서 언
채소는 우리 신체에 필요한 다양한 비타민, 섬유질 및 미 네랄과 같은 미량영양소를 제공하며, 소규모 재배가 용이하여 저소득 가정의 건강증진에 기여하고 소농들의 경제적 이익을 증가시킬 수 있다(Hawkes, C., 2006). 현대 사회에서 이와 같 은 채소의 중요성이 점차 강조되면서, 국제연합(United Nation, UN)에서는 과일과 채소가 식량 안보를 지키고 영양 공급과 경 제에 중요한 역할을 함을 널리 알리기 위해 지난 2021년을 ‘국 제 과일과 채소의 해(International Year of Fruits and Vegetables, IYFV)’로 지정하였다(FAO, 2020).
20세기 중반, 식량 자원 육종으로 저소득 국가의 식량 자급 문제를 극복하고자 한 녹색혁명의 흐름에서, 미국 국제개발처 (United States Agency for International Development, USAID)의 Dr. Frank Parker는 곡물 위주의 식량 자원 개발 로 해결할 수 없는 영양실조 문제에 대한 해결책으로 채소의 증산과 개발에 주목하였다(World Vegetable Center, 2017). 이 를 목적으로 ‘아시아 채소 연구개발 센터(Asia Vegetable Research and Development Center, AVRDC)’가 대만, 한국, 일본, 태국, 필리핀, 베트남, 미국, 아시아개발은행(Asian Development Bank, ADB)을 창립회원으로 1971년 설립, 1973년 대만 타이난에 본부를 두고 개소하여, 지금의 세계채 소센터(World Vegetable Center, WorldVeg)에 이르고 있다. 1980년대부터 세계채소센터의 5개 지부가 아시아와 아프리카 (태국, 탄자니아, 인도, 말리, 베냉)에 순차적으로 설치되었고, 대한민국은 농촌진흥청이 1992년부터 상주 연구관을 세계채 소센터 본부로 파견하며 교류를 지속하고 있다.
현재 세계채소센터는 저소득 국가를 중심으로 전 세계의 채 소 유전자원의 다양성 증진과 보존을 위한 자원 수집, 관리, 증식, 특성 평가, 육성 및 분양 등의 활동을 수행하며, 기후변 화에 대응한 채소 작물의 개발과 보급을 통해 농업 분야의 지 속 가능한 가치 창출에도 노력하고 있다. 6만 5천 점 이상의 채소 유전자원들을 수집하며 세계에서 가장 큰 규모의 채소 종자은행으로 성장한 대만 본부의 유전자원은행(Genetic Resources and Seed Unit, GRSU)은 약 200여 국가의 공공 및 민간 연구기관에 자체육성 계통을 포함한 보유 자원을 분 양하였으며, 일부 자원을 탄자니아와 인도에 위치한 부설 유 전자원은행, 한국의 농촌진흥청 농업유전자원센터, 대만 국립 식물유전자원센터(National Plant Genetic Resources Center)와 노르웨이 스발바르 국제종자저장고(Svalbard global seed vault)에 중복 보존하며 미래 세대를 위한 안정적인 자원 보전 에 힘쓰고 있다.
2019년 5월1일 개소 이래 현재까지 세계채소센터 한국사무 소(WorldVeg Korea Office, WKO)에서는 매년 세계채소센터 에서 육성한 고추, 파프리카, 토마토 계통들을 분양 받아 지역 적응성 평가를 진행하고 있으며, 평가 데이터의 공유와 분석 을 통해 유용 형질을 탐색하고 육종 재료로서 가치를 발굴하 고 있다. 본 논문에서는 가지과 작물 세 종(고추, 파프리카, 토 마토) 총 77계통을 대상으로 지난 4년간 이루어진 지역적응성 평가 결과를 연도별·특성별로 요약하고, 이를 바탕으로 연구 및 상업적 이용가능성이 높은 유용 형질을 보유한 세계채소센 터의 자원을 소개하고자 한다.
재료 및 방법
2019년 3월부터 2022년 12월까지 고추 42계통, 파프리카 19계통, 토마토 16계통을 대상으로 농촌진흥청 국립원예특작 과학원 부지에서 생육 평가를 진행하였으며, 수집한 데이터는 일원분산분석(ANOVA) 이후 사후분석(Post-hoc)을 통해 계통 간의 유의미한 차이를 검증하였다. 작물 경작 및 재배 방법은 농촌진흥청의 『농업기술길잡이 106: 토마토』, 『농업기술길 잡이 115: 고추』,『농업기술길잡이 124: 착색단고추』,와 세계 채소센터의『Suggested Cultural Practice for Tomato』 (Hanson et al., 2000),『Suggested Cultural Practice for Chili Pepper』(Berke et al., 2005),『Suggested Cultural Practice for Sweet Pepper』(Berke et al., 2003)를 참고하였다.
