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유전자 서열결정법(시퀀싱)의 원리, 현재와 차세대 기술, 서열결정법이 식물에 적용된 사례 리포트

작물분자육종학Please review all the plants that were completely or nearly sequenced and write a review article about current genome sequencing progress of a specific plantIntroduction분자생물학과 분류학, 육종학등 여러 생물학 학문과 분야에서 가장 유용한 기법 중 하나가 시퀀싱이다. 비단 생물학뿐만 아니라 피해자와 가해자의 신원을 파악해야 할 범죄학, 고고학, 고생물학 등 유전자 서열 분석이 필수적인 분야는 헤아릴 수 없다.최초로 전체 게놈의 시퀀싱이 이뤄진 식물은 생물학과 유전학에서 모델식물로 가장 많이 이용되는 애기장대(Arabidopsis thaliana)이다. 2000년 12월 네이처(Nature)에 해당 논문이 실려 식물 게놈 분석 시대의 서막을 알렸다. 그 이후 약 20년간 시퀀싱 기법과 기계, bioinformatics 알고리즘의 비약적인 발전이 이뤄져 2021년 기준 1000개의 식물 표본, 종(species)기준 788종의 식물이 완전한 게놈 해석이 이뤄졌으며, 겨우 20년이라는 짧은 시간을 고려하면 눈부신 성과라고 할 수 있다.Genomic analysis of A.thaliana하지만 지구상에 존재하는 발견된 현존하는 식물의 수는 무려 374,000 종에 달한다. 그 중 308,312종이 관다발 식물이며, 인간이 이용하는 대부분의 작물과 과수를 포함하며 지상식물의 다수를 차지하는 현화식물만 계산하더라도 295,383종이다. 결국 현재까지 염기서열이 완전히 분석된 식물은 지상식물의 극소수에 불과하다는 말이다. 따라서 퍼센티지를 증가시키기 위해서는 무어의 법칙처럼 유전자 분석기법과 기계, 알고리즘의 기하급수적 발전이 반드시 수반되어야 한다. 그러므로 이 글에서 기존의 시퀀싱 기법에는 어떠한 것들이 있으며, 어떠한 원리인지, 그리고 어떠한 발전이 있었는가를 소개하고, 이러한 유전자 서열결정법을 이용한 연구결과를 요약, 정보량인 생물의 염기서열을 우선 클로닝하고, 후에 목표한 유전자를 탐색하는 방식이였다. 이 과정에서 DNA library의 제작이 필수적인데 DNA library란 한 생명체의 모든 DNA의 조각의 클론 집합을 이라고 정의된다. 크게 생물의 모든 유전체를 포함하는 genomic library와 mRNA로 전사되는 DNA 서열만 가지는 cDNA library로 구분된다. 제작과정은 제작할 생물의 세포에서 DNA를 추출한 다음, 제한효소로 처리하고, 벡터를 통해 E.coli를 비롯한 박테리아로 이동한다. 살아있는 시료이므로 극저온(deep freezer)에서 보관되어야 한다.결과적으로 라이브러리의 박테리아의 극소수는 목표한 유전자 전체 서열을 포함할 것이며, 대다수는 서열의 일부나 아니면 전혀 포함하지 않게 된다. 따라서 유전자 서열을 특정하기 위해서는 매우 많은 수의 클론이 필수적이며, 또한 선별 과정에서 많은 시간과 자원, 노동력이 들어가게 되어 상당히 비효율적인 방식이다. 이러한 단점으로 후대 연구자들은 개선된 여러 시퀀싱 기법을 개발하였다.생어 시퀀싱 또는 다이디옥시 DNA 염기서열결정법이 지금까지도 흔히 이용되는 기법 중 하나이다. 