삼양그룹 장학재단인 수당재단은 ‘제35회 수당상’ 수상자로 황일두 포항공과대 생명과학과 석천석좌교수와 조성배 연세대 컴퓨터과학과 교수를 선정하고 지난 27일 서울 중구 롯데호텔 서울에서 시상식을 열었다고 밝혔다. 수당상은 삼양그룹 창업자 수당 김연수 선생의 산업보국과 인재육성 정신을 계승하기 위해 제정됐다. 국가와 사회발전에 이바지한 연구자를 매년 2명씩 선정해 각각 상금 2억원과 상패를 수여한다. 기초과학 부문 수상자로 선정된 황 교수는 식물의 대표적인 발달 생장 호르몬인 ‘사이토키닌’ 신호 전달원리를 밝혀내는 등 식물 발달 생물학 발전에 기여한 공로를 인정받았다. 응용과학 부문 수상자인 조 교수는 데이터의 모양이나 패턴을 추출하는 ‘컨볼루션 신경망’과 데이터의 변화 흐름을 분석하는 ‘장단기 메모리 순환 신경망’을 결합해 실제 산업 현장의 문제를 해결한 연구로 학계의 주목을 받고 있다. 김윤 수당재단 이사장은 “끊임없는 탐구심과 포기하지 않는 도전정신으로 훌륭한 업적을 남기신 두 분께 감사와 경의를 표한다”며 “앞으로도 깊이 있는 연구로 학계 발전을 이끌고 후학 양성에도 정진해 수당상의 인재육성 정신을 이어가길 기대한다”고 말했다.

99% 수입 의존 밀, 육종저온처리 기술로 품종 개발기간 46% 단축자급률 높이고 경제 효과 153억 생장 유전자 조절로 토마토 생산성 쑥희귀병 치료 인공유전자 합성기술 개발1만 3000여 발효미생물 보급기반 확보식품안전·생물자원 주권 두마리 다잡아 먹거리는 우리 삶의 매우 중요한 부분이지만 정작 농업에 대한 연구개발(R&D) 성과는 화려한 첨단 산업에 가려 저평가되는 경향이 있었다. 올해 ‘국가연구개발 우수성과 100선’에 농업과학기술 연구 성과 5건이 포함돼 눈길을 끌었다. 라면·빵 등 일상에서 정말 많은 소비가 이뤄지지만 한국이 99% 수입하는 밀의 품종 개발 기간을 획기적으로 줄여주는 밀 ‘스피드 육종’(speed breeding) 기술이 농촌진흥청의 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 농산물의 생산성을 향상시키고 희귀병 예방과 치료 등에 활용하는 고부가가치 인공유전자 합성 기술도 대학과 손잡고 개발에 성공했다. 미래 농산업 성장동력이자 한국의 식량 안보에 크게 기여할 올해 한국을 빛낸 농업 R&D 대표 5선을 소개한다. 세계 최초 밀 ‘스피드 육종’ 기술품종당 연구개발비 4.2억 절감 11일 농진청에 따르면 농진청이 단독 수행(2건)하거나 대학과 공동수행(3건) 연구로 ‘우수 R&D 성과 100선’에 뽑힌 것은 모두 5건이다. 생명·해양 분야 4건, 순수기초·인프라 분야 1건이다. 농진청 산하 국립식량과학원 차진경 연구사가 개발한 세계 최초 밀 ‘스피드 육종’ 기술은 품종개발 기간을 단축하기 위한 조기 육종 시스템이다. 육종에 저온처리 기술을 도입해 밀 품종 개발 기간을 기존 13년에서 7년으로 46% 단축했다. 이 성과는 식물학 세계 3대 학술지 ‘모레큘러 플랜트’(Molecular plant)에 논문이 실리기도 했다. 그동안 밀 품종 개발 기간은 2000년대 이전부터 지금까지 동일하게 13년으로 답보 상태에 있었다. 이 때문에 전 세계적으로 가을재배형 밀 재배에 시간적·경제적 비용이 많이 들었다. 특히 국내는 밀 자급률 제고를 위해 고품질 품종 개발이 시급한 상태였다.이번에 신속 육종 시스템이 개발되면서 연중 4회의 세대 촉진 기술이 확립돼 품종 개발의 효율성이 크게 높아졌다. 특히 밀 품종의 조기 개발과 농가 실증을 통해 수요자의 참여도 이끌어낼 수 있게 됐다. 육종 연한이 13년에서 7년으로 5년이나 단축되면서 품종개발에 투입되는 비용과 신품종 조기 개발에 따른 비용도 크게 절감될 것으로 예상된다. 