1. 2019년
세계채소센터 자원 고추 11계통, 파프리카 9계통을 대상으 로 생육조사를 진행하였다(Table 1). 2019년 3월 25일 파종하 였으며 5월 27일 파프리카와 토마토를 비닐하우스, 5월 29일 고추를 노지에 정식하였다. 수확 및 생육조사는 8월 중순부터 10월 상순까지 총 3회 진행되었다. 질적 평가로 건조 중량, 과 실 성숙 전·후 색과 흰가루병(Powdery mildew)의 수준을 측 정하였다.
2. 2020년
세계채소센터의 고추 자원 9계통, 파프리카 자원 6계통, 토 마토 자원 5계통을 대상으로 생육조사를 진행하였다(Table 2). 2020년 2월 26일 고추와 파프리카, 3월 2일 토마토 파종을 진행하였으며 4월 29일에 파프리카와 토마토를 비닐하우스, 5 월 7일 고추를 노지에 정식하였다. 고추 대상 생육조사는 8월 하순부터 9월 하순까지 2회, 파프리카는 8월 상순부터 11월 상순까지 4회, 토마토는 7월 상순부터 9월 상순까지 4회 진행 되었다. 1973년 이후 기록된 국내 최장 장마기간(Choi et al., 2020)동안 자낭균류인 Colletotrichum으로 인한 탄저병 (Anthracnose) 발병률이 상승하며, 전반적인 세계채소센터 고 추 계통의 생산성이 최대 약 70%까지 크게 감소하였다(Table 9). 또한, 비닐하우스 내에서 여름철 45°C 이상의 고온이 지속 되며 파프리카와 토마토가 예상보다 낮은 수확량을 보였다. 전 반적인 토마토 개체에서 잎말림 현상이 보고되었는데, PCR 분 석 결과 토마토황화잎말림 바이러스(Tomato Yellow Leaf Curl Virus, TYLCV)가 음성으로 확인됨에 따라 과도한 비료 사용으로 인한 토양 염분 농도 상승이 원인일 것으로 추측하 였다. 캡사이신 분석과 토마토 유전자 마커 검정을 부가적으 로 실시하였다.
3. 2021년
세계채소센터 고추자원 11계통 파프리카 자원 4계통 토마토 자원 5계통을 생육 평가하였으며, 토마토 5계통은 2020년과 동일계통으로 반복실험을 수행하였다(Table 3). 2021년 2월 22 일 고추와 파프리카, 3월 24일 토마토를 대상으로 파종을 진 행하였으며 고추는 5월 24일 노지, 파프리카는 5월 12일 비닐 하우스, 토마토는 5월 6일 비닐하우스에 정식하였다. 고추 생 육 조사는 7월 하순부터 10월 중순까지 3회, 파프리카는 8월 상순부터 10월 하순, 토마토는 7월 중순부터 8월 중순까지 수 행되었다. 파프리카 ‘AVPP2021’ 계통이 상대적으로 성숙기간 이 길어지며 11월 중순에 생육조사를 진행하였다. 2021년 장 마로 인하여 노지 고추의 탄저병 피해가 상당하였고, 파프리 카의 경우 온실내 고온으로 인한 생육기간 중 일소과와 과실 무게 감소 현상이 보고되었다. 토양 검사, 캡사이신 분석, 토 마토 영양성분(Anthocyanin, β-Carotene)분석을 추가적으로 실 시하였다.