실험에는 주형으로 작용할 타겟 유전자, 프라이머, dNTP, ddNTP(A, T, G, C), DNA polymerase가 실험관에 첨가된다. 간략한 과정을 설명하자면, 염기서열을 분석하고 싶은 DNA 절편을 주형으로 삼아 상보적 가닥을 만들어서 복제를 진행한다. 이 과정에서 dNTP가 이용되면 정상적으로 DNA 합성이 진행되지만, 3’에 하이드록시기가 결핍된 ddNTP가 서열에 첨가되면 phosphodiester bond를 형성하는데 필요한 하이드록시기가 없기 때문에 DNA 합성을 종결시킨다. 결과적으로 해당 유전자의 다양한 길이를 가진 절편이 합성된다. 이러한 절편을 젤 전기영동으로 분리할 수 있다.염기서열결정법은 비용과 시간이 많이 소요되는 과정이었으며 현재는 형광 염료로 태깅한 ddNTP를 이용함으로써 자동화가 가능했 이뤄진다. 각 뉴클레오타이드는 다른 색의 형광마커로 표시되고, 사슬의 신장을 막는 종결자를 포함한다. 생어와 달리 종결자는 일련의 화학적 반응으로 제거될 수 있어 가역적 반응이란 점에서 다르다. 먼저 타겟 유전자를 수백만의 작은 절편으로 절단하고 증폭시켜 근접한 무리를 형성하게 한다. 그 다음, 절편을 변형시키고, 프라이머와 DNA polymerase 그리고 특수한 뉴클레오타이드를 함유한 용액을 넣는다. 레이저의 에너지를 흡수하여 흥분한 분자들이 형광을 내면 신장과정에서 가장 마지막에 추가된 뉴클레오타이드가 가진 형광 파장이 방출된다. 종결자와 형광표지를 제거하고 다시 측정한다. 수십 만개의 DNA 그룹의 염기서열을 동시에 읽을 수 있기 때문에 생어 기법에 비해서 매우 빠르지만 이 기법만으론 짧은 DNA 절편만 읽어 온전한 chromosomal DNA mapping이 제한적이란 점이 있다.파이로 염기서열결정법은 DNA 합성 기작을 기반으로 하는 방법이다. DNA를 절편으로 절단한 다음 프라이머 서열을 가지는 연결자를 각각의 절편에 붙이고 단일가닥DNA로 만들며 시작한다. 그렇게 처리한 절편을 비드에 부착시켜 반응을 도울 화학물질 용액에 둘러싸이게 촉진한다. 그 후 에멀젼 PCR 과정을 통해 DNA를 증폭시킨다. DNA가 부착된 비드가 들어있는 각 미세 홈에서 DNA 합성이 진행된다. 기판 위에 특정 dNTP(A, T, G, C)를 흘려보내서 뉴클레오타이드가 신장이 이뤄지고 있는 사슬에 더해지면, 형광이 방출된다. 미세 홈에서 방출된 형광은 측정기기로 측정된다. 이러한 형광의 세기는 첨가된 dNTP의 수에 비례한다.3세대 염기서열결정법에는 몇 가지가 있지만 대표적으로 나노포어 서열결정법은 개별 DNA의 염기서열을 읽을 수 있는 기법이다. 단일 DNA를 나노포어에 통과시킨다. 한번에 한 염기가 통과할 때마다 전류의 교란이 일어나는데, A, T, G, C에 따라서 특징적인 교란을 가지고 있어 교란의 패턴을 분석해서 나노포어를 지나가는 서열을 읽을 수 있다. USB의 교잡과 시퀀싱을 통해 잡종강세를 연구하였다. 특히 표현형에 영향을 주는 잡종강세 중 초장에 대해 집중적으로 분석하였다. 4개의 품종에서 기원한 두 F1을 분석한 결과 high parent heterosis(HPH)보다 mid parent heterosis(MPH)의 초장, 잎과 꽃의 숫자, 엽면적을 비롯한 형질들이 우세한 것으로 나타났다. 유전자 서열분석을 통해 밝혀낸 differentially expressed genes(DEGs)에서 대부분의 유전자들이(75.9%) 비상가적(non-additive), 경향을 보여주었다. 