아니라, 유전적 다양성 속에서 필요한 형질을 찾고 교배·유전체 분석·환경 시험을 반복해 새로운 품종을 만듭니다.

기후내성 작물 핵심 요약

기후변화는 식물에 어떤 스트레스를 줄까?

식물은 움직여서 더 시원하거나 습한 장소로 피할 수 없습니다. 대신 기공을 닫아 물 손실을 줄이고, 뿌리를 더 깊게 뻗거나 세포를 보호하는 단백질을 만들어 환경 변화에 대응합니다. 그러나 방어 반응에는 에너지가 필요하며, 스트레스가 심하거나 오래 지속되면 생장과 수확량이 감소합니다.

가뭄에 강한 식물은 적은 물로 버티거나 물을 효율적으로 사용할 수 있어야 합니다. 내열성 작물은 높은 온도에서도 꽃가루와 광합성 장치가 손상되지 않아야 하고, 침수에 강한 작물은 산소가 부족한 상태를 견디거나 물이 빠진 뒤 빠르게 회복해야 합니다. 해안이나 관개 농지에서는 토양 염분을 견디는 능력도 중요합니다.

따라서 ‘기후변화에 강하다’는 말만으로는 부족합니다. 어느 성장 단계에서 어떤 스트레스를 얼마나 오래 견디는지, 정상 환경에서도 충분한 수확량을 내는지까지 함께 확인해야 합니다.

다양한 식물에서 쓸 만한 유전자를 찾는다

기후내성 육종의 원료는 유전적 다양성입니다. 오래 재배된 재래종이나 야생 근연종에는 수확량은 낮더라도 건조·고온·병해충에 잘 견디는 형질이 남아 있을 수 있습니다. 육종가는 유전자원은행의 씨앗과 여러 지역의 품종을 재배해 뿌리 깊이, 잎 온도, 개화 시기, 생존율과 수확량을 비교합니다.

FAO의 식물 육종과 기후변화 자료는 작물의 유전적 다양성이 미래 환경에 맞는 품종을 만드는 기반이라고 설명합니다. 알려진 사례인 Sub1 벼는 침수에 견디는 유전적 특성을 품종에 도입해 일정 기간 물에 잠긴 상황에서도 생존 가능성을 높였습니다.

교배하고 스트레스를 주어 좋은 개체를 고른다

원하는 특성을 가진 부모 식물을 교배하면 다음 세대에는 서로 다른 유전자 조합을 가진 많은 자손이 생깁니다. 연구자는 이들을 건조한 토양, 높은 온도 또는 침수 조건에서 키우며 잘 버틴 개체를 고릅니다. 그러나 살아남는 것만으로는 충분하지 않습니다. 농가에서 재배할 품종이라면 수확량, 맛, 저장성, 병 저항성과 성숙 시기도 기준을 통과해야 합니다.

한 환경에서 좋은 결과를 낸 개체가 다른 지역에서도 좋다는 보장은 없습니다. 같은 유전자형도 토양과 기온, 강수량에 따라 성적이 달라지는 ‘유전자형×환경 상호작용’이 있기 때문입니다. 그래서 후보 품종은 여러 지역과 연도에 걸친 시험을 거칩니다.

DNA 정보와 AI로 선발 속도를 높인다

표지인자 선발은 목표 형질과 가까운 DNA 표지를 확인해 어린 식물 단계부터 유망한 개체를 추리는 방법입니다. 여러 유전자가 조금씩 관여하는 가뭄 내성과 수확량처럼 복잡한 형질에는 유전체 전체의 정보를 이용하는 유전체 선발이 활용됩니다.

여기에 드론 사진, 잎 온도, 키, 수확량, 토양 수분과 기상 데이터를 결합하면 AI가 어떤 개체가 목표 환경에서 우수할 가능성이 높은지 예측할 수 있습니다. 자세한 원리는 AI 식물 육종이 새로운 품종 후보를 고르는 방법에서 확인할 수 있습니다.

CGIAR의 기후 대응 식물 육종 설명은 유전체 선발, 배가반수체와 고속 육종 같은 기술이 품종 개발 기간을 줄이는 데 활용된다고 소개합니다. 다만 예측 결과가 좋아도 실제 밭에서 반복 검증하지 않으면 품종이 될 수 없습니다.

