인공지능(AI)과 생명공학 기술의 융합은 농업 분야에 혁신적인 변화를 가져오고 있습니다. 특히 디지털 육종 기술은 기후변화에 대응하고 증가하는 세계 인구의 식량 문제를 해결할 수 있는 핵심 기술로 부상하고 있습니다. 이러한 기술 혁신은 단순히 작물 생산량을 늘리는 것을 넘어, 지속가능한 농업 생태계 구축과 식량 안보 강화라는 더 큰 비전을 향해 나아가고 있습니다.
제라늄 육종과 수분 기술: 디지털 육종의 미래를 엿보다
제라늄 육종은 AI와 생명공학 기술이 결합된 디지털 육종 기술의 발전 가능성을 보여주는 흥미로운 사례입니다. 특히 정밀한 수분 기술은 성공적인 육종을 위한 핵심 요소로, 디지털 기술을 활용한 최적 환경 조성과 밀접한 관련이 있습니다.
디지털 육종(Digital Breeding): 인공지능, 빅데이터, 유전체 분석 등 디지털 기술을 활용하여 전통적인 육종 과정을 가속화하고 정밀화하는 현대적 작물 개량 방법입니다. 유전체 정보와 환경 데이터를 분석해 원하는 특성을 가진 품종을 효율적으로 개발할 수 있으며, 기존 육종 방식보다 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
최적의 수분 시간과 환경 조건
제라늄 수분은 시기와 환경 조건이 성공을 좌우합니다. 러시아의 연구에 따르면, 6월에서 8월 사이, 이른 아침 7시경이 제라늄 수분에 가장 적합한 시간으로 나타났습니다. 특히 2세대끼리의 교배는 아름다운 꽃을 가진 품종 개발 가능성을 높이며, 처음 피는 꽃 중 세 개만 남기고 수분을 시도하는 것이 효과적입니다.
제라늄은 서늘한 기후를 선호하고 습한 환경에는 취약한 특성이 있어, 재배 환경의 정밀한 조절이 필요합니다. 식물이 수분과 종자 발달에 에너지를 집중할 수 있도록 불필요한 꽃을 제거하는 것도 중요한 기술적 요소입니다.
러시아 제라늄 육종의 성공 사례
2010년경 유럽 농장의 어려움으로 제라늄 수입이 감소하면서 러시아에서는 자체 제라늄 육종이 활발하게 이루어졌습니다. 특히 육종가 율리야 곤차르는 2013년 ‘유지프린세스 그레이스’라는 우수 품종을 개발하는 성과를 이루었습니다.
제라늄 육종의 어려움을 보여주는 통계에 따르면, 약 1,000개의 씨앗 중 단 20개만이 상업적 가치가 있는 품종으로 개발될 수 있다고 합니다. 이러한 낮은 성공률을 고려할 때, 디지털 육종 기술의 도입은 성공 확률을 높이고 개발 기간을 단축하는 데 큰 기여를 할 수 있습니다.
토종다래 신품종 개발과 확대: 디지털 육종의 실용적 적용
원주시농업기술센터 김수재 팀장의 토종다래 신품종 개발 사례는 디지털 육종 기술이 가져올 수 있는 지역 농업의 혁신과 경제적 효과를 잘 보여줍니다. 토종다래의 잠재력을 일찍부터 인식하고 체계적인 개발과 보급에 힘써온 결과, 지역 특산물로 자리매김하는 성과를 이루었습니다.
토종다래 우수 품종 ‘대보’와 ‘청연’
김수재 팀장의 지속적인 연구와 개발을 통해 탄생한 토종다래 신품종 ‘대보’와 ‘청연’은 각기 다른 특성을 가진 우수 품종입니다.
| 품종 | 평균 과중 | 당도(Bx) | 수확 시기 | 특징 |
|---|---|---|---|---|
| 대보 | 30g | 14~16 | 9월 하순 | 중만생종, 대과종 |
| 청연 | 12~15g | 19~22 | 9월 초 | 조생종, 껍질 얇고 부드러움 |
‘대보’는 평균 과중 30g의 대과종으로 당도 14~16 Bx를 자랑하며, 9월 하순에 수확하는 중만생종입니다. 반면 ‘청연’은 평균 과중 12~15g의 중소과종이지만 당도가 19~22 Bx로 매우 높고, 9월 초에 수확하는 조생종으로 껍질이 얇고 부드러워 식감이 우수합니다.