또한 gene ontology(GO)를 통해 초장에 영향을 줄 후보군 유전자를 추적할 수 있었다. 그러한 유전자에는 SAUR68-like, vicilin-like antimicrobial peptides 2-2 protein 그리고 disease resistance RPP13/1 이 포함되어 있었다. 이러한 유전자를 교배를 통해 집적하거나 유전자 편집을 통해 knock down 또는 overexpression을 유도해 시장에서 요구하는 최적의 초장을 가지는 백합을 균일하게 생산할 뿐만 아니라 연관되어 있는 상업적, 재배학적으로 큰 중요도를 가진 꽃, 잎의 개수 형질까지 개선할 가능성이 있어 원예시장과 육종에서 매우 활용도가 높은 연구결과로 보인다.Chloranthales는 Core angiosperm에서 5개 밖에 없는 목에 속하는 매우 큰 분류군임에도 불구하고 2021년에 발표된 논문 이전까지는 이 목에 속하는 어떠한 종도 핵염기서열이 완전히 분석된 적이 없었다. 게놈 유전자 분석결과, 여러가지 식물분류학과 생물학적으로 유의미한 사실들을 연구팀이 밝혀냈다. 첫번째, 암보렐라와 Vitis, 그리고 Chloranthales는 매우 유사한 synterny를 가지고 있다는 점이였다. 따라서 초기에 분화한 원시적 식물군과 많은 유전적 유사성을 가지고 있다. 두번째 성과는 원시적 식물과 종분화하기 이전Chloranthales가 공유하는 한 who목과 수정을 통해 잡종을 형성했을 가능성이 있다는 점이다. 진화식물학과 분류학에서 매우 큰 발견이며 아래 분기도를 수정해야 할 근거로도 해석할 수 있다.Cladogram of angiospermChloranthus spicatus (Chloranthales)ReferenceCampbell biology 10th edition유전학 입문 4th edition (life science)https://www.nature.com/articles/s41477-021-01031-8 Hyperlink "https://www.biotaxa.org/Phytotaxa/article/view/phytotaxa.261.3.1" https://www.biotaxa.org/Phytotaxa/article/view/phytotaxa.261.3.1 Hyperlink "https://www.cell.com/trends/plant-science/fulltext/S1360-1385(21)00281-8" https://www.cell.com/trends/plant-science/fulltext/S1360-1385(21)00281-8 (2021/11/12, Yanqing Sun and others) Hyperlink "https://www.nature.com/articles/550179a" https://www.nature.com/articles/550179a Hyperlink "https://www.inaturalist.org/taxa/886874-Chloranthus-spicatus" https://www.inaturalist.org/taxa/886874-Chloranthus-spicatus Hyperlink "https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8626473/" https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8626473/ Hyperlink "https://www.nature.com/articles/s41598-0

