유전자원이 농업적으로 유용하게 이용되기 위해서는 유전 적 다양성 확보가 반드시 필요하다(Kim et al, 2006; 2008; 2010). 국내에서 우리나라 농업유전자원을 관리하는 농업유전 자원센터는 1,617종 191,889점(‘14.12) 보유하고 있으며, 2017 년까지 29만점의 식물유전자원 국가보유 중장기 목표를 설정 하고 추진 중에 있으며, 식량안보를 위해 식량농업식물유전자 원국제조약 부속서에 포함된 64개의 식량농업유전자원과 잡곡, 원예작물 등 기능성 보유자원의 확보에 집중하고 있다(Park et al, 2012, 2013; Son et al., 2014). 국외 주요유전자원 보유국 의 경우 미국은 국가생명공학정보센터(NCBI), 국립유전자원보 존센터(NCGRP) 등을 운영하며 자국 및 아시아·태평양 권역의 생명자원을 지속적·체계적으로 확보하고 있고, 일본은 국가생 물자원센터(NBRC), 생물다양성센터(BCJ) 등 국가중심의 기관 을 운영하면서 생명자원의 탐색 및 종합관리를 실시하고 있으 며, 환경청에서 생물다양성 보전대책을 마련하였다. 중국은 중 앙정부 주도하에 중국과학원(CAAS)을 중심으로 지방 정부 별 거점센터를 마련하는 등 생명자원 강국을 추구하고 있다(Kim 2006; Kim et al., 2006; 2008; 2010). 이 밖의 세계 각국에 서는 농업생물자원의 확보 및 관련 연구에 막대한 투자가 이 루어지고 있는고, 국제기구인 IRRI, CIMMIT 등에서는 벼, 수 수 등 주요 농업유전자원에 대한 다양성 분석 연구를 수행하 고 있고, 전 세계적으로 생물자원에 대한 분자유전학적 분류 연구가 활발히 진행 중이다(2008, Kim et al., 2010; Park et al, 2012). 또한, 세계적 다국적 기업들은 분자육종기술의 지적 재산권 확보를 통하여 우수 품종을 독점하고 있을 뿐 아니라 외국정부에서도 종자산업 발전을 위한 정책적, 재정적 지원 및 혜택을 주고 장려하고 있다(NIAB 2004). 또한 유전자원의 무 한한 경제적 가치를 인식하고 있는 선진국들은 국가자산으로 서 유전자원의 확보, 관리 및 활용에 막대한 투자를 하고 있 다(Park et al, 2012, 2013; Son et al, 2014).

러시아는 동유럽, 중앙아시아, 동아시아에 걸쳐 있으며 국토 면적은 1,708만 km² 로서 한반도의 77배, 미국의 1.8배로 세 계 1위이며, 대륙성기후로 북의 동토지대, 남의 툰드라, 산림 지대 등 다양한 기후대이다. 러시아 유전자원은 광활한 국토 및 다양한 기후대로 인해 식량작물, 채소, 과수 등 내한성, 내 건성 자원이 풍부하여 최근 중요한 육종목표중 하나인 내재해 성 품종 육성에 직접 이용할 수 있다. 러시아 원산자원으로는 비타민나무, 구즈베리, 휘트그래스류, 파속 등의 유용한 작물 이 있다.

러시아 바빌로프유전자원연구소(VIR)는 세계에서 가장 오래 된 국제적 유전자원연구소로 러시아의 식물유전자원을 총괄해 서 보존하고 있으며, 전세계에서 수집한 식물유전자원은 세계 3위로 32만여점을 보존하면서 이용하고 있으며, 현재까지 자 원의 국외반출을 제한하고 있지 않는 국가로 자원 수집 및 도 입이 매우 용이하다.

농업유전자원은 미래 바이오경제를 주도할 성장 동력으로 단계적, 체계적 확보가 필요하다. 최근에 유전자원은 첨단 신 약, 新종자 등 고부가 가치 제품개발을 위한 생명공학의 필수 소재로 재인식되고 있으며, 유전자원은 생명산업의 필수 소재 로 2000년 초 농업분야에서 생명산업 비중이 7%에서 2030년 에는 36%로 상승할 것으로 한국농촌경제연구원(2012)은 전망 하고 있다. 종자산업의 경우, 전 세계 시장 규모가 약 450억 달러로 반도체보다 규모가 크며 고성장이 예상되고 있다. 국 가별로 미국 약120억 달러, 중국 약100억 달러, 프랑스 약28 억 달러, 브라질 약 26억 달러 순이며, 한국은 4억 달러로 세 계시장의 약 1%차지 하고 있다. 국제협력 등으로 미래대응 및 고부가 가치 유전자원에 대한 수집/도입을 강화할 필요가 있 으며, 급변하는 국제정세 및 기후변화에 대응하기 위한 유전 자원의 다양성 확보가 필요하다.