4. 2022년
2022년 지역적응성 평가는 불가리아의 The Center of Plant Systems Biology and Biotechnology (CPSBB)에서 제공한 Pepper류(Capsicum annuum) 11계통과 토마토 11계통을 대상 으로 이루어졌다(Table 4). Pepper류는 열매의 특성(크기 및 형태)과 유통형태(생식 혹은 가공품)에 따라 고추형과 파프리 카형으로 분류하여 고추형은 노지, 파프리카형은 하우스에 재 배하였다. 파종은 고추형 2022년 2월 23일, 파프리카형 3월 10일, 토마토는 3월 16일에 진행하였으며, 5월 10일에 전체 계통을 정식하였다. 생육평가는 각 계통의 열매 완전 성숙 시 기에 맞추어 7월 11일부터 8월 2일까지 1차 조사가, 9월 9일 부터 30일까지 2차 조사가 수행되었다. 심각한 고온 및 토양 병 피해로 인해 최소한의 주수(6주 이상)를 대상으로 생육조 사를 진행하였다. 이후 유전자 마커 검정에서 불가리아 계통 자원의 병 저항성이 부재하거나 희소함을 확인하였다(Table 11 & Table 12). 8월 중순부터 비닐하우스 내부에서 가루이가 과 다 증식하며 생육조사는 조기 종료되었으며, 이후 종자 수확 량을 확보하고자 국립원예특작과학원의 대형 광폭 하우스에서 Perlite를 배지로 한 토마토 계통 대상 추가 재배(Table 1)를 실시하였으나 바이러스(TYLCV) 피해로 1차 결실과 수확 이 후 재배를 종료하였다. 기본 생육조사와 더불어 토양 분석을 진행하였으며, 고추 계통들의 PUN1 유전자 마커 검정 결과를 바탕으로 캡사이시노이드(Capsaicin, Dihydro-capsaicin)분석을 진행하였다.
결과 및 고찰
2019년에서 2022년까지 진행한 지역적응성 시험을 통하여 기능성 형질인 고추의 건조 중량, 캡사이신 함유량, 파프리카 와 토마토의 당도, 생산량과 계통 별 병 저항성을 평가하고 주목할 만한 계통을 선정하였다.
고추
1. 기능성형질
1) 건조 중량
고추와 파프리카를 포함한 pepper류의 가루는 음식에 신미를 비롯한 향미와 색채를 더해줌으로써 한국을 비롯한 다양한 국가 에서 사용되는 향신료로, 상업적·문화적 가치가 높은 농산 가공 품이다(Guclu et al., 2021). 과실 건조는 열풍 건조기를 이용하여 65°C에서 48시간동안 진행하였다. 2019년 ‘AVPP1245’ 26.5%, 2020년 ‘AVPP1517’ 32.04%, 2021년 ‘AVPP1609-022’계통이 26.76%로 건조중량 비율(생체중 : 건물중)이 가장 높았다.
2) 캡사이신 함유량
신미는 고추속(Capsicum)의 대표적인 특징 중 하나로, 세계 채소센터 고추 계통의 질적 평가를 위해 고추 신미의 주 성분 인 캡사이신(Kirii et al., 2017) 분석을 실시하였다. 2020년에 는 ‘AVPP9813’ 계통의 캡사이신 함유랑이 1.35 mg/100 g으로 가장 낮고, ‘AVPP1346’ 계통이 262.91 mg/100 g으로 가장 높 게 나타났다(Table 5). 2021년은 ‘AVPP0902’ 계통이 0.62 mg/ 100 g으로 가장 낮았으며 ‘AVPP1609-22’ 계통이 299.9 mg/ 100 g으로 가장 높았다(Table 6). 2022년 전체 시험 계통을 대 상으로 한국농업기술진흥원에 의뢰한 캡사이시노이드 합성 유 전자 PUN1 (Han et al., 2013) 마커 검정 결과, ‘CAPS70’, ‘CAPS103’, ‘CAPS151A’ 계통이 양성으로 판명되었고(Table 11), 이후 캡사이시노이드 분석을 통해 ‘CAPS70’ 계통에서 capsaicin 2.59 mg/100 g, dihydro-capsaicin 3.53 mg/100 g, ‘CAPS151A’ 계통에서 capsaicin 0.98 mg/100 g, dihydrocapsaicin 0.79 mg/100 g의 낮은 캡사이시노이드 함유량을 확인 하였다. ‘CAPS103’ 계통은 capsaicin과 dihydro-capsaicin 함 유량이 모두 0 mg/100 g으로 나타났는데(Table 7), 이는 유전 자 수준에서 PUN1 유전자의 상위 혹은 PUN1 유전자와 함께 캡사이시노이드 합성 과정에 관여하는 다른 유전자의 불활성 을 원인으로 추측할 수 있을 것이다(Burgos-Valencia et al., 2020).