자연과학| 2024.07.18| 6페이지| 3,200원| 조회(137)

DNA, 생물학, 유전자, 리포트, 식물학, 생어, 시퀀싱, 서열결정법, 작물분자육종학

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생물모방학 - 자개의 기능과 구조, 및 생물모방학적 적용사례

Biomimetics: NacreContent What is Mollusca Cultural importance Anatomy Shell Nacre Uses of nacre Chemical composition of shell Abalone Structure of abalone Future prospect application QnA ReferenceMollusca Definition: large phylum(2 nd largest invertebrate, biggest in aquatic ecosystem) first appeared in Cambrian period(538M) that has soft, unsegmented body, and lives in humid environment. Mostly possess external calcareous shell. slow, soft body with high nutritional value (protein and calcium), found in all types of ecosystem Perfect source of food that support system Thus shell is their primary defense mechanismCultural importance of molluscs Currency (native American, Polynesian until 19 th century, ancient Asia) Decoration, ornament ( 나전칠기 ) Cosmetic (snail slime) Agriculture – eco friendly alternative to herbicide Musical instrument (trumpet, ….) Religious symbol Textile(sea silk) Pigment(Tyrian purple)Anatomy Nacre found in both gastropod and Bivalvia but shows significant diffeidentical Mantle is responsible for formation of nacreUse of nacreUse of nacre – mother of pearl lacquerwearChemical composition of shell Aragonite Calcite Metastable Stable More soluble, weaker to acid Less soluble acid resistant Nacreous/lamellar Porcelaneous Smooth, iridescent White, chalky Chemical formula: CaCO3 Chemical formula: CaCO3Abalone Marine gastropod family of approximately 230 species. Low and open spiral structure with several pores. Smallest species grow up to 2cm while largest species can be up to 30cm( H. rufescens ). Beautiful and characteristic nacre layer. Flesh being delicacy in many cultures.Structure of abalone Keywords Explanation Image diagram Biomineralization hierarchical structure Strengthened brittle and fragile CaCO3 with organic material and ingenious design. “ brick mortar ” hexagonal aragonite tiles are cemented by organic matrix of conchiolin polysaccharide and protein fiber. Iridescences (structural color) Thickness of aragonite tiles are close to wre on the shell, the outer calcite layer breaks in linear manner while inner aragonite layer breaks in zig-zag fashion. Thanks to shape of aragonite platelet and adhesive gluing them tightly. Effectively dispersing impact and damage. Double or triple layer of 10nm width adhesive not only minimizing impact but controls damage in favorable way. Due to more surface area and less gap, it is much easier to restore