Breeding maize genotypes for fall armyworm (Spodoptera frugiperda Lepidoptera: Noctuidae) resistance through conventional approaches: A systematic review
PRISMA 2020 가이드라인을 따르는 본 체계적 문헌 고찰은 사하라 이남 아프리카 내 옥수수의 군벌나방 저항성을 위한 전통적 육종 접근법을 평가하며, 반복 선발 및 역교배와 같은 방법을 통한 상당한 진전을 확인하는 동시에 소농의 식량 안보를 지속하기 위해 해결되어야 할 제한된 자금 및 인프라와 같은 결정적인 제약 요인들을 강조한다.
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사하라 이남 아프리카의 광활한 농경지에서 옥수수는 단순한 작물 그 이상입니다. 이는 수백만 명에게 에너지를 제공하고 수억 명의 소농들의 생계를 지탱하는 일상생활의 근간입니다. 수 세대 동안 이 식량 공급의 안정성은 해충에 의해 위협받아 왔으나, 2016년에 새롭고 공격적인 침입자가 도착했습니다: 바로 군말로 불리는 '아프리카 옥수수나방(fall armyworm)'입니다. 아메리카 대륙이 원산지인 이 곤충은 아프리카 대륙을 빠르게 가로질러 이동하며, 옥수수 잎을 먹어 치워 수확량을 40% 이상 감소시킬 수 있습니다. 농부들은 화학적 살포를 통해 맞서 싸우려 노력해 왔지만, 이러한 방식은 종종 너무 비싸고 환경에 해로우며, 해충이 내성을 발달함에 따라 점점 더 효과가 떨어지고 있습니다. 유전자 변형 작물이 규제 및 사회적 장벽에 직면한 지역에서, 가장 신뢰할 수 있는 전진 경로는 식물 자체에 있습니다. 과학자들은 오래전부터 일부 옥수수 품종이 곤충의 공격을 견뎌내는 자연적인 능력, 즉 '기주 식물 저항성(host plant resistance)'이라는 형질을 가지고 있다는 것을 알고 있었습니다. 이 저항성은 식물을 난공불락의 요새로 만드는 단일 스위치가 아니라, 식물을 덜 매력적이거나 덜 영양가 있게 만들어 유충의 공격 속에서도 식물이 살아남아 알곡을 생산할 수 있게 하는 복잡하고 유전적인 방어 기제입니다.
콩고민주공화국 대학의 연구진은 이러한 자연적 방어력을 활용하기 위해 전통적인 육종 방법을 사용하는 과정의 진척도를 지도화하기 위해 연구를 시작했습니다. 그들은 새로운 유전자를 발명하거나 실험실 수정에 의존하지 않았습니다. 대신, 그들은 기존의 과학적 연구들을 체계적으로 검토하여 전통적인 육종이 어떻게 군말로 견딜 수 있는 옥수수 품종을 만드는 데 사용되어 왔는지 이해하고자 했습니다. 수천 건의 연구 데이터를 수집하고 분석함으로써, 그들은 열대 및 아로피컬 조건에서 저항성을 위해 옥수수를 육종하는 데 초점을 맞춘 44개의 핵심 보고서를 식별했습니다. 그들의 연구는 도전 과제가 막대하지만, 상당한 진전이 이루어졌음을 확인해 줍니다. 연구진은 육종가들이 저항성에 필요한 유전적 형질을 가진 특정 옥수수 계통과 집단을 성공적으로 찾아냈음을 발견했습니다. 이러한 저항성 자원들은 흔히 줄기 천공충(stem borers)과 같은 유사한 곤충과 싸우도록 이미 육종된 옥수수를 조사하는 과정에서 발견되었는데, 이는 자연이 종종 관련된 문제들에 대해 중첩된 해결책을 제공한다는 점을 시사합니다.
이 연구는 이 저항성의 유전적 청사진이 매우 복잡하다는 것을 보여줍니다. 단일 유전자에 의해 제어되는 단순한 형질과 달리, 군말에 대한 저항성은 여러 유전자가 함께 작동하며, 어떤 것들은 효과를 더하고 다른 것들은 더 복ла적인 방식으로 상호작용하며 조절됩니다. 이러한 복잡성 때문에, 연구진은 육종가들이 이러한 형질을 고수량 품종으로 옮기기 위해 특정한 전략을 사용해야 한다는 것을 발견했습니다. 그들은 서로 다른 식물들을 교배하여 어떤 조합이 가장 강한 자손을 낳는지 확인하는 정교한 계획인 '구조적 교배 설계(structured mating designs)'에 의존합니다. 어떤 접근 방식은 여러 세대에 걸쳐 저항성을 점진적으로 구축하는 데 집중하는 반면, 다른 방식은 두 계통이 교배될 때 나타나는 활력을 활용하여 잡종 품종을 만드는 것을 목표로 합니다. 이 검토 논문은 전통적인 교배 방법과 환경이 식물의 방어력에 미치는 영향에 대한 깊은 이해를 결结合한 프로그램들이 가장 성공적이었다는 점을 강조합니다. 한 지역에서는 해충에 저항하는 품종이 강수량, 온도, 그리고 해충 발생 강도에 따라 다른 지역에서는 어려움을 겪을 수 있습니다.
이러한 성공에도 불구하고, 앞으로 나아가는 길에는 장애물이 존재합니다. 연구진은 사하라 이남 아프리카의 많은 육종 프로그램이 자금 부족, 불충분한 인프라, 그리고 전문 인력의 부족으로 인해 제약을 받고 있다고 언급했습니다. 수천 그루의 식물을 해충에 테스트하기 위한 통제된 환경을 구축하는 것은 노동 집약적이고 비용이 많이 들며, 많은 국가 프로그램들이 이 작업에 필요한 시설을 유지하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 더욱이, 초기 저항성 종자를 제공받기 위해 국제 센터에 크게 의존하고 있는데, 이는 때때로 현지 농업 조건에 완벽하게 부합하지 않는 품종으로 이어질 수 있습니다. 이 연구는 유전적 잠재력이 존재하더라도, 이를 실현하기 위해서는 현지 연구 역량을 강화하고 저항성을 선별하기 위한 도구를 개선하는 데 집중적인 노력이 필요하다고 제안합니다.
이 검토 논문은 전통적인 육종이 아프리카의 옥수수를 보호하기 위한 가장 접근 가능하고 지속 가능한 전략이라고 결론짓습니다. 이는 값비싼 기술이나 복잡한 규제를 요구하지 않으므로, 대륙을 먹여 살리는 소농들에게 적합한 방법입니다. 연구진은 최적의 저항성 계통을 계속해서 식별하고 교배함으로써, 육종가들이 군말에 대한 보호와 농부들에게 필요한 높은 수량을 모두 제공하는 품종을 개발할 수 있다고 밝혔습니다. 비록 이 작업이 아직 끝나지 않았지만, 이 검토를 통해 수집된 증거는 명확한 로드맵을 제시합니다: 저항성의 복잡한 유전학을 이해하고, 이를 테스트하는 데 필요한 인력과 시설에 투자함으로써, 수백만 명의 식량 공급을 확보하는 것이 가능하다는 것입니다. 사하라 이남 아프리카 옥수수의 미래는 자연의 방어력을 가장 파괴적인 해충 중 하나로부터의 방패로 바꾸려는 이러한 꾸준하고 체계적인 노력에 달려 있습니다.
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