2. 병 저항성
2019년의 주요 병해는 흰가루병으로 모든 고추와 파프리 카 계통이 피해를 입었으며, ‘AVPP1333’과 ‘AVPP1341’ 계 통은 상대적으로 약한 병징을 보였다. 배꼽썩음병(Blossom end rot, BER) 발병률은 ‘AVPP1346’ 계통이 0.0%, AVPP1245가 0.2%로 가장 낮았다(Table 8). 2020년은 장마 로 인한 탄저병 피해가 심각하였고, ‘AVPP9813’과 ‘AVPP1509’ 계통들은 각각 9.8%와 10.4%의 발병률을 기록하며 상대적 으로 높은 저항성을 지닌 것으로 보고되었다(Table 9). 2021 년 8월 하순 또한 예기치 못한 장마로 대부분 고추 계통의 수확량이 약 19%에서 61%까지 탄저병 피해를 입은 것으로 집계되었지만, ‘AVPP2005’ 계통은 탄저병 발병률이 9.9%로 44%의 발병률을 보인 국내 재배종보다 높은 저항성을 보이 는 것을 확인할 수 있었다(Table 10). 2022년 불가리아 자 원이 병에 취약한 원인을 파악하고자 한국농업기술진흥원을 통해 고추 병저항성 분자마커 검정을 진행하였고, 역병을 포 함한 대표적인 병들에 대한 저항성의 부재를 확인하였다 (Table 11).
파프리카
1. 기능성 형질
1) 당도
2020년 파프리카 계통 중 ‘AVPP1403’가 가장 높은 당도 (8.43 °Bx)를 보였으며 ‘AVPP1514’가 가장 낮은 당도(6.68 °Bx) 를 보였다. 2021년 8월, 9월, 10월에 각각 이루어진 세번의 생 육조사를 통해, 후기로 갈수록 과실의 당도가 높아지는 현상을 확인할 수 있었다. 3차 수확을 기준으로 ‘AVPP2021’ 계통이 9.51°Bx 로 가장 우수한 당도를 보였으며, ‘AVPP2024’ 계통 이 6.48°Bx로 가장 낮았다. 2022년은 고추형 ‘CAPS67’ 계통 과 파프리카 형의 ‘CAPS103’ 계통이 각각 10.98°Bx와 8.52°Bx로 가장 높은 당도를 보였고, 가장 낮은 당도는 7.03°Bx로 ‘CAPS32’ 계통에서 나타났다. ‘CAPS67’ 계통의 경우 원산지인 불가리아에서 가루형 조미료로 사용되고 있다.
2) 생산량
연도별 가장 생산량이 높은 계통은 2019년 ‘AVPP1511’(주 당 평균 18.4개), 2020년 ‘AVPP1403’ 계통(주당 평균 19개), 2021년 ‘AVPP2023’ 계통(주당 평균 24.8)이었다. 2022년은 고 추형 ‘CAPS70’ 계통(주당 평균 43.2)개 파프리카형‘CAPS87’ 계통(주당 평균 34개)이 가장 높은 수확량을 보였다.
2. 병 저항성
2019년 배꼽썩음병 발병률은 ‘AVPP1367’ 계통이 전체 수확 량 중 0.0%, ‘AVPP1505’ 계통이 3.1%로 가장 낮았으며 흰 가루병은 모두 심각한 병증을 보였다(Table 13). 2020년은 ‘AVPP1516’ 계통이 상대적으로 낮은 0.9% 배꼽썩음병 발병률 과 0.0%의 무름병(Soft rot) 발병률을 보였으며, ‘AVPP1506’, ‘AVPP1514’ 계통이 0.0%의 토마토 반점 위조 바이러스 (Tomato Spotted Wilt Virus, TSWV) 발병률로 저항성을 나 타냈다(Table 14). 2021년 ‘AVPP2020’ 계통은 0.6%로 가장 낮은 배꼽썩음병과 탄저병 발병률을 보였지만 검은 곰팡이 (Black mold)와 무름병 발병률은 각각 16.2%와 10.6%로 가 장 높았다(Table 15).
토마토
1. 기능성 형질
1) 당도
토마토의 당도는 색, 크기와 더불어 토마토 과실 소비에 대 한 소비자의 선호도와 직접적으로 연관된 요소 중 하나로 (Sebastien Le and Stephanie Ledauphin, 2006), 국내외 농가 와 연구 기관에서도 이러한 소비자의 수요를 맞추기 위해 토 마토의 당도와 관련한 연구를 지속적으로 수행하고 있다 (Beckles, 2012;NIHHS, 2016). 동일 계통으로 진행한 2020 년도와 2021년도의 지역적응성 평가에서 소형토마토 ‘AVTO1702’ 계통의 당도가 각각 4.62°Bx, 5.51°Bx 로 세계 채소센터 토마토 5계통 중 가장 높았다. 2022년은 방울토마토 형 ‘LYC152’ 계통이 가장 높은 당도(8.02°Bx)를 보였고, 기 타 중, 대형 토마토 계통들의 당도는 최소 3.16°Bx에서 최대 4.3°Bx를 기록하였으며, 통계적 유의성에 기반한 이들 계통 간 차이는 보이지 않았다.