integrity. Significantly increases survival rate Shape of shell Abalone shell is round, convex with well defined arch and flattened shape. Very unique considering being gastropod. This shield like shape also contributes to robustness of its shell. Anisotropic shape gives varying strength depend on angle and region.Future prospect application (biomimetics) Climate change ocean acidification – though to endanger Mollusca species, but recent studies revealed the change will have minute effect or none. Important in terms of CO2 neutralization sequestration in carbon cycle Safe durable떻게 해결할 것인가 A.transgenic 생물 (yeast, E.coli, 달팽이 ) 을 통해 대량생산이 이론적으론 가능하지만 자개의 물리적인 특성이나 특징을 완벽하게 모방하면서 안정적인 대량생산을 하려면 실질적으론 연구가 더 수행되어야 할 것으로 보인다 . Q. 폐각 구조적 특징으로 인해 단단한다고했는데 갈아서 만들면 구조적 특징이 없어질텐데 어떻게 그 특징을 이용하는 것인가 A. 인공뼈같은 경우 이식받는 환자의 몸에 거부반응을 일으키지 않 는 생화학적인 biocompatible 한 특성이 더 중요하기 때문에 구조를 유지하기보다 자개 자체의 생물에 안전하고 안정적인 화학적 특성을 이용하는 것으로 보인다 . Q. 캐비어 수저로 철을 이용하면 맛이 변하지만 자개는 안 변하는 원리가 무엇인가 ? A. 캐비어는 약간의 염분을 포함해서 그러한 금속 이온성분으로 인해 스테인리스 식기와 만나면 불쾌한 감각을 일으킬 수 있을거라 보인다 (displacement reaction, 치환반응 ). 예를 들면 아말감으로 처리된 치아로 알루미늄 포일을 씹으면 찌릿한 것과 비슷한 원리일 것이라 추측된다 . Q. 자개를 미용 원료 측면에서 어떠한 효과가 있는가 ? A. 진주는 미백용도로 사용하기도 하지만 신뢰도 높은 연구결과는 많지 않아 효과가 의심스럽다 . Q. 나전칠기는 자개 , 즉 아라고나이트 층을 분리해서 옻칠을 통해 나무에 부착시키는 공예인데 , 열과 건조과정에서 손상되지 않는가 ? A. 자개가 자외선과 건조에 약한것은 사실이지만 워낙 견고한 구조이기 때문에 수십년은 버틸 수 있고 , 옻칠이 접착제이자 보호막으로 작용해서 자개를 외부 물질이나 자외선으로부터 일차적으로 보호해 줄 것으로 보인다 .Q. 나전칠기를 만들 때 진주층을 이용하는데 필요한 얇은 두께는 어떻게 만드는가 ? A. 열과 수분을 공급해서 쉽게 변형이 되는 상태로 만들고 , 큰 압력을 가해서 가공하기 좋은 판 형태로 성형해서 얇게 저민 뒤 , 세공해서 공예에 이용한다 . Q. 칼사이트가 1 차방어막인데 아라고나결과이다 . Q. 나전칠기 만들때 자개층을 오리는중에 변형이 생기면 어떻게하나 A. 변형이 이루어지긴 하지만 워낙 내구성이 뛰어난 구조를 가져 , 성형 후에도 색과 형태를 유지하며 , 자개는 상대적으로 물리적인 충격이나 열에 반응은 약한 편이고 산 , 자외선 등의 요인이 더 큰 변형을 일으킨다 . Q. 이매패류인지 복조류인지와는 상관없이 폐각의 바깥쪽은 모두 칼사이트인가 A. 자개를 가진 , 혹은 진주를 생산하는 조개는 자개층과 칼사이트 층을 둘다 가지고 있고 반대로 자개층이 없이 칼사이트 층으로만 이루어진 조개도 있다 . 하지만 심해에서 사는 이매패류는 심해의 막대한 압력과 열에 저항하기 위해서 더 강한 내구력을 가지기 위해서 산화철과 중금속을 포함하고 있는 경우도 있으며 , 복족류의 몇몇 종은 periostracum 이라는 패각 외부에 털같은 구조물을 추가적으로 가지기도 한다 . Q. 순수한 칼사이트와 아라고나이트는 무색인데 실제 패각은 다양한 색상을 가지고 있다 , 그러면 조개는 어떠한 원리로 색을 가지는 건지 , 아니면 어떤 오염물질이 있어서 색이 변하는 것인가 ? A. 패각 표면에 다양한 조류를 포함한 해양 부유생물이 부착되어 살아서 대부분의 패각은 얼룩덜룩한 색상을 띄는 경우가 많으며 , 색소를 포함한 먹이를 포식함으로써 그러한 색소가 축적되어 ( bioaccumulation) 색상을 띄는 경우도 있다 . 그 뿐만 아니라 , 연체동물 내부에서 스스로 색소를 합성해서 패각을 합성하는 과정에서 그러한 색소를 포함시켜 색상을 가지는 경우도 있다 . 이러한 경우는 종마다 가지각색의 특색있는 색상과 패턴을 가지게 된다 .Reference MIT: https://news.mit.edu/2015/why-seashell-mineral-forms-differently-in-seawater-0302 Nature communications: https://www.nature.com/articles/s41467-022-28711-z https://www.nature.co