러시아 바빌로프유전자원연구소는 구 소련 시절부터 동유럽 및 아시아지역의 유전자원 연구, 이용의 중추적 역할을 담당 하고 있어 생태계가 한정된 우리나라는 유전자원 보유강국과 의 지속적인 협력체계 유지가 중요하다 하겠다. 러시아는 다 양한 식물 유전자원 32여만 점과 확증표본 등을 보유하고 있 어, 보유자원에 대한 분양요청 및 중복보존 유치를 통한 자원 의 확보논의가 필요한 실정이다. 식량작물·채소·과수 등의 내 한성·내한발성자원이 풍부하고, 특히 우리나라를 포함한 극동 아시아 지역의 식물유전자원을 수집, 보존하고 있다.

유전자원이 풍족하지 못한 우리나라는 해외 유전자원에 의 존할 수밖에 없는 실정이어서 국제협력 연구를 통해 공동 수 집한 자원을 도입하여 안전하게 보존하면서 활용하는 방안의 하나로 농촌진흥청은 1996년 러시아 바빌로프유전자원연구소 간 농업과학 기술 연구협력 MOU를 체결하여 유전자원에 대 한 협력 방안이 모색되었다. 러시아 유전자원에 대한 체계적 인 수집 및 러시아 자원의 평가를 통한 유용자원을 확보하여 기후변화 대응, 유용 물질생산 등을 위한 다양성 확보가 필요 하다. 본 자료는 1996년부터 2015년까지 매년 러시아 VIR를 직접 방문하여 유전자원의 수집활동을 통해 얻은 경험, 러시 아 VIR 유전자원 관리전문가를 초청하여 토론과 러시아 VIR 에서 제공한 식물 유전자원 보존관리 현황 자료를 중심으로 정리함으로써, 러시아 유전자원의 국내 확보와 활용방안을 연 구하는데 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.

러시아 식물유전자원의 관리현황

식물유전자원의 보존 및 관리 현황

보존현황

러시아는 상트페테르부르크에 위치한 바빌로프유전자원연구 소 (VIR)에 종자은행을 두고 식물유전자원을 수집, 보존, 관리 하고 있다. 1984년 VIR 전신인 응용식물부를 시작으로 식물 유전자원 수집 보존, 관리를 하였으며, 현재까지 110여국에서 1,842회의 수집활동을 하여, 현재 155과 376속, 2,169종, 324 천여점을 수집보존하고 있고, 다년생 영양체 유전자원은 22,750자원을 보존하고 있다(Table 1). Fig. 1에서 보는 바와 같이 1940년 25만여 자원이 1950년에 12만여점으로 감소하고, 1990년에 35만 자원에서 2000년 32만 자원으로 줄어들었다. 이는 2차대전과 소비에트연방에서 독립국가에 보존된 자원이 감소된 것이다. 특히 영년생 영양체자원은 각 독립국재배포장 에 보존된 때문이라 하겠다.