농진청 관계자는 “품종 당 연구개발비 4억 2000만원의 절감되는 것은 물론 5년간 153억원(연간 25억 5000만원)의 경제적 파급효과로 창출될 것으로 전망된다”면서 “기후변화 대응을 위해 국산 밀 품종 조기개발을 통해 자급률을 높이고 식량 안보를 확보하는데도 기여하게 될 것”이라고 설명했다. 맞춤형 유전자 디자인 원천기술 개발농산물생산성·동물백신·희귀병치료제제약사·생명공학기업에 2억 기술이전 농진청과 성균관대 이동엽 교수팀은 농산물과 질병 등에 맞춤형 합성 유전자 디자인의 원천기술을 개발해 백신, 유전자 치료제, 식품 등 다양한 생명공학 기업과 바이오제약 기업에 2억원에 달하는 기술을 이전했다. 농생명체의 생산성 향상과 유전자 개량, 동물백신 개발, 희귀질환 유전자 치료제, 백신개발의 중요성은 이미 산업적 유용성을 인정받아 수요가 크게 늘었지만 인공 유전자 합성 기술은 표준화나 인증 기준이 없고 기술장벽도 높아 활용이 쉽지 않았다. 연구팀은 균주에 다양한 특성이 나타날 수 있는 환경 조건을 통합적으로 설계할 수 있는 합성 유전자 기술을 개발했다. 또 기업 등 사용자들이 자신의 연구 목적에 맞게 기능을 선택할 수 있도록 그래픽사용자인터페이스(UGI)를 통합 웹 기반 유전자합성 앱도 개발했다. 연구팀은 희귀질환 유전자 치료제 개발 선도기업인 글로벌제약사 다케다제약에 기술 이전을 한데 이어 차세대 백신 개발기업인 그리스톤과 국내 그린바이오 선두 기업인 CJ제일제당 등 국내외 다국적 기업에 1억 9828만원의 기술을 이전했다.토마토 육종으로 글로벌 경쟁력 업더 크고 더 달게…중량 60%·당도 25%↑ 토마토 등 농산물의 생산성 향상에 크게 기여해 글로벌 경쟁력을 키우는 기술 개발도 이뤄졌다. 농진청과 경희대 황일두 교수팀은 생장 유전자 조절을 통해 더 크고 달달한 토마토를 육종하는데 성공했다. 토마토에서 식물 에너지 분배 통로인 체관을 제어하는 유전자 단백질의 기능을 밝혀내 식물의 생육에는 영향을 미치지 않으면서 작물의 생산성은 크게 향상시키는 기술을 개발한 것이다. 그 결과 토마토 과육은 37%, 중량의 60%, 당도는 25%나 더 높아졌다. 이 기술은 토마토뿐만 아니라 콩, 벼, 옥수수 등 유용한 작물에도 활용 가능해 보편적인 작물 생산량 증진에 기여할 것으로 기대된다. 연구는 식물 과학 분야 인용지수 세계 4위 학술지인 플렌트바이오테크놀로지에 논문이 게재됐고 체관 조절 유전자 국내 특허도 출원했다.유전자교정으로 웅성불임벼 대량 생산저비용·고효율 3세대 잡종벼 생산 기여 균일하고 우수한 벼 생산에 꼭 필요한 ‘일대잡종벼’(F1 잡종벼) 생산의 필수인 웅성불임벼 대량 생산 기술을 확보한 정기홍 경희대 연구팀과의 공동연구도 주목받았다. 유전자 교정으로 잡종벼 생산 기술을 개발해 작물 생산량을 증대할 수 있는 기반을 마련했다는 평이다. 벼 꽃가루 발아와 꽃가루 신장을 위한 핵심 조절 인자를 규명한 것 등 총 4건의 특허 출원이 이뤄졌는데 신규 지식재산권 확보로 세계 경쟁에서도 주도권을 쥐게 됐다. 다양한 작물에서 생산비 절감 등 저비용·고효율 3세대 잡종벼 생산 시스템 개발에도 기여할 것으로 전망된다.수입의존율 높은 발효종균 조사2년간 1.3만 미생물자원 데이터 구축식의약·환경소재 전후방산업 지원생산 유발 효과 9.6조 이를 듯 식품의 안전을 확보하고 국내 생물자원의 주권을 확립하기 위해 발효미생물 원스텝 보급 기반 플랫폼을 구축한 국립농업과학원 김소영 연구사의 성과도 100선에 이름을 올렸다. 앞서 2010년 유엔 생물성다양성협약 총회는 다른 나라가 소유한 생명자원을 활용할 때 해당 자원 제공국의 사전 승인을 받거나 로열티를 지불하도록 하는 ‘나고야의정서’를 채택했는데 2018년 8월 본격 시행되면서 미생물 자원의 안보와 식량안보 차원에서 국유자산화가 시급한 문제로 떠올랐다. 