자연과학| 2024.07.03| 19페이지| 3,000원| 조회(114)

생물학, 기능, 구조, PPT, 발표, 해피캠퍼스, 나전칠기, 조개, 자개, 생물모방학

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환경보전형식물생산학 - 기후변화에 있어 재해보험의 중요성과 보완점

환경보전형식물생산학 : 기후변화에 있어 재해보험의 중요성과 보완점농작물 재해보험은 낙농업과 농업에 종사하는 농부를 시장의 갑작스러운 가격변동이나 우박, 태풍 등의 재해로 인한 손해 또는 작물에 입은 손해를 보장해서 농업 기반과 인구가 붕괴하는 것을 막는 것을 목표로 한다. 특히 온실가스의 증가로 지구의 온도가 증가하고, 가뭄과 홍수 등의 극단적인 기상과, 태풍과 허리케인과 같은 대규모 재해가 규모면에서도 빈도수에서도 증가하는 것을 볼 때 이러한 정책은 국가의 식량안보와 농민의 소득을 보호하고 식량물가를 낮추는 측면에서 중요성이 더욱 증가하고 있다. 이러한 시대적 요구는 비단 한국에만 국한되는 것이 아니라 전세계에서 공통적으로 일어나는 현상이다.2022년 기준으로 농작물 재해보험에 대한 시장가치는 약 391억불로 추산되었다, 전문가들은 매년 8.7% 로 성장하여10년 안에 880억불 가치를 가진 시장으로 가파른 성장을 할 것으로 전망했다. 이러한 보험을 제공하는 주체는 전세계로 보았을 때, 기업이 가장 많은 비중을 차지했고 그 다음이 은행이었다. 최근 눈부시게 발전한 인공지능 분야와 드론, 인공위성 등의 기술이 접목되어서 위성사진을 분석해서 현재 작물 상태와 예상되는 수량, 재난이 발생할 시 수량이 감소하는 비중까지 예측이 가능해서 이러한 기술을 빠르게 적용하고 있다.세계적으로 농작물 재해보험의 수요가 빠르게 늘고 있고, 보험의 적용범위나 상품이 다양화하고 있고, 발전한 기술까지 적극적으로 도입하고 있는 한편, 한국의 농작물 재해보험의 규정은 어떻고, 현재 어떠한 문제점을 안고 있는가?작물 재해보험은 2001년에 처음 도입되어 복숭아, 귤, 포도 등의 과수부터, 인삼을 비롯한 약용작물, 사료용 옥수수와 쌀까지 다양한 작물들의 동해, 태풍, 우박으로 인한 손해를 보상하고 있다. 하지만 손해평가가 이뤄지고 실제 지급까지 걸리는 시일이 길고, 다양한 품목과 손해를 보장할 수 있는 상품수가 부족하며, 농민은 특히 폭염으로 인한 일사병, 모기나 진드기로 인한 질병, 미세먼지로 인한 호흡기 질환 등 기후변화로 인한 건강이상에 취약하므로 이러한 문제에 대해서도 공익적 성격의 보장 보험이 필요할 것으로 보인다. 마지막으로 현재 80% -90%의 보험금이 정부의 국고와 지방자치단체의 예산으로 충족되고 있고 나머지 금액만 농민들이 부담하고 있다. 이러한 사실은 앞으로 더욱 증가할 극단적 기상과 재난으로 인한 예산 확보의 문제, 전국적인 재난이 발생시 예산 범위를 넘을 가능성이 존재한다. 실제로 2002년과 2003년에는 각각 태풍 매미와 루사가 연이어 찾아오면서 광범위한 피해가 있었고, 사기업 보험사들은 큰 손해를 입어 작물 재해보험시장을 떠난 만큼 이러한 재난을 대비하고 시장에 빠르게 적응하고 기술을 적극적으로 도입하는 동시에 예산확보를 안정적으로 하기 위해서는 단순 국가주도에 의존할 것이 아니라 민간 보험사들의 참여도 적극적으로 증진시켜야 할 것으로 판단된다.ReferenceDemand for Crop Insurance in Developing Countries: New Evidence from India: Hyperlink "https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7821195/" https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7821195/농림축산부: Hyperlink "https://www.mafra.go.kr/english/1422/subview.do" https://www.mafra.go.kr/english/1422/subview.doNAIC: Hyperlink "https://content.naic.org/cipr-topics/crop-insurance" https://content.naic.org/cipr-topics/crop-insurance한국경제: Hyperlink "https://www.hankyung.com/article/202405263765i" https://www.hankyung.com/article/202405263765i이뉴스투데이: https://www.enewstoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=2132448https://www.alliedmarketresearch.com/crop-insurance-market-A06791

농/수산학| 2024.07.03| 2페이지| 2,500원| 조회(299)

태풍, 유기농업, 개발도상국, 식량안보, 지속가능성, 재해보험, 기후위기, 환경보전형..

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환경보전형식물생산학- 새로운 농업의 패러다임, 4차 농업혁명

