에두아르도 블룸왈드 미국 데이비스 캘리포니아대(UC데이비스) 교수 식물과학부 연구팀은 유전자를 교정해 땅 속의 질소 대신 공기 중 질소를 자양분으로 삼는 벼를 개발하고 지난 7일(현지시간) 국제학술지 ‘플랜트 바이오테크놀로지’에 연구결과를 발표했다. 질소 비료를 토양에 뿌리지 않아도 된다는 의미다. 질소 비료는 벼의 생육을 좋게 해 수확량을 높이는 데 꼭 필요한 영양분이지만 온실가스인 아산화질소를 만들어낸다. 비료 사용을 줄여 온실가스를 감축하는 가능성을 제시한 연구결과다.
과학자들은 지구 온난화를 억제하는 농법을 찾는 데 공을 들이고 있다. 농경지가 늘어날수록 질소 비료 사용이 늘고 지구 온난화가 심해지기 때문이다. 최근에는 UC데이비스 연구팀처럼 유전자 교정 기술을 이용하는 연구가 속속 나오고 있다. 미국 조 바이든 정부는 농업 분야 기후변화 대책인 ‘AIM4C’라는 국제 이니셔티브를 주도하고 있다. 농업으로 인한 지구온난화 영향을 줄이자는 목표로 한국을 포함한 약 41개 국가가 참여하고 있다. 유전공학 기술을 통한 농업 혁신이 이니셔티브의 목표 중 하나다.
○ 농축산업, 전세계 온실가스 약 15% 배출
농업은 지구 온난화의 주요 원인이다. 영국 싱크탱크 채텀하우스의 분석에 따르면 전 세계 온실가스의 약 15%가 농축산업에서 배출된다. 전세계 인구가 늘어나면서 식량 수요 증가로 단위 면적당 더 많은 작물을 수확해야 하는 상황이다. 제초제와 비료 사용이 늘 수밖에 없고 이로 인한 온실가스 배출도 함께 늘어난다.
반대로 지구 온난화가 진행될수록 작물 생산량이 줄어든다. 예를 들어 지구 기온이 2도 상승할 경우 쌀 생산량이 최대 20% 감소할 것이라는 분석이 나온다. 지구 온난화가 진행되면 더 많은 제초제와 비료를 사용해야 하며 이는 지구 온난화를 가속화시키는 아이러니한 상황이 생기는 것이다. 농축산업에서 발생하는 온실가스 감축 요구 목소리가 높아지는 이유다.
올 4월 공개된 유엔 산하 ‘기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)’의 제6차 평가보고서 제3 실무그룹 보고서에 따르면 농업과 임업, 토지 이용 분야에서 연간 8~14Gt의 온실가스 감축이 가능할 것으로 예상된다. 구체적 감축 방안으로 유전공학 기술이 제시된다.
블룸왈드 교수팀이 개발한 기술도 이 중 하나다. 연구팀은 화학 분석과 유전체학을 이용해 벼에서 토양 박테리아의 질소 고정 활동을 촉진하는 화합물을 찾아내고 이 화합물이 식물체 내에서 만들어지는 경로를 밝혔다. 그런 뒤 화합물에 대한 유전자 교정을 진행했다. 공기 중 질소를 흡수하는 박테리아가 포함된 생물학 생성을 촉진하는 화합물이 벼에서 생성되도록 한 것이다. 그 결과 유전자 교정한 벼는 질소 비료를 사용하지 않고도 질소 비료를 사용한 벼와 동일한 생육 상태를 보였으며 수확량도 유사한 것으로 나타났다.
연구팀은 이 기술을 벼 외에 다른 식물에도 적용할 수 있을 것으로 기대한다. 블룸왈드 교수는 “식물은 믿기 어려울 만큼 훌륭한 화학 공장”이라며 “과도하게 사용되는 질소 비료를 줄일 수 있는 지속가능한 방법”이라고 말했다.
유전자 교정으로 물 사용을 줄이는 식물 종자를 개발했다는 연구도 나왔다. 미국과 영국, 호주, 중국, 이스라엘 국제 공동 연구팀은 지난 8일(현지시간) 동일한 토양 조건에서 심어진 곳의 수분 함량이 약 7.6%포인트(p) 더 높은 유전자 교정 식물을 개발하고 국제학술지 ‘실험식물학’에 밝혔다. 물 사용이 적은 작물에 대한 단서를 제시한다.
식물은 전 세계 담수 사용량의 70%를 사용한다. 지구 온난화로 일부 지역 극심한 가뭄으로 토양 수분 고갈 현상이 더 악화되고 있다. 식물은 기공이라는 잎의 구멍을 열어 탄소를 흡수한다. 기공이 열리면 식물이 흡수한 물도 빠져나갈 수 있는데, 이 과정에서 식물은 탄소를 흡수하는 것과 수분 손실 사이에서 절충안을 택하게 된다.
연구팀은 기공이 열릴 때 식물이 흡수한 물을 붙잡고 있을 수 있도록 유전자를 교정했다. 연구팀은 “담배와 콩, 쌀, 대두 등을 대상으로 한 실험에서 모두 비슷한 결과를 얻었다”며 “탄소 흡수를 늘리면서도 물 사용을 줄이는 방안”이라 강조했다.
유전자 교정 기술이 적용된 작물에 대한 규제 완화 움직임도 커지고 있다. 다른 종의 유전자를 주입하지 않는 방식으로 기존 유전자변형식품(GMO)과는 다르다는 것이다. 미국, 영국 등이 유전자 교정 작물 규제 완화를 추진중이다. 미국 농무부(USDA) 산하 국립식품농업연구소는 “유전자 교정은 작물의 수확과 기능성을 함께 높이는 유전공학을 가능케 한다”고 밝혔다.
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- 고재원 기자jawon1212@donga.com