토종다래 재배 확대와 경제적 효과
원주시의 토종다래 재배 면적은 2008년 0.6ha에서 2022년 23ha로 약 40배 증가했습니다. 이러한 급속한 성장은 우량품종 선발, 틈새작목 지정, 재배기술 교육, 농산물 홍보 등 체계적인 지원 정책의 결과입니다.
특히 지역활력화작목 기반 조성 사업을 통해 40호의 신규 과원을 조성하고, 생력화 장비 및 시설 개선 사업을 지원한 것이 큰 역할을 했습니다. 디지털 육종 기술이 이러한 성과에 접목된다면, 더욱 빠른 성장과 품질 향상을 기대할 수 있을 것입니다.
토종다래 생산자 단체 육성과 지원: 디지털 육종의 생태계 구축
토종다래가 원주시의 특산물로 자리매김하기까지는 생산자 단체의 육성과 체계적인 지원 시스템 구축이 중요한 역할을 했습니다. 이는 디지털 육종 기술이 실제 농업 현장에서 성공적으로 적용되기 위한 생태계 구축의 중요성을 보여주는 사례입니다.
생산자 조직 구축과 확대
농업인들이 기술을 공유하고 협력할 수 있도록 ‘치악산토종다래연구회’를 중심으로 생산자 조직을 육성한 결과, 회원 규모가 35호에서 65호로 확대되었습니다. 이와 함께 묘목 생산과 과일 유통을 담당하는 ‘치악산토종다래영농조합법인’과 ‘강원다래생산자연합회’ 등의 조직적인 시스템을 구축하여 생산과 유통의 효율성을 높였습니다.
이러한 생산자 조직의 구축은 디지털 육종 기술이 개발되고 보급되는 과정에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 새로운 기술에 대한 정보 공유, 시범 적용, 피드백 수집 등이 조직적으로 이루어질 때 기술 보급이 더욱 효과적으로 진행될 수 있기 때문입니다.
다양한 지원 정책과 인프라 구축
토종다래 산업의 성장을 위해 다양한 지원 정책이 실행되었습니다. 과수 생육을 돕기 위한 유기물 액비 생산 자재 지원, 냉동·냉장 시설 확충, 가공품 개발, 포장재 개발, 우량 묘목 보급 사업 등이 그 예입니다. 특히 신선도를 유지하는 냉동·냉장 시설은 토종다래의 상품성을 높이는 데 크게 기여했습니다.
이러한 지원 정책과 인프라 구축은 디지털 육종 기술의 성공적인 도입과 확산을 위해서도 필수적입니다. 기술 자체의 개발뿐만 아니라 이를 실제 농업 현장에 적용하고 확산시키기 위한 체계적인 지원 시스템이 함께 구축되어야 합니다.
2024년 10대 바이오 미래유망기술: 디지털 육종의 기술적 배경
과학기술정보통신부와 한국생명공학연구원이 발표한 ‘2024년 10대 바이오 미래유망기술’은 디지털 육종을 포함한 다양한 바이오 기술의 발전 방향을 제시합니다. 이 기술들은 크게 플랫폼 바이오, 레드 바이오, 그린 바이오, 화이트 바이오 네 분야로 분류됩니다.
그린 바이오(Green Bio): 농업, 임업, 수산업 등 1차 산업 분야에 생명공학 기술을 적용하는 산업 영역을 의미합니다. 식량 생산 증대, 병해충 저항성 강화, 환경 스트레스 내성 향상 등을 목표로 하며, 식량 안보와 지속가능한 농업 생산에 기여합니다. 디지털 육종은 그린 바이오 분야의 핵심 기술 중 하나로, AI와 빅데이터를 활용해 식물 품종 개량을 가속화합니다.
분야별 주요 미래유망기술
| 분야 | 기술 | 주요 특징 및 기대효과 |
|---|---|---|
| 플랫폼 바이오 | 차세대 롱리드 시퀀싱 | 긴 DNA 조각을 한 번에 읽어 복잡한 유전체 구조 분석 가능 |
| DNA 나노모터 | DNA를 활용한 초소형 기계 장치로 약물 전달 등에 활용 | |
| 인간-기계 상호작용 제어기술 | 생체 신호를 기계에 전달해 직관적 제어 가능 | |
| 레드 바이오 | 마이크로바이옴 표적 항암백신 | 장내 미생물 활용 맞춤형 항암 치료 가능 |
| 신경 질환 치료 전자약 | 전기 자극으로 신경계 질환 치료 | |
| 면역펩티도믹스 | 면역 반응 분석으로 맞춤형 치료 개발 | |
| 그린 바이오 | AI 기반 자율재배 스마트팜 | AI가 작물 생육 상태 분석, 최적 환경 자동 조성 |
| 기후변화 대응 디지털 육종 | AI 활용 기후변화 적응 품종 신속 개발 | |
| 화이트 바이오 | 바코드 미생물 | 유전자 바코드 삽입해 미생물 특성 분석 용이 |
| 데이터 기반 친환경 농약 합성 | 빅데이터로 친환경 농약 개발 가속화 |
그린 바이오 분야에서는 ‘AI 기반 자율재배 스마트팜’과 ‘기후변화 대응 디지털 육종’이 주목받고 있습니다. 특히 디지털 육종 기술은 AI를 활용해 기후변화에 강한 품종을 신속하게 개발함으로써 식량 안보에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 또한 플랫폼 바이오 분야의 ‘차세대 롱리드 시퀀싱’ 기술은 복잡한 유전체 구조를 정확히 분석할 수 있어 디지털 육종의 기반 기술로 활용될 수 있습니다.