환경보전형식물생산학: 새로운 농업의 패러다임, 4차 농업혁명과거와 달리 비대해진 인류 문명을 지속하고 지탱하기 위해서는 많은 자원과 조건이 필요하다. 하지만 안타깝게도 치명적이고 예측 불가능한 기후변화가 인간의 행위로 발생하고 있으며 그 변화의 속도가 대부분의 생물종이 적응가능한 속도 이상임을 IPCC가 발표한 연구로 명백히 증명되었으며, 그 이후로 후속연구나 미디어를 통해 많은 사람들이 인식하고 있다. 뿐만 아니라 빠르게 증가하고 있는 세계인구는 현재 생산 가능한 식량의 몇배가 필요한 반면 전세계 농업생산성은 기술과 지식은 빠르게 발전하고 있지만 사막화, 도시화로 인한 농경지 감소, 지력고갈 등의 문제로 인해 인구 증가 그래프의 가파른 기울기를 따라잡기엔 역부족이다.기존의 관행농법은 이미 학문적으로 정립이 완성되었고, 높은 수량과 효율, 기술적 발전의 혜택으로 자동화와 기계화라는 큰 장점을 갖췄다. 그렇지만 앞서 언급한 환경파괴문제와 지속가능성 등의 문제가 끊임없이 제기되어 등장한 것이 유기농법이다. 유기농법은 관행농법이 경시한 자원의 순환과 농경환경을 포함한 생태계를 고려하였으나, 유기농법의 구체적 방법론에 따른 지속가능성의 차이, 학문과 방법론으로써의 타당성이나 과학적 근거 역시 부족하고, 수량의 약 20% 감소라는 중대한 근본적 한계를 가지고 있다. 그러므로, 기존에 제시된 농법이나 이론으로는 다가오는 미래의 식량난을 해결하는 것이 불가능하다. 문명을 유지시키고 발전을 지속하려면 혁신적이고 새로운 패러다임, 즉 4차 녹색혁명이 필요하다.완벽한 솔루션은 아직까지는 없다. 하지만 농학자, 미래학자, 생명공학자, 경제학자 등 다양한 분야의 전문가들의 공통적인 담론은 인공지능, 딥러닝, 데이터 처리 및 예측 등의 컴퓨터 과학 분야와 유전자조작기술, 인공배양육을 비롯한 생명공학 분야를 가장 유력한 후보로 꼽고있다.Ranveer Chandra 박사가 언급한 정밀농법(precision agriculture)은 작은 규모의 농민들도 접근 가능한 수준의 예산과 기술력으로 정교한 데이터 계측, 방대한 데이터 처리, 예측으로 실시간으로 정밀하고 효율적인 관리가 가능하게 만드는 것을 목표로 했다. 결과적으로 적은 예산과 측정기기를 이용해서 비료와 제초제를 비롯한 자원, 토지이용효율을 최대화하고, 인간의 농작행위로 인한 환경파괴를 최소화할 것이라 밝혔다. 요약하자면, 기존의 농업 분야 스타트업과 달리 단순히 단편적이고 새로운 측정기기, 드론, 신품종, 인공지능 등을 개별적으로 도입하는 대신 농민의 입장에서 실현가능한 모든 요소를 유기적으로 통합한 하나의 시스템을 개발하였다. 실제 적용과 성공여부에 무관하게 이러한 접근법은 매우 타당해 보인다. 누구도 미래를 예측할 수 없지만 급감하는 농경인구, 경작가능한 토지면적, 이용가능한 민물, 궁극적으로 기후변화로 인한 이상기후의 증가로 인한 문제에 맞서 한국도 국민의 식량안보를 확보하고, 세계 식량, 종자시장에서 경쟁력을 갖추고 지속가능한 발전을 이루고 나아가서 선도하기 위해서는 이러한 접근법과 분야에 대해서 적극적인 연구와 투자가 이뤄져야 할 것으로 판단된다.Reference4.0 agriculture: Hyperlink "https://intellidigest.com/agriculture-4-0-the-fourth-revolution/" https://intellidigest.com/agriculture-4-0-the-fourth-revolution/National geographic: Hyperlink "https://www.nationalgeographic.com/foodfeatures/green-revolution/" https://www.nationalgeographic.com/foodfeatures/green-revolution/National geographic: https://education.nationalgeographic.org/resource/development-agriculture/History of agriculture(Johns Hopkins): Hyperlink "https://foodsystemprimer.org/production/history-of-agriculture" https://foodsystemprimer.org/production/history-of-agriculture

농/수산학| 2024.07.03| 2페이지| 2,500원| 조회(293)

유기농업, 패러다임, 식량안보, 지속가능성, 자원순환, 기후위기, 환경보전형식물생산..

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환경보전형식물생산학 - 현 작물 다양성의 소실과 다양성의 중요성

