조직배양 - 과수 및 임목 조직배양의 특징

  식물조직배양에 대한 연구는 20세기 초기에 시작되어 1970년 이후 급속히 확산하였지만, 몇 가지 기술적인 문제가 해결되지 못하여 큰 발전이 없었다. 그러나, 1970년 후반에 이러한 기술적인 문제가 해결되면서 생물학적으로 광범위한 분야, 특히 고등식물을 연구 대상으로 하는 대부분의 분야에서 조직배양기술을 이용하게 되었다. 특히, 임목에서는 육종 분야에 광범위하게 이용되고 있다. 고전적인 육종 분야뿐만 아니라 유전공학적인 육종기법에서도 조직배양법은 필수적인 요건이 되고 있다. 오늘날 임목에 있어서 조직배양기술의 이용은 대량증식, 체세포 배의 유도, 외래 유전자의 도입에 의한 신품종 개발, 세포배양에 의한 유용 2차 대사산물의 생산, 배양조직의 초저기온 저장에 의한 유전자원 보존 등 매우 다양하며 임목육종분야에 크게 기여하고 있다. 일반적인 임목의 개량은 생장이 빠르고 재적수확량이 많은 품종, 재질이 우수하고 내병성이 강한 품종, 그리고 조경수나 화목류와 같이 특수 목적에 적합한 우수 품종의 육성에 중점을 두고 있으며, 이를 위하여 전통적으로 선발육종, 도입육종, 배수체 및 돌연변이 육종법 등이 이용되고 있다. 수종에 따라 차이가 있지만 유전적으로 우수한 개체를 선발하여 조성한 제1세대의 개량 효과는 대개 15~30%로 추정하고 있다. 차대검정에서 우수목으로 선발된 개체의 성숙목을 클론 증식시킬 경우 훨씬 높은 개량 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 선발목 자체를 증식시킬 경우 높은 개량 효과를 얻을 수 있고, 삽목이 잘 되는 수종의 경우 잡종강세가 나타나는 1세대 교잡종을 선발하여 삽목으로 번식시킬 수 있지만, 삽목이 어려운 수종의 경우에는 조직배양을 통하여 개량 효과를 높일 수 있다. 이와 같은 영양번식의 문제는 조직배양법을 이용하여 해결할 수 있으며, 이에 따라 삽목이 어려운 임목의 육종효과도 개선될 것으로 기대된다. 선발한 우수 품종을 조직배양법으로 대량 생산함으로써 채종원 조성 기간이나 종자생산 기간을 단축할 수 있고, 유전획득량이 높은 클론만을 증식 보급함으로써 임목의 개량 효과에 크게 기여할 수 있다. 현재까지 100여 속의 임목류에서 조직배양을 이용하여 영양번식이 성공적으로 이루어졌으며, 주로 경제조림수종, 유실수, 특용수종 및 희귀수종을 대상으로 연구되어 왔다. 차대검정한 후 우수한 클론으로 판정된 개체를 기내 증식하여 보급할 경우 유전획득량이 80% 이상일 것이라고 추정하고 있다. 1930년대에 임목의 조직배양이 시작되어 최근까지 다양한 종의 임목에서 그 배양방법이 확립되어 왔다. 그러나, 1968년에 이르러서야 Winton에 의하여 비로소 3배체 사시나무의 캘러스배양으로부터 진정한 식물체를 획득할 수 있었으며, 그 후에도 몇몇 수종에서 조직배양이 가능하였고 기내에서의 기관분화와 식물체의 재분화가 가능하였다는 보고가 있었다. 초기에 시도된 임목 조직배양의 결과에서 보는 바와 같이 1년생 초본류와는 달리 기관분화가 어려운 것으로 나타났고, 조직의 노령화 또한 기내 분화를 억제하는 한 요인으로 나타났다. 일반적으로 종자 속에 있는 배, 자엽, 배축 및 어린 식물체의 눈과 같은 어린 시료들이 성숙목의 조직보다 기내에서 재분화가 훨씬 쉽게 일어났다. 이러한 이유로 임목의 영양번식에서는 시료의 유령화가 특히 중요시된다. 그러나, 대량증식을 위한 유식물체의 사용은 분화연구에는 상당한 이익이 될지 모르지만, 성숙목으로서의 가치가 확인되지 않은 단계에서 사용되므로 형질이 좋지 않은 개체를 대량으로 증식시킬 위험이 있다. 이러한 점을 해결하기 위하여 선발목의 차대로부터 유식물체를 영양번식에 사용하는 방법이 제안되었다. 이 접근방법 역시 우수한 클론을 증식시키는 측면에서 안전한 방법이라고 할 수 없는데, 그 이유는 임목의 경우 유전적인 변이가 차대에서 다양하게 나타나기 때문에 선발목이라고 하여 차대에서 모두 우수한 형질로 나타나지 않을 가능성이 있기 때문이다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 최선의 방법으로 유식물단계에서 그 개체의 우수성을 판정할 수 있는 초기 선발법과 노령목의 조직을 쉽게 배양할 수 있는 기술의 개발을 들 수 있다. 초기 선발법은 적용할 수 있는 판정 기준으로 성숙목의 생산성과 관령이 있는 동위 효소분석 또는 분자생물학적인 표지유전자 등의 방법을 들 수 있다. 임목의 유전적인 특수성에서 비롯되는 유형화된 우수 클론의 선발 문제 해결은 이러한 표지 유전자들의 개발 가능성에 달려 있다. 사용할 수 있는 표지 유전자들의 개발과 유식 물체를 이용한 기내배양기법을 함께 적용함으로써 임목의 대량증식은 한층 더 용이해질 것이다. 식물체의 대량증식은 캘러스, 조직, 세포 또는 원형질체의 배양을 통하여 이루어질 수 있다. 일반적으로 임목의 조직은 기내배양이나 분화유도가 어려워 대량증식에 잘 이용되지 않지만 캘러스나 기관은 임목의 대량증식에 성공적으로 이용되고 있다. 초기에는 캘러스배양이 많이 사용되었지만, 최근에는 대체로 배, 자엽, 눈의 생장점과 같은 기관의 배양에 의하여 대량증식이 이루어지고 있다. 세포나 원형질체의 배양은 임목의 대량증식에 잘 적용되지 않았다. 그 이유는 임목의 영양번식에 있어서 유전적인 안정성이 중요하기 때문이며, 장기간 세포를 배양할 때 일반적으로 유전적인 변이가 많이 발생하는 반면, 기관이나 생장점배양은 비교적 낮은 유전변이를 나타내기 때문이다. 약이나 배우체 또한 기관배양의 재료로 이용되는데, 이는 반수체를 유도할 목적으로 이루어지고 있다. 이 경우 교잡에 의해서는 얻기 어려운 동질열성 유전자형을 가진 개체를 유도함으로써 단기간에 순계를 생산하게 하여 잡종강세의 F1을 생산하여 육종연한을 크게 단축할 수 있다. 대량증식은 기관분화나 체세포배 유도에 의하여 이루어진다. 기관분화는 식물체로의 발달 과정 중 줄기와 뿌리의 분화가 서로 다른 시기에 일어나는 경우를 말한다.