관리현황

Fig. 2 VIR 조직도에서 보는 바와 같이 식물종자는 종자은 행(1)에 보존하고 식물자원 연구(2)는 밀, 기타맥류, 두류, 옥 수수 잡곡, 사료, 특용, 괴경작물, 채소 메론, 과수 등 9개과의 작목별 전담 부서를 두고 증식, 평가 및 기초, 평가 방법연구 를 하고 있다. 각 자원을 관리하는 부서의 역할을 보면, 밀 자원과는 Triticum속의 야생종, 재배종, 변종, 품종에 대한 수 집 및 Egilops속의 다양성 연구와 트리티케일 및 이질4배체의 수집을 하고 있고, 기타맥류과에서는 호밀, 보리, 귀리의 종, 변종, 근연야생종의 세계적 다양성 유지 및 CMS의 출처 및 이용연구, 단간 및 내병성 면역성 연구를 담당하고 있다. 두류 자원과는 세계 각처에서 수집된 14속 110종 보유하고 있고, 이들을 이용한 변이의 법칙성, 형질의 유전, 신품종 육성을 위 한 유전적 출처를 연구하고 있다. 옥수수 및 잡곡자원과는 옥 수수, 수수, 메밀, 벼, 조, 수단그라스 등의 잡종강세에 관한 연구를 하며, 사료작물자원과에서는 알팔파, 크로바, 티모시, 라이그라스, 사료용유채 등의 종, 품종 야생집단을 수집 보존 하는 역할을 수행하고 있다. 공예작물자원과는 목화, 아마, 유 채, 참깨 등의 경제적으로 유용한 형질을 지닌 자원을 선발하 며, 괴경작물자원과는 원산지로부터 감자의 야생종, 재배종 및 재래종 수집하고, 이들의 중간잡종, 종자번식 방법 등을 연구 하고 있다. 채소 및 멜론자원과는 채소류의 야생종 및 재래종 을 수집하고, 잡종강세 연구와 새로운 유용형질을 평가하고 있 다. 과수, 베리, 포도, 관상식물 및 아열대작물자원과는 육종계 획에 이용하기 위한 형질을 조사한다. 이처럼 VIR는 유전자 원을 중심으로 농업연구가 이루어지고 활용될 수 있게 심도 있는 연구가 활발히 진행되고 있다.

식물유전자원 연구현황

Fig. 3의 VIR 조직은 13개 전문연구 부서를 두고 있으며, 각 부서의 연구내용은 다음과 같다. 유전과(1)는 새로운 식물 형의 실험실적 검정방법 개발, 육종에 이용하기 위한 유용형 질을 지닌 자원의 선발 및 종간잡종이나 원연교잡 기술개발을 하며, 생물공학실험실(2)에서는 영양체 자원의 in vitro 상태에 서의 장기보존 기술개발, in vitro 기술을 이용한 초저온 보존, 육종, 대량 증식 및 이종 교잡에 관한 연구를 하고 있다. 식물 생화학실험실(3)에서는 생화학적 형질의 genefund를 창출하기 위한 세계적인 수집종 연구 및 품질육종연구, 농작물의 영양 분 조성의 개선 가능성 및 생물학적으로 활성물질 개선연구, 재배종의 저장기관에서 물질전환 과정을 조절하는 효소체계, 저해제와 촉매제에 관한 연구를 수행하고 있다. 재배식물의 평 가기술실험실(4)은 유용 유전자를 지닌 자원을 선발하기 위한 특성조사, 소규모 종자량으로 초기재료를 평가하는 방법 개발 을 하고 있다. 양적형질의 생태유전실험실(5)은 다양한 생태적 조건에서의 양적 형질 변이 연구를 하며, 종자생산실험실(6)은 무균 토마토 종자 생산과 Elite 종자 생산 방법 연구를 수행하 고 있다. 종자검사 및 표준화실험실(7)은 우량종자 생산방법 개발, 세계 수집종의 살아있는 Sample 유지 및 장기보존 기술 을 개발하고 있다. 저항성 및 발육생리과(8)는 세계 도처에서 수집된 자원으로부터 내한발성, 내한성, 내비성을 지닌 자원선 발, 재해저항성 형질의 생리적 기구 규명 및 불량환경 적응시 생리적, 생화학적 성질의 변화 연구를 수행하면서, 연구시설의 자동화, 인공기상으로 유전자원 보존 및 식물생장 중의 최적 광 에너지 이용기술 연구를 수행하고 있다. 식물면역과(9)는 재배식물의 세계적 다양성에 대한 병충해 저항성 연구, 이병 식물의 이병성 감소연구, 내병충성 육종을 위한 식물과 병원 균간 진화적 관계구명 및 식물병을 일으키는 매개체의 변종의 구성과 그에 저항하는 형질의 연구를 담당하고 있다. 농업기 상과(10)는 육종계획을 위한 농업기상 index을 이용하므로 농 작물의 농업기상학적 평가와 러시아연합국 전역에 걸친 농업 기후 지역 구분방법 연구를 수행하고 있다. 생산성의 유전 및 생리실험실(11)은 곡물생산의 생리적, 유전적 기초 원리를 개 발한다. 유전자원수집과(12)에서는 식물자원의 세계수집에 대 한 Computer 정보체계 수집, 포장과 실내실험 결과에 통계적 처리, 세계수집 data 축적 및 정보체계 개선업무를 담당한다. 식물육종과(13)는 재배종의 기원과 생화학적 유전에 관련된 단 백질 핵산연구, 식물육종에 현대 생화학의 새로운 방법과 원 리 적용, 재배종의 형태학과 평가의 새로운 기술을 위한 분자 생물적 방법 연구, 배수체의 게놈분석 및 이종, 품종의 구분 연구를 수행하고 있다. Fig. 4, 5 Table 2