디지털 육종 기술의 정의와 필요성
디지털 육종은 AI와 생명공학 기술이 결합하여 원하는 특성을 가진 작물 품종을 효율적으로 개발하는 기술입니다. 전통적인 육종 방식과 비교할 때, 디지털 육종은 개발 기간을 크게 단축하고 성공 확률을 높일 수 있어 기후변화와 인구 증가에 따른 식량 문제 해결에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
디지털 육종의 개념과 특징
육종은 작물의 ‘맞춤 개량’을 의미하며, 더 많은 수확량, 병충해 저항성, 환경 적응성 등 원하는 특성을 강화하는 과정입니다. 과거에는 육종가의 경험과 직관에 의존했지만, 디지털 육종은 AI와 빅데이터를 활용해 유전체 정보와 환경 데이터를 분석하여 최적의 교배 조합을 예측하고 선발 과정을 효율화합니다.
디지털 육종의 주요 특징은 다음과 같습니다:
- 데이터 기반 의사결정: 유전체 정보, 환경 데이터, 표현형 정보 등을 통합 분석하여 객관적인 의사결정
- 시간 및 비용 절감: 전통적 육종 방식 대비 개발 기간 50% 이상 단축, 비용 효율성 증가
- 정밀 예측: AI 모델을 통한 교배 결과 및 표현형 정확한 예측
- 다차원 최적화: 여러 특성을 동시에 고려한 최적 품종 개발 가능
세계 인구는 2050년까지 약 97억 명에 이를 것으로 예상되며, 이에 따라 식량 생산량은 현재보다 최소 50% 이상 증가해야 합니다. 동시에 기후변화로 인한 이상기후, 병해충 발생 증가, 경작지 감소 등의 문제는 농업 생산성에 심각한 위협이 되고 있습니다. 디지털 육종은 이러한 위기 상황에서 기후변화에 적응하고 생산성을 높일 수 있는 품종을 빠르게 개발하여 식량 안보를 강화하는 핵심 기술입니다. 디지털 육종 기술 확보는 단순한 기술 혁신을 넘어 국가의 식량 주권과 직결되는 중요한 과제입니다.
디지털 육종의 필요성과 경제적 가치
디지털 육종의 필요성은 크게 세 가지 측면에서 설명할 수 있습니다:
식량 안보 강화
세계 인구 증가와 기후변화로 인한 식량 위기에 대응하기 위해 빠르고 효율적인 품종 개발이 필요합니다. 디지털 육종은 높은 생산성과 안정성을 갖춘 품종을 신속하게 개발하여 식량 안보를 강화할 수 있습니다.
기후변화 대응
기후변화로 인한 이상기후, 신종 병해충 출현 등의 위협에 대응할 수 있는 품종 개발이 시급합니다. 디지털 육종은 내열성, 내한성, 내병성, 내충성 등 환경 적응력이 높은 품종을 효율적으로 개발할 수 있습니다.
경제적 가치 창출
세계 종자 시장은 2021년 기준 약 710억 달러 규모로, 2026년까지 연평균 7.2% 성장하여 약 1,000억 달러 규모에 이를 것으로 전망됩니다. 디지털 육종 기술은 이러한 시장에서 경쟁력을 확보하고 높은 부가가치를 창출할 수 있는 핵심 기술입니다.
디지털 육종의 단계별 기술 발전
농촌진흥청에 따르면 디지털 육종 기술은 육종가의 개입 정도에 따라 총 6단계로 발전하고 있습니다. 이러한 단계별 발전은 점진적으로 AI의 역할이 확대되고 육종 과정의 자동화 수준이 높아지는 방향으로 진행됩니다.
