Breeding maize genotypes for fall armyworm (Spodoptera frugiperda Lepidoptera: Noctuidae) resistance through conventional approaches: A systematic review

옥수수는 사하라 이남 아프리카 수억 명의 사람들에게 식량 안보의 생명줄이며, 일상생활을 위한 주요 에너지원을 제공하고 소농들의 생계를 지탱해 줍니다. 그러나 이 중요한 작물은 끊임없는 적, 즉 유충이 잎과 줄기를 무서운 속도로 갉아먹는 나방인 ‘가을 군나방(fall armyworm)’에 직면해 있습니다. 2016년 이 지역에 이 해충이 유입된 이후 빠르게 확산되었으며, 이는 수확량을 전멸시키고 기아를 심화시킬 위협이 되고 있습니다. 농부들은 화학적 살포로 맞서려 노력해 왔지만, 이는 종종 실패할 뿐만 아니라 환경을 해치고 가장 가난한 가정들에게는 비용이 너무 많이 듭니다. 과학자들은 오랫동안 가장 지속 가능한 방어책이 식물 자체 내에 있다는 사실을 알고 있었습니다. 해충에 자연적으로 저항하는 새로운 옥수수 품종을 육종함으로써, 연구자들은 비용을 들여 적용할 필요 없이 매 시즌 작동하는 방패를 만들기를 희망합니다. 이 접근 방식은 값비싼 기술이나 화학 물질에 의존하기보다, 곤충에 대한 강인함을 보이는 식물을 선택하고 교배하는 옥수수의 자연적인 유전적 다양성에 의존합니다.

캄발레 음부사 에리티어(Kambale Mbusa Héritier)의 최근 체계적 문헌 고찰은 전통적인 육종 방식이 아프리카의 가을 군나방에 어떻게 작용하고 있는지를 파악하기 위해 수십 년간 흩어져 있던 연구들을 하나로 모았습니다. 저자는 수천 건의 과학적 기록을 검토하였으며, 그중 전통적인 방식으로 옥수수를 육종하는 데 집중한 44개의 고품질 연구로 범위를 좁혔습니다. 목표는 어떤 육종 기술이 효과적인지, 어떤 식물 품종이 저항성의 핵심을 쥐고 있는지, 그리고 이러한 씨앗을 농부들의 손에 전달하는 데 있어 어떤 장애물이 있는지를 이해하는 것이었습니다. 이 검토는 과업이 어렵기는 하지만 꾸준한 진전이 이루어지고 있음을 확인해 줍니다. 연구자들은 옥수수의 저항성이 단순히 켜거나 끌 수 있는 단일 스위치가 아니라, 여러 다른 유전자들이 함께 작용하여 조절하는 복잡한 형질이라는 것을 발견했습니다. 이는 방어가 완전하기보다는 부분적이라는 것을 의미합니다. 즉, 식물이 면역력을 갖게 되는 것은 아니지만, 수확을 거둘 수 있을 만큼 충분히 공격을 견뎌낼 수 있다는 것입니다.

이 연구는 가장 성공적인 육종 프로그램들이 서로 다른 부모 식물의 최상의 형질을 결 조합하기 위해 특정 교배 전략을 사용한다는 점을 강조합니다. 과학자들은 강인한 식물 집단을 구축하기 위해 생존자가 가장 우수한 개체들을 반복적으로 교배하고 선택하는 '반복 선발(recurrent selection)'이나, 저항성이 있는 식물을 수확량이 높은 식물과 교배하여 품질 저하 없이 저항성을 전달하는 '역교배(backcrossing)'와 같은 방법을 사용합니다. 연구에 따르면, 유전자가 단순히 힘을 더하는 '가산적(additive)' 효과와 유전자가 놀라운 방식으로 상호작용하여 새로운 강점을 만들어내는 '비가산적(non-additive)' 효과 모두가 식물의 군나방 저항력에 역할을 합니다. 이러한 복잡성 때문에 육종가들은 도구를 신중하게 선택해야 합니다. 만약 저항성이 주로 더해지는 유전자에서 온다면 집단 전체를 개선하는 데 집중할 것이고, 만약 저-항성이 특정 부모의 조합에서 온다면 그 강력한 결합을 활용하는 하이브리드 종자를 만드는 데 집중할 것입니다.