식물유전자원의 증식, 평가 및 이용

식물유전자원의 증식

VIR에 중장기 저장고에 보존중인 종자자원의 발아가 50% 미만일 때는 즉시 증식을 한다. VIR는 상트페테르부르크에 fushikin시험장을 비롯하여 Moscow지소, Astrakhan, Volgograd, Dachestan, Far East, Zeya, Yekaterinino, Krymsk, Kuban, Maikop, Pavlovsk, Polar 시험장 등 총 13개 지역시험장에서 증식, 평가업무를 담당하고 있다. 타식성작물은 우리나라와 마찬가 지로 격리온실이나 격리 구획을 만들어 벌을 이용한 수분을 하고, 작물에 따라서는 봉투를 이용한 증식을 하고 있다. Fig. 6

식물 유전자원의 평가

러시아 VIR의 육종에 활용하기 위한 모든 식물유전자원은 바빌로프가 정립한 이론에 따라 표준화된 방법으로 생태 환경 이 다른 지역시험장에서 3년동안 형태적, 생물학 및 농업적 특 성에 대해서 특성을 평가하는데 매년 15,000자원 이상을 평가 하고 있다. 러시아는 우리나라와 달리 국토가 넓어 생태환경 이 다른 지역에서 식물에 적합한 환경에서 평가를 실시하고 있을 뿐만 아니라 연차변이를 줄이기 위해 3년간 평가된 자료 를 이용하여 유전자원을 활용하는 체계는 우리나라도 인적, 물 적 여건이 갖추어 진다면 유전자원 특성에 따라서 연차변이를 줄일 수 있는 1회 평가가 아닌 3회평가로 유전자원 이용자들 이 정확한 정보를 가지고 유전자원을 활용한다면 좀더 좋은 결과물을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

식물유전자원의 이용과 분양

러시아 VIR는 매5년마다 특성이 평가된 유전자원에 대해서 는“Reference catalogues”를 발간한다. 재배작물과 야생종의 유 전력에 대한 연구결과는 계통발생학, 분류학, 유전학, 세포학, 생화학, 분자생물학, 생리학, 면역학 등의 새로운 정보가 포함 되어 식물군으로 되고 논문화한다. 매년 일차평가 결과로서 약 1,000개의 새로운 육종자원이 선발되어 VIR내에 있는 육종센 터의 육종전문가가 이용하고 있다. 그 결과 러시아에서 VIR 유전자원을 이용해서 2,500 품종 이상이 개발되었는데, 그 중 612품종은 VIR 육종가에 의해서 만들어졌다. Fig. 7

VIR 종자은행에서 2006년에서 2012년까지 분양한 유전자원 은 총 114,910점인데, 러시아 내 분양한 자원은 6년간 총 83,786자원이다. 러시아내에서 분양한 자원 중 VIR 시험장에 서 신품종개발 목적의 자원은 13,354자원으로 분양자원의 약 16%를 차지하고 있고, VIR 기관 외의 분양자원은 27,067로서 약 23%를 차지하고 있다. 이러한 결과로 볼 때 실제 이용한 자원은 40,421자원으로 러시아내에서 활용한 자원은 분양 량 의 약 48%을 차지하여 활용비율이 우리나라와 비교하여 상당 히 높다고 하겠다(Table 3). 또한, 외국에 분양한 량은 같은 기간에 31,124자원으로 국외에서도 러시아 VIR자원의 요구도 가 많은 것으로 판단된다.

