목차
- 요약: 주요 발견 및 2025년 전망
- 시장 전망: 전 세계 유전체학 지출 및 채택 (2025–2029)
- 질병 개요: 두룩밀에서 녹병의 생물학과 영향
- 유전체 기술: 현재 플랫폼 및 혁신
- 주요 플레이어 및 협력 이니셔티브 (예: CIMMYT, 존 이니스 센터)
- 파이프라인 분석: 주요 녹병 저항 품종 및 시험
- 규제 환경: 승인, 기준 및 지식재산권 개발
- 장애물 및 기회: 기술적, 경제적 및 지역적 통찰력
- 사례 연구: 녹병 관리에서 성공적인 유전체 중재
- 미래 전망: 전략 로드맵 및 2029년까지의 새로운 트렌드
- 출처 및 참고문헌
요약: 주요 발견 및 2025년 전망
두룩밀 녹병 질병—특히 Puccinia graminis f. sp. tritici (줄기 녹병), P. striiformis (줄무늬 녹병), 및 P. triticina (잎 녹병)에 의해 유발되는 질병—은 전 세계 두룩밀 생산에 여전히 중대한 위협이 되고 있습니다. 2025년, 이해관계자는 유전체학의 발전을 활용하여 저항 품종 및 신속한 질병 감시 시스템 개발을 가속화하고 있습니다. 가까운 시일 내의 주요 발견 및 전망은 다음과 같습니다.
- 유전체 기반 저항성 육종: 최신 Triticum turgidum (두룩밀) 참조 유전체의 공개는 녹병 저항 유전자를 식별하는 데 도움을 주었습니다. 주요 연구 컨소시엄과 육종가는 Sr13 및 새로운 줄기 녹병 저항 QTL을 정교한 유전자 자원으로 신속하게 도입하기 위해 마커 보조 선택 및 게놈 전반의 연관 조사(GWAS)를 배치하였습니다 (CIMMYT).
- 감시 및 조기 경고: 신속한 병원체 유전자형분석 및 현장 기반 진단을 포함한 유전체 감시 플랫폼은 현재 전 세계 밀 녹병 감시 시스템에 통합되고 있습니다. 유엔 식량농업기구(FAO) 및 보를라우그 글로벌 녹병 이니셔티브(BGRI)와 같은 조직의 주도하에 진행되는 이니셔티브는 거의 실시간 데이터 공유 및 새로운 병원성 녹병 정보의 감지를 지원합니다.
- 신흥 병원성과 유전자 책임: 새로운 Ug99 계통 변종과 줄무늬 녹병 병원체의 지속적인 진화는 육종가들에게 다양한 저항 유전자 빈용을 도입해야 하는 압박을 주고 있습니다. 신뢰성 있는 저항성을 보장하기 위해 관리 프로그램이 확대되고 있습니다 (CIMMYT).
- 데이터 통합 및 의사 결정 지원: 유전체학, 표현형 분석 및 병원체 감시 데이터를 공개 접근 플랫폼에 통합하는 것이 더 정보에 기반한 의사결정 및 발병에 대한 공동 반응을 가능하게 하고 있습니다. 밀 이니셔티브와 그 파트너들은 이 분야에서 데이터 조화와 역량 구축의 중심 기둥이 되고 있습니다.
2025년과 이후를 바라보며, 유전체학 기술, 국제 협력 및 디지털 플랫폼의 융합이 내구성 있는 녹병 저항을 가진 두룩밀 육종을 더욱 가속화하고 세계적인 질병 준비 태세를 강화할 것으로 예상됩니다. 유전체 구축 및 교차 부문 파트너십에 대한 지속적인 투자는 진화하는 병원체 위협에 대응하고 전 세계 두룩밀 생산을 보호하는 데 중요한 요소입니다 (CIMMYT).
