[스마트 혁신기술, 농업을 바꾼다] ‘디지털 육종’ 품종 개발 앞당긴다

[한국농어민신문 김영민 기자] 

기후변화로 인한 병해충 증가, 고령화에 따른 노동력 감소, 소비자의 고품질 농산물 선호도 증가 등 농업환경은 급변하고 있다. 이러한 문제는 육종부터 재배, 수확, 수확 후 관리 전반에 영향을 미친다. 그렇지만 사람이 직접 문제 해결엔 시간이 오래 걸리고 한계도 있다. 해법 중 하나로 ‘인공지능과 디지털’의 접목이 대두되고 있다. 종자 개발부터 수확 후 관리까지 농업 전반에 ‘인공지능과 디지털’은 어떻게 도입되고, 가능성은 어느 정도일지 짚어본다.
 

#육종에 디지털을 입히다

벼 기준 새 품종 육종 통상 10년

5분 걸리던 종자 11개 특성 분석
표현체 영상분석 기술 활용시 단 1초

현장에 기술 적용 “멀지 않았다” 전망

농업에 출발은 종자에서 시작된다. ‘농사꾼은 굶어 죽어도 종자를 베고 잔다’는 말이 있을 정도로 종자의 중요성은 아무리 강조해도 지나침이 없다. 특히 기후변화로 냉해와 폭염에 따른 생산성 감소, 돌발병해충의 확산 등 급격한 농업환경 변화에 대응하기 위해선 새로운 품종의 개발이 시급한 상황이다. 그러나 종자의 개발, 즉 육종엔 적지 않은 시간이 걸린다. 벼를 기준으로 새로운 품종을 육종하기 위해선 통상 10년이 걸리는 것으로 알려진다. 급격한 기후변화에 대처하기 위해선 한시가 급박한 상황이라 과거 전통 육종 방식으로는 대처가 불가능한 것이 사실이다.

대안이 없는 것만은 아니다. 바로 육종에 ‘디지털화’가 이뤄지고 있기 때문이다. 농촌진흥청이 역점을 두고 추진하는 ‘디지털 육종’은 급변하는 기후변화에 대비한 품종 개발을 앞당기는 동시에 지역별·토양별 맞춤형 육종으로 전환을 예고하고 있다. 기존엔 품종 개발을 위해선 작물의 표현형을 연구자가 직접 관찰하고 기록해 왔다. 육종에 꼭 필요한 과정이지만 많은 시간과 노동력이 수반되고, 숙련도와 전문성에 따라 데이터의 편차가 발생하는 한계가 있었다.

이를 보완하기 위해 농촌진흥청은 2017년 국내 최대 규모의 표현체 연구시설인 ‘작물표현체 연구동’을 준공했다. 작물표현체 연구동에선 ‘표현체 영상분석 기술’을 이용해 작물의 표현형 정보를 1년 365일 쉬지 않고 생성하고 있다. ‘디지털 육종’을 위한 데이터 생성이 밤낮없이 이뤄지고 있는 것. 표현체 영상분석 기술을 활용하면 종자 1개의 크기, 색상, 모양, 표면 질감 등 11가지 특성을 분석하는 시간은 단 1초다. 반면 사람은 5분 정도다. 또 4만개 종자를 분석한다고 가정하면 통상 4명이 하는 일을 1명이면 가능하고, 소요 시간은 40일에서 1일로 줄어든다. 그만큼 작물의 표현형 정보를 빠르게 분석하는 것은 물론 정확도도 높일 수 있다. 이 기술로 현재 밀, 콩, 옥수수 등 상업용 종자 62종의 특성 분석을 자동화했다. 분석 정확도도 97%에 달한다.

백정호 국립농업과학원 유전자공학과 연구사는 “표현형 정보에서 가장 일반적인 경우가 종자의 개수를 세는 것이다. 별 것 아닌 것 같지만 육종 현장에선 가장 원하는 기술이다”며 “인공지능 기술을 접목해 우량 종자를 키우고, 분류하고, 수확하는 전 과정에 도입할 수 있는 것이 장점이다”고 말했다.

국립농업과학원은 국립식량과학원과 공동으로 작물표현체연구동에서 우리나라의 벼 300품종의 표현 정보를 디지털화하고 있다. 여기에 뿌리 채소를 대표하는 무를 대상으로 데이터를 축적하고 있다. 이 데이터를 인공지능에 학습시키면 병해충 예측도 가능해 질 전망이다.

그렇다면 디지털 육종이 상용화, 다시 말해 현장에서 적용 가능한 시기는 언제가 될까? 이러한 질문에 국립농업과학원 연구진은 “쉽게 얘기할 순 없지만 멀지는 않았다”고 답했다. 이유는 디지털 육종을 위한 기본형 유전체 정보가 확보돼 있고, 선도 모델에서 성공을 거두면 다른 작목으로 확대가 용이하기 때문이다. 다만 디지털 육종이라는 방식이 그동안 한 번도 걷지 않은 길이라 검증의 과정도 필요하다. 쉽게 말하면, 디지털 육종을 통해 개발된 품종이 실제로 형질이 발현되는지 유무를 확인해 봐야 한다는 것이다. 그만큼 국가 연구기관의 기술개발도 중요하지만 현장에서 적용 가능한지, 확산 가능성 여부가 중요하기 때문이다.

권수진 국립농업과학원 디지털육종지원과장은 “디지털 육종을 거창하게 생각할 수 있겠지만 분자 육종을 고도화한 것이라고 보면 된다. 실제로 상용화할 수 있는 단계가 멀지 않을 것이다”며 “디지털 육종도 결국은 현장으로 확산이 중요하다. 당장은 2027년까지 성공적으로 기술을 마련하고, 이후 현장에서 종자를 생산할 수 있도록 기술적 뒷받침이 가능하게 하는 것이 꿈이다”고 말했다.

김영민 기자 kimym@agrinet.co.kr