식물 유전자원 관리에 중요한 과제

러시아 VIR는 구 소련 시절부터 동유럽 및 아시아지역의 유전자원 연구, 이용의 중추적 역할을 담당하고 있어 생태계 가 한정된 우리나라는 유전자원 보유강국과의 지속적인 협력 체계 유지가 중요하다 하겠다. 러시아는 다양한 식물 유전자 원 32여만 점과 확증표본 등을 보유하고 있어, 보유자원에 대 한 분양요청 및 유전자원 전문가와 공동으로 자원을 탐색하여 확보하는 노력이 필요한데, 다행히 우리나라는 VIR와 유전자 원 수집보존 및 이용에 대한 협력연구를 수행 중이어서 1만점 이상의 유전자원을 확보한 상태이다. 추후에는 자원교류 방법 개선으로 우리나라에서 전세계에 분포자원 중 확보가 부진한 자원 위주로 확보하는 등 한-러시아간 국제협력 과제수행 방 향에 대한 종합적인 토의가 필요한 시점이다. 러시아 VIR는 우리나라를 포함한 극동아시아 지역의 식물유전자원은 물론 전세계에서 수집한 식물유전자원 32만점을 보존, 이용하는 세 계적 유전자원연구소이며, 보존중인 식량작물·채소·과수 등의 유전자원은 내한성·내한발성이 풍부한 자원을 포함하고 있어 이들 자원에 대한 도입추진과 함께, VIR와 유전자원 수집, 증 식, 및 자원교환뿐만 아니라 우리나라 환경에 적응이 어려운 작물은 환경이 다양한 러시아 현지에서 특성평가를 수행하여 활용성을 높이는 방안마련이 필요할 것으로 판단된다.

고 찰

농업 유전자원은 주로 신품종 개발에 사용되어 왔으나 최근 에는 발효식품, 친환경소재 등의 활용분야가 확대 되고 있다 (RDA, 2009, Park et al, 2012, 2013; Son et al, 2014).

농업유전자원은 미래 바이오 경제를 주도할 성장 동력으로 단계적, 체계적 확보가 필요하다. 최근에 유전자원은 첨단 신 약, 新종자 등 고부가 가치 제품개발을 위한 생명공학의 필수 소재로 재인식되고 있으며, 유전자원은 생명산업의 필수 소재 로 2000년 초 농업분야에서 생명산업 비중이 7%에서 2030년 에는 36%로 상승할 것으로 한국농촌경제연구원(2012)전망하 고 있다. 따라서, 국제협력사업 등으로 미래대응 및 고부가 가 치 유전자원에 대한 수집/도입 강화와 급변하는 국제정세 및 기후변화에 대응하기 위한 유전자원의 다양성 확보가 필요하 다. 러시아 VIR는 구 소련 시절부터 동유럽 및 아시아지역의 유전자원 연구, 이용의 중추적 역할을 담당하고 있어 생태계 가 한정된 우리나라는 유전자원 보유강국과의 지속적인 협력 체계 유지가 중요하다 하겠다.

우리나라에 보존되고 있는 유전자원은 세계 6위로 양적으로 는 상당한 수준이다. 그러나, 세부적으로 보면 주로 벼, 보리, 밀, 콩 등 식량자원이 차지하는 규모가 전체 종자자원 202,875자원중 151,994자원으로 75%를 차지하고 있어, 채소 류, 잡곡류 등의 작물은 수집보존 량이 부족하다. 표 5에서 보 는 바와 같이 잡곡, 콩을 제외한 두과작물 등은 세계최고보존 기관과 비교하면 약 10% 미만이다(Table 4). 따라서, 러시아 VIR에 보존되어 있는 자원뿐만 아니라 국외 수집 도입 시 우 리나라에 보존된 량이 부족한 자원 위주로 수집도입이 이루어 져야 할 것으로 판단된다. 또한, 러시아 VIR에 보존중인 식량 작물·채소·과수 등의 유전자원은 내한성·내한발성이 풍부한 자 원을 포함하고 있어 이들 자원에 대한 도입추진과 함께, VIR 와 유전자원 수집, 증식, 및 자원교환뿐만 아니라 우리나라 환 경에 적응이 어려운 작물은 환경이 다양한 러시아 현지에서 특성평가를 수행하여 활용성을 높이는 방안마련이 필요할 것 으로 판단된다.

적 요

러시아 바빌로프유전자원연구소(VIR)는 상트페떼르부르크에 1984년 응용식물부로 시작하여 식물유전자원학자 바빌로프 박 사의 이름을 따서 VIR로 명칭을 변경하여 생물 다양성 연구 와 유전자원 보존을 위해 설립되었으며, 식물유전자원을 세계 도처에서 수집하여 안전하게 보존하면서 연구재료나 육종재료 로서 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 러시아는 지형학적으 로 기후대가 아주 다양하게 분포함에 따라 생물다양성이 풍부 한 국가이기도 하지만 1908년부터 세계의 110여개국에서 1회 에 1개월 이상 1,842회의 식물유전자원 수집활동을 수행하였 다. 현재 식물유전자원은 155과, 376속, 2,169 식물 종에 다 년생 영양체자원 22,750자원을 포함해 약 324천자원을 보존하 고 있다.