세계 발효식품 시장은 2025년 1조 3000억 달러(1700조원)로 성장할 것이 예측되는데 한국은 종균업체 정보부재와 품질저하 등으로 발효종균 수입 의존율이 매우 높다. 제과·제빵 효모는 95%, 장류·주류용 곰방이는 80%, 초산균 90%, 유산균 35%를 수입에 의존하고 있다. 김 연구사는 이런 점에 착안해 미생물자원(190주)의 발효·기능성·안전성 등 보유 특성을 조사해 2년간 1만 3586건의 데이터를 구축하고, 토종 발효미생물 정보를 공개해 식품뿐 아니라 미생물 관련 식의약·축산·환경개선 소재 등 전후방 산업 활용을 확대할 수 있도록 보급을 지원했다.특히 수요자들이 쉽게 발효미생물을 찾아 활용할 수 있도록 발효미생물 종합특성에 기반한 원스텝 보급 플랫폼인 대국민 정보 서비스 시스템 ‘농식품올바로’를 구축해 균주 등 200건을 분양하기도 했다. 농진청 관계자는 “1만 3000여 농생명 자원의 유용한 발효 미생물 정보를 보유와 함께 보급 기반을 구축·운영함으로써 얻는 생산 유발 효과는 9조 6000억원에 이른다”고 설명했다. 100선 선정 연구자에 사업평가 가점농진청 113건 우수 국가R&D 선정 100선에 선정된 연구자에게는 과학기술정보통신부 장관의 인증서와 현판이 수여된다. 관련 규정에 따라 사업 평가에서 가점이 주어지고, 3년간 연구 개발 과제 선정 과정에서 가점 부여 혜택을 누릴 수 있다. 농진청은 지금까지 국가연구개발 우수성과에 총 113건이 선정되는 성과를 이루며 국가기관으로서 농업 연구 개발을 선도하고 있다. 조남준 농진청 연구정책국장은 “고령화와 인구 정체에 따른 인구소멸 우려와 기후변화, 식량안보 등 농업이 직면한 현안 해결을 위해 농업·농촌과 관련된 과학기술의 연구 개발 성과 창출과 보급에 주도적인 역할을 다하도록 최선을 다하겠다”고 말했다.

온난화로 인한 기후변화는 물과 식량 부족 현상을 일으킬 것이라는 예측이 나오고 있다. 이 같은 상황에서 국내 연구진이 식물 체내 에너지 분배를 촉진시켜 작물 생산성을 높이는 방법을 개발했다. 포스텍 생명과학과 공동 연구팀은 식물 에너지 분배 통로인 체관의 수를 제어해 생산성을 높일 수 있다는 것을 증명했다고 20일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘플랜트 바이오테크놀로지 저널’에 실렸다. 지금까지 식물 생산성 증가를 위한 연구들 대부분은 식물 광합성 효율 향상, 스트레스 내성 증대, 과육 같은 저장 기관 발달 메커니즘 제어 등이었다. 문제는 식물이 쓸 수 있는 에너지는 한계가 있다는 점이다. 연구팀은 생산성 향상을 위해서 가장 중요한 것은 에너지 분배이며 이를 위해서는 식물 에너지 분배 통로인 체관을 제어하는 것이 필요하다고 판단했다. 연구팀은 애기장대라는 식물을 이용해 체관 발달 조절 및 억제 유전자 ‘JUL1’을 발견하고 토마토에도 똑같은 기능을 하는 유전자(SIJUL)가 있다는 것을 밝혀냈다. 연구팀은 SIJUL 조절로 토마토의 열매 수, 중량, 당도 등을 변화시킬 수 있다는 것을 확인했다. 연구팀에 따르면 SIJUL 유전자를 조절하면 식물 생육에는 영향을 주지 않으면서 작물 모양, 속성, 항산화 물질, 병충해 저항성 같은 유용 형질을 변화시킬 수 있다. 연구를 이끈 황일두 포스텍 교수는 “SIJUL 유전자는 관다발 식물 대부분이 갖고 있는 것으로 이를 조절해 체관 수, 에너지 분배를 최적화한다면 토마토뿐만 아니라 벼, 콩, 감자 등의 작물 생산성을 높일 수 있을 것으로 기대한다”며 “유전자 교정기술과 조직 배양기술을 이용해 시장에서 활용 가능한 SIJUL 기반 육종 소재 및 품종을 개발하기 위한 연구를 확대할 것”이라고 말했다.