2) 생산량
동일한 토마토 5계통으로 진행한 2020년과 2021년의 지 역적응성 평가에서 ‘AVTO1823’ 계통의 유통가능 과실 비 율은 각각 79.2%(주당 수확률 16개–2020년), 86.0%(주당 수확률 38개–2021년)이었으며, 세계채소센터의 다른 계통들 과 비교하여 낮은 열과 비율(2020년 0.7%, 2021 5.8%)을 보였다.
2. 병 저항성
토마토 대상 분자 마커 검정을 통해 ‘AVTO1823’ 계통이 반쪽시들음병(Verticillium wilt)저항성을 보유한 것으로 파악되 었다. 이와 더불어 세계채소센터 토마토 5계통은 모두 TYLCV저항성을 나타냈으며, ‘AVTO1705’는 세계채소센터의 토마토 계통 중 유일하게 시들음병(Fusarium wilt)저항성을 보 유하고 있었다(Table 16). 2022년의 생육조사에서 방울토마토 형 ‘LYC152’ 계통은 분자 마커 검정 결과(Table 17) 불가리 아 자원 중 유일하게 세균성 궤양병(Bacterial canker)과 풋마 름병(Bacterial wilt)저항성을 보유한 것으로 확인되었다. 세균 성 궤양병은 높은 치사율과 과실 상품성 저하로 국내외의 토 마토 농가에 큰 피해를 끼치는 작물병이다(Sen et al., 2015).
결 론
최근 기후위기로 인한 자연재해와 병해충 피해가 증가하며 농작물 생산 안정성에 관한 우려가 높아지고 있다. 이에 전세 계의 민간 기업 및 공공기관에서 이상기후, 홍수와 병해충 증 가 등에 효과적으로 대응할 수 있는 새로운 품종을 개발하기 위해 노력하고 있다(Kang et al., 2021). 세계채소센터는 채소 유전자원의 다양성을 확보하여 병해충 저항성과 환경 적응성 을 지닌 유전자원을 탐색 및 개발하고, 이러한 육성 계통을 자체 유전자원은행을 통해 활발히 보급하고 있다. 4년간의 한 국의 환경조건 내 지역적응성 평가를 통해, 소비자의 요구에 적합한 특성과 우수한 병 저항성을 지닌 세계채소센터의 유전 자원을 파악할 수 있었다. 하지만 재배 과정 중 열과, 기형과 를 포함하여 과실 수량에 영향을 미치는 생리장애 현상이 매 년 보고 되었으며, 병저항성은 강하지만 상업적인 측면은 비 교적 약하거나 그 반대인 경우를 확인할 수 있었다. 이를 보 완할 수 있는 기존 국내 품종과 조합 등의 육종과정을 거쳐, 향상된 재배 안정성을 지닌 다양한 유통품종의 확보를 꾀할 수 있을 것으로 기대된다.
적 요
한국의 환경조건 내 세계채소센터 육성 작물의 특성을 파악 하고자, 세계채소센터 한국사무소는 2019년부터 2022년까지 세계채소센터 자원 고추 42계통, 파프리카 19계통, 토마토 16 계통을 대상으로 농촌진흥청 국립원예특작과학원 노지와 시설 에서 지역적응성 평가를 시행하였다.
양적 형질(초장, 엽장, 엽폭, 과장, 과폭, 과중, 당도, 생산량) 과 질적 형질(발병률, 분자 마커 검정, 유용물질 분석)을 조사 하였으며, 데이터 수집 및 분석을 통해 탄저병, 풋마름병, 시 들음병과 토마토 궤양병을 포함한 주요 식물 병 저항성과 높 은 영양성분 함량 등의 유용한 특성을 지닌 24 계통을 파악할 수 있었다.
본 논문에서 소개한 계통을 비롯하여 병해충 저항성과 내재 해성 및 다양한 상업적 특성을 갖춘 세계채소센터의 우수한 자원들을 육종 소재로 활용한다면, 소비자와 농가의 수요에 적 합하고, 기후위기에 재배 안정성을 유지할 수 있는 유용 품종 개발에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.