이 검토는 효과적인 것으로 입증된 몇 가지 구체적인 저항성 원천을 식별합니다. 많은 유전 물질이 CIMMYT나 IITA와 같은 국제 연구 센터로부터 오는데, 이들은 줄기 천공충(stem borer)과 같은 다른 유사 해충에 저항하는 옥수수 계통을 개발하기 위해 수년간 노력해 왔습니다. 한 종류의 벌레와 싸우도록 육종된 식물들이 가을 군나방에 대해서도 자연적인 방어 능력을 보여준다는 사실이 밝혀졌습니다. CML71이나 CML125와 같은 특정 계통들은 강력한 저항성 후보로 부상했습니다. 이러한 식물들은 흔히 '항생성(antibiosis)', 즉 식물이 벌레의 성장을 해치는 물질을 생성하는 특성이나, '비선호성(non-preference)', 즉 식물의 냄새나 맛이 곤충에게 적합하지 않아 작물을 피하게 만드는 특성을 보입니다. 흥frustrating하게도, 지금까지 발견된 가장 저항력이 강한 품종 중 다수는 현지 농부들이 선호하는 백색 알곡을 생산하는데, 이 저항성의 정확한 메커니즘은 여전히 연구 대상입니다.

이러한 성공에도 불구하고, 앞으로 나아가는 길에는 상당한 장애물이 존재합니다. 이 검토는 자금 부족, 전문 장비의 부재, 숙련된 전문가의 부족으로 어려움을 겪는 아프리카 육종 프로그램의 현실을 명확히 보여줍니다. 저항성 품종을 만드는 데는 식물에 의도적으로 벌레를 침입시킨 통제된 조건에서의 테스트가 필요하며, 이는 노동 집약적이고 많은 지역에서 드문 특정 시설을 요구하는 과정입니다. 더욱이, 한 지역에서 나타난 식물의 저항성이 다른 지역에서도 반드시 유지되는 것은 아닙니다. 날씨와 토양 조건이 식물과 해충 사이의 상호작용을 변화시킬 수 있기 때문입니다. 이는 케냐에서 잘 작동하는 품종이 콩고민주공화국에서는 실패할 수 있음을 의미하며, 따라서 육종가들은 신뢰성을 확보하기 위해 다양한 환경에서 자신의 연구를 테스트해야 합니다.

또한 이 논문은 게놈 선택(genomic selection)이나 유전자 편집과 같은 현대 기술이 과정을 가속화할 수 있는 흥미로운 가능성을 제시하지만, 아프리카에서의 사용은 규제 장벽과 인프라 격차로 인해 여전히 제한적이라고 언급합니다. 현재로서는 가장 신뢰할 수 있는 경로는 식물을 교배하고 최상의 자손을 선택하는 세심하고 전통적인 작업입니다. 이 검토는 전통적인 육종이 단순히 실행 가능한 옵션일 뿐만 아니라, 아프리카의 식량을 확보하기 위한 필수적인 방안이라고 결론짓습니다. 이는 가용한 최상의 유전 자원과 개선된 테스트 방법을 결합함으로써 과학자들이 가을 군나방으로부터 살아남을 수 있을 만큼 강인한 옥수수 품종을 계속 개발할 수 있다고 제언합니다. 이 작업은 아직 끝나지 않았으며 해충은 여전히 심각한 위협으로 남아 있지만, 식물 자체의 방어 기제를 활용하려는 체계적인 노력은 아프리카 농업의 미래를 위한 현실적이고 지속 가능한 희망을 제시합니다.