국내 연구진이 식물을 두껍고 튼튼하게 만드는 생장 메커니즘을 밝혀냈다. 포스텍 생명과학과 황일두 교수팀과 대구경북과학기술원(DGIST), 독일 하이델베르크대 공동연구팀은 식물의 두께 생장을 조절하는 ‘형성층’이라는 줄기세포의 작용 메커니즘을 규명했다고 23일 밝혔다. 이번 연구에는 포스텍이 운영하는 학부생 연구 참여 프로그램을 통해 생명과학과 노재균 학생이 식물 형질분석 연구를 수행했다. 이번 연구결과는 식물학 분야 국제학술지 ‘네이처 플랜트’ 최신호에 실렸다. 형성층은 식물의 기둥과 뿌리에 있는 줄기세포로 형성층 세포가 분열하고 분화되면 식물 줄기가 굵게 발달한다. 식물은 두께가 두꺼워지면서 부피가 커지면 땔감이나 연료로 활용도가 높아지고 무나 당근 같은 식용작물로서 생산성도 높아진다. 기존에는 식물의 길이 생장이나 전체 크기를 키우기 위한 연구가 중심이었다. 그런데 식물의 길이 생장은 실제로 필요치 않은 식물의 조직이나 기관까지 한번에 커지기 때문에 연료나 식용자원 개발에는 도움이 되지 않았다.이 때문에 연구자들은 식물의 두께 생장에 관심을 갖기 시작했지만 지금까지는 많은 연구가 되지 않은 상태였다. 연구팀은 형성층을 활성화시키는데 ‘BIL1’이라는 효소가 절대적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 형성층이 활성화될 경우 관다발 조직이 증가함으로써 식물의 영양물질 수송과 분배 능력을 크게 높여 식물의 생장과 환경 적응성을 높일 수 있는 것으로 연구진은 분석했다. 황일두 포스텍 교수는 “이번 연구는 식물 전체 크기를 키우려는 기존 연구와는 달리 식물 두께 생장만 조절함으로써 식물의 생산성 증가에 초점을 맞췄다”라며 “이번에 규명해 낸 형성층 조절 메커니즘은 생산성 높은 작물 뿐만 아니라 비바람 등 풍수해에 강한 작물 개발에도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 식물 체내에 에너지 이동통로를 늘려 더 많은 열매를 맺도록 하는 방법을 개발했다.황일두 포스텍 생명과학과 교수팀은 식물이 광합성으로 잎에서 만들어진 영양분을 각 기관으로 전달하는 체관 숫자를 늘리고 줄이는데 관여하는 단백질을 발견했다고 4일 밝혔다. 이번 연구결과는 지난달 28일에 발행된 식물학 분야 국제학술지 ‘네이처 플랜트’ 6월호 표지 논문으로 실렸다. 지금까지 많은 연구자들이 식물 생산성 향상을 위해 단순히 빛과 이산화탄소를 이용해 탄소화합물로 전환하는 광합성량을 늘리는데에만 초점을 맞춰왔다. 그렇지만 광합성 효율을 늘리더라도 생산성 향상으로 연결시킬 수 없다는 문제가 있었다. 연구팀은 애기장대, 담배 같은 관다발 식물들 유전자를 분석해 체관 발달에 관여하는 단백질을 처음으로 발견하고 이 단백질에 우리말로 ‘줄기’라는 이름을 붙였다.줄기 단백질은 체관 발달을 유도하는 특정 RNA가 접혀 있는 구조에 결합함으로써 체관 성장과 발달에 관여한다는 사실을 연구팀은 밝혀냈다. 연구팀은 줄기 단백질이 억제되면 체관 숫자가 크게 증가하는 것을 발견하고 줄기 단백질이 지구 식물 대부분을 차지하는 관다발 식물 진화에 결정적 기능을 했을 것으로 보고 있다. 또 줄기 단백질을 조절해 체관 수를 늘리자 식물 종자의 크기와 무게가 최대 40%까지 증가되는 것을 확인했다. 황 교수는 “이번 연구는 그동안 이론상으로만 제안돼 온 식물 체내 에너지 수송 능력과 생산성 사이의 연관성을 처음으로 증명한 것”이라며 “지구온난화와 기후변화로 인한 식물 생산성 저하 문제도 이번 연구로 해결될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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