필요하면 특정 유전자의 작동을 정밀하게 바꾼다

유전자편집은 식물이 이미 가진 유전자의 특정 부분을 바꾸어 스트레스 반응을 조절하는 방법입니다. 예를 들어 기공 조절, 뿌리 성장, 개화 시기나 염분 반응에 관여하는 유전자가 후보가 될 수 있습니다.

하지만 하나의 유전자만 바꾸면 모든 문제가 해결되는 것은 아닙니다. 가뭄과 고온 내성은 흔히 많은 유전자와 환경이 함께 결정하며, 물을 지나치게 아끼는 특성이 정상 환경에서는 생장과 수확량을 낮출 수도 있습니다. 유전자편집 작물은 생태적 영향과 식품 안전성, 국가별 제도도 함께 검토해야 합니다.

실제 성과는 ‘버팀’보다 안정적인 수확량으로 평가한다

실험실에서 잎이 덜 시들었다는 결과만으로 기후내성 품종이라 부르기는 어렵습니다. 농업에서 중요한 것은 스트레스 조건에서도 농가가 이용할 만한 수확량과 품질을 안정적으로 내는가입니다.

CIMMYT 열대 옥수수 육종 연구는 가뭄 조건을 목표로 한 일부 육종 파이프라인에서 유전체 선발이 활용되고 있으며, 여러 지역과 스트레스 조건에서 유전적 향상을 평가해야 한다는 점을 보여줍니다. 연구 결과는 가능성을 보여주지만 작물·지역·시험 조건에 따라 성과가 달라질 수 있습니다.

물 부족 반응은 식물마다 달랐다

같은 날 심은 상추 화분 두 개의 물 주는 간격을 다르게 했더니 물이 부족한 화분은 낮에 잎이 먼저 처졌고, 물을 준 뒤 회복 속도도 개체마다 달랐습니다. 겉으로 비슷해 보여도 반응이 달랐다는 점을 보며, 육종에서 많은 개체를 같은 조건으로 비교하고 기록하는 이유를 이해할 수 있었습니다.

관찰할 때는 한 화분을 장기간 말리는 실험보다 물 공급을 약간 달리하고 잎의 각도·토양 수분·회복 시간을 기록하는 편이 안전합니다. 강한 햇빛에 대한 식물의 반응은 해바라기의 굴광성과 생체시계 글과 함께 보면 이해하기 쉽습니다.

기후내성 작물에 관한 흔한 오해

기후내성 품종은 물 없이도 자랄까?

아닙니다. 내건성은 물이 전혀 필요 없다는 뜻이 아니라, 같은 물 부족 조건에서 피해가 덜하거나 수확량을 더 안정적으로 유지한다는 뜻입니다.

모든 기후 스트레스에 강한 만능 품종을 만들 수 있을까?

현실적으로 어렵습니다. 가뭄·고온·침수·염류에 대응하는 생리 작용이 다르고 서로 상충할 수도 있습니다. 재배 지역과 예상 환경을 정한 뒤 중요한 형질을 조합해야 합니다.

기후내성 작물은 모두 유전자변형 작물일까?

아닙니다. 전통 교배와 선발, DNA 표지, 유전체 선발로도 개발할 수 있습니다. 유전자변형과 유전자편집은 여러 육종 도구 중 일부이며 원리와 규제도 서로 다릅니다.

기후내성은 유전자와 현장 검증이 함께 만든다

기후변화에 강한 식물은 한 개의 ‘슈퍼 유전자’를 넣어 완성되지 않습니다. 다양한 유전 자원에서 필요한 형질을 찾고, 교배와 DNA 분석으로 후보를 좁힌 뒤 가뭄·고온·침수 같은 환경에서 여러 해 시험해야 합니다.

AI와 유전체 기술은 유망한 개체를 더 빨리 찾게 해 주지만 최종 판단은 실제 밭의 수확량과 품질, 농가의 필요를 통해 내려집니다. 기후내성 작물은 기후변화를 멈추는 기술이 아니라 이미 달라지는 환경에 농업이 적응하도록 돕는 여러 수단 중 하나입니다.