환경보전형식물생산학: 현 작물 다양성의 소실과 다양성의 중요성현재 생물학과 기반 시설의 발전의 비약적인 발전으로 Speed Breeding(SB), 반수체 육종법 등 획기적이고 새로운 육종법과 재배법이 매일같이 연구되고 발표되고 있다. 하지만 모순적으로 유전자 자원 소실은 시간이 지날수록 심각해지고 있다. 즉, 육종학의 발달로 새로운 품종의 개발의 속도는 전례 없이 빨라졌지만 전체적 품종 수는 오히려 급감했다. Cary Fowler의 강연에서도 나오듯 200년 사이에 7100종이 넘는 사과품종에서 300종 만이 남았다. 이러한 현상은 비단 과수에만 그치지 않고, 약초를 비롯한 특용작물, 식량작물, 원예작물 등 작물 전반에서 일어나고 있다. 그 원인에는 여러 요소가 작용했지만 주된 이유는 생산과 관리의 용의성, 시장과 대량생산의 요구 때문에 일부 품종을 제외한 나머지 모든 품종은 농장과 시장에서 외면당하는 일종의 선택압이 작용했기 때문이라 파악된다.하지만 왜 작물 다양성을 유지하는 것이 중요한 화두일까? 단순히 마트에서 고를 선택지가 늘어나는 것 이외의 장점이 있을까? 답변하자면 유전학적 측면에서 유전적 다양성은 매우 중요하다. 첫번째로, 두 계통의 품종을 교배해서 나온 잡종 자손이 수량, 저항성, 발달 속도 등 다양한 형질들이 모계, 부계보다 우수한 경우를 잡종강세(heterosis)라고 한다. 농업 분야에서 잡종강세의 이용은 옥수수, 쌀을 비롯한 광범위한 작물에 적용되면서 많은 혜택을 주었다. 예를 들면 인디카와 자포니카를 교배해서 나온 통일벼는 기존 벼 품종에 비해 30% 가량 수량이 증가하여 쌀 자급률을 증가시키는데 지대한 공현을 했던 바 있다. 이러한 잡종강세는 종간 또는 종내에서 유전적 거리가 멀수록 두드러지게 나타나며, 반대로 가까울수록 그 효과가 미미한 것으로 알려졌다. 따라서 작물의 유전적 다양성, 즉 품종이 소실될수록 잡종강세로 뛰어난 잡종 품종을 만들기가 어려워질 것이다.두번째 이유는 앞서 언급한 대로 시장의 선택에 의해서 급감한 품종 다양성은 유전자 병목현상(genetic bottleneck)을 일으킬 확률이 높기 때문이다. 유전자 병목현상이란 지진, 화산폭발을 비롯한 자연재해, 화전, 환경오염 등의 인위적인 원인으로 개체수가 사멸 직전 수준으로 급격하게 줄면 그 이후 개체수가 회복하거나 그 이상으로 증가하더라도 유전자풀 변화가 감소된다. 이 유전적 부동 과정에서 다양하고 유용한 대립유전자의 소실(fixation), 종분화의 감소, 유해한 돌연변이 대립유전자 빈도 증가를 야기해서 종과 개체군 전체 병해충, 멸종에 대한 취약성을 높인다. 식물은 영양체로 번식이 매우 쉽게 이뤄질 수 있단 장점이 있지만 한번 잃어버린 유전적 다양성은 다른 생물과 마찬가지로 회복되는데 매우 긴 시간이 소요된다.이러한 문제를 해결하기위해서 노르웨이와 한국에 두 곳에 시드볼트가 하나씩 지어졌지만 이러한 조치는 충분치 않다. 시드볼트는 저장된 씨앗에 대해서 연구나 증식을 수행하지 않으며 보관을 하는 그저 보조적 역할을 수행한다, 만일 인구가 예측치처럼 증가하고, 기후변화로 작물의 수량과 질이 낮아지면 국가가 보유한 식물자원의 다양성이 미래의 핵심자원이자 권력이 된다. 그런 만큼 국가별로 그러한 시설을 갖추고 있다. 하지만 그마저도 스발바르 시드볼트에서 설립 이후 첫 인출을 한 아프가니스탄처럼 여러 정치적, 기후적 위기를 겪어 소실되는 경우가 많은 실정이다. 또한 저온보관이 어려운 열대과수 종자나, 고구마 같은 영양체로 증식이 이뤄지는 작물은 보관이 어렵다는 근본적 한계도 있다. 전세계적인 기구(UN) 차원에서 이러한 보전, 연구, 증식까지 가능하고, 기존의 종자은행의 단점과 한계까지 보완한 새로운 범인류적 시설을 마련할 필요가 있어 보인다.Reference시드볼트 (시드볼트운영센터, 시월, 2022)씨앗의 승리 (소어 핸슨, 에이도스, 2016)

농/수산학| 2024.07.03| 2페이지| 2,500원| 조회(277)

생태계, 종다양성, 반수체, 종자은행, 유전자침식, 육종법, 자원순환, 환경보전형식물..

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