디지털 육종의 기술 발전 단계
| 단계 | 주요 특징 | 기술 요소 | 육종가 역할 |
|---|---|---|---|
| 0단계 (전통 육종) |
육종가의 경험에 의존 | 통계적 분석 일부 활용 | 전 과정 주도 |
| 1단계 (분자 마커 개발) |
분자 수준 데이터 활용 | DNA 마커 개발 | 주요 결정 담당 |
| 2단계 (분자 육종) |
빅데이터 활용 시작 | 유전체 선발 | 데이터 해석 중심 |
| 3단계 (기계학습 도입) |
통계 모델 기반 기계학습 | 표현형 예측 모델 | 모델 개발 참여 |
| 4단계 (고도 자동화) |
딥러닝 기술 활용 | 환경-유전자 상호작용 분석 | 시스템 감독 |
| 5단계 (완전 자동화) |
육종 디자인부터 AI 활용 | 자율 의사결정 시스템 | 목표 설정 중심 |
현재 국내 디지털 육종 기술은 대체로 2~3단계 수준으로, 유전체 선발과 기계학습 기반 표현형 예측 모델이 활용되고 있습니다. 향후 딥러닝 기술을 활용한 환경-유전자 상호작용 분석과 자율 의사결정 시스템으로 발전해 나갈 것으로 예상됩니다.
디지털 육종 상용화와 정부 지원 정책
디지털 육종 기술의 상용화는 그린 바이오 시장의 성장을 촉진하고, 식량 안보와 기후변화 등 글로벌 문제 해결에 기여할 수 있습니다. 이를 위해 정부는 적극적인 지원 정책을 추진하고 있습니다.
제3차 종자산업 육성 5개년 계획
정부는 종자 산업 발전을 위해 2027년까지 1조 9,410억 원을 투자하는 ‘제3차 종자산업 육성 5개년 계획’을 발표했습니다. 이 계획은 디지털 육종 기술 개발과 상용화를 포함한 다양한 종자 산업 발전 방안을 담고 있습니다.
주요 지원 내용은 다음과 같습니다:
- R&D 투자 확대: 디지털 육종 핵심 기술 개발에 집중 투자
- 인프라 구축: 첨단 육종 시설 및 장비 확충
- 인력 양성: 디지털 육종 전문 인력 교육 및 양성 프로그램 지원
- 산학연 협력: 연구기관, 기업, 대학 간 협력 네트워크 구축
- 국제 협력: 글로벌 디지털 육종 연구 네트워크 참여 및 협력 강화
디지털 육종의 시장 전망과 경제적 효과
디지털 육종 기술의 발전과 상용화는 종자 산업의 성장과 함께 여러 경제적 효과를 가져올 것으로 전망됩니다:
- 종자 시장 성장: 2026년까지 연평균 7.2% 성장하여 약 1,000억 달러 규모 전망
- 품종 개발 비용 절감: 기존 방식 대비 개발 비용 30~50% 절감
- 개발 기간 단축: 10~15년에서 5~7년으로 개발 기간 단축
- 성공률 향상: 품종 개발 성공률 2~3배 향상
- 농가 소득 증대: 우수 품종 보급을 통한 생산성 향상 및 소득 증대
- 식량 안보 강화: 안정적인 식량 생산 기반 구축
결론: 미래 식량 안보와 지속가능한 농업의 열쇠
AI와 생명공학의 융합으로 탄생한 디지털 육종 기술은 미래 농업 혁신의 핵심 동력입니다. 식량 안보 강화, 기후변화 대응, 지속가능한 농업 환경 구축이라는 세 가지 목표를 동시에 달성할 수 있는 이 기술은 제라늄과 토종다래 육종 사례에서 볼 수 있듯이 이미 실질적인 성과를 보여주고 있습니다.
2024년 10대 바이오 미래유망기술 중 하나로 선정된 기후변화 대응 디지털 육종은 그린 바이오 분야의 핵심 기술로, 앞으로 더욱 발전해 나갈 것입니다. 정부의 적극적인 지원 정책과 함께 연구기관, 기업, 농업인들의 협력이 이어진다면, 디지털 육종은 우리 농업의 미래를 밝게 이끌어갈 것입니다.
식량 안보 강화, 기후변화 대응, 지속가능한 농업 환경 구축을 위해 디지털 육종 기술 발전에 지속적인 관심과 투자가 필요합니다. 디지털 육종 기술이 가져올 풍요로운 미래를 함께 만들어 나가는 노력이 중요한 시점입니다.