시장 전망: 전 세계 유전체학 지출 및 채택 (2025–2029)
2025년에서 2029년 사이, 두룩밀 녹병 질병의 유전체 시장은 질병 압력 증가, 시퀀싱 기술의 발전 및 공공 및 민간 부문에서의 투자 증가에 힘입어 상당한 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 녹병 질병—줄기 녹병, 잎 녹병 및 줄무늬 녹병—이 두룩밀 수확량에 계속 위협이 되면서 이해관계자들은 감시, 저항성 육종 및 조기 발견을 위한 유전체 툴 배치를 강화하고 있습니다.
2025년, 굴복할 등의 전 세계 유전체학 지출이 이전 연도를 초과할 것으로 예상되며, 북미, 유럽 및 아시아 일부 지역의 이니셔티브로부터의 중요한 기여가 있을 것입니다. 국제 옥수수 및 밀 생산 개선 센터(CIMMYT)와 건조 지역의 국제 농업 연구 센터(ICARDA)는 저항성 육종을 중심으로 하는 유전체 기반 육종 프로그램을 확장한다고 발표하였으며, 지중해 지역, 남아시아 및 북아프리카와 같은 취약 지역을 목표로 하고 있습니다. 이러한 노력은 고처리량 시퀀싱 플랫폼 및 생물정보학 인프라에 투자하는 국가 기관 및 산업 파트너들에 의해 더욱 강화되고 있습니다.
차세대 시퀀싱(NGS) 및 신속한 유전자형 분석 플랫폼의 채택이 가속화될 것으로 예상되며, 이는 비용 절감 및 향상된 데이터 분석 파이프라인에 의해 촉진될 것입니다. Illumina, Inc.와 같은 기업들은 대규모 녹병 병원체 감시 및 숙주 저항성 매핑을 위한 시퀀싱 기술 제공에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 동시에, Bayer Crop Science와 같은 조직이 제공하는 디지털 육종 플랫폼에 유전체 데이터를 통합하여 육종가들이 신속하게 녹병 저항 두룩밀 품종을 식별하고 배포할 수 있도록 하고 있습니다.
- 채택 동향: 2027년까지, 주요 생산국의 두룩밀 육종 프로그램 중 60% 이상이 녹병 저항을 위한 유전체 보조 선택을 일상적으로 통합할 것으로 예상되며, 이는 현재의 채택 비율을 두 배로 늘리는 것입니다.
- 지출 전망: 2025년에서 2029년까지 녹병 질병 유전체학에 대한 투자는 연평균 복합 성장률(CAGR)이 8–10%로 성장할 것으로 예상되며, 공공 부문 연구가 상당한 비율을 차지하고 민간 부문의 참여도 증가하고 있습니다.
- 지리적 핫스팟: 지중해 지역, 북미 및 남아시아가 유전체 배치에서 선두를 차지하며, 기존 및 새로운 녹병 위협에 대처하고 있습니다.
- 협력 혁신: 보를라우그 글로벌 녹병 이니셔티브(BGRI)와 같은 다기관적 노력은 전 세계의 유전체 자원 및 데이터의 교환을 가속화하여 채택을 더욱 촉진할 것으로 예상됩니다.
앞으로 나아가, 유전체학, 생물정보학 및 디지털 육종 기술의 융합은 두룩밀의 녹병 관리 환경을 계속 변화시킬 것이며, 유전체학은 세계 식량 안보 전략의 초석으로 자리 잡을 것입니다.
질병 개요: 두룩밀에서 녹병의 생물학과 영향
두룩밀은 파스타와 세몰리나 제품에 사용되어 귀중한 자원이며, 녹병 질병—주로 줄기 녹병 (Puccinia graminis f. sp. tritici), 잎 녹병 (Puccinia triticina), 및 줄무늬 녹병 (Puccinia striiformis f. sp. tritici)에 의해 지속적인 위협에 직면하고 있습니다. 이러한 곰팡이 병원체는 돌연변이 및 재조합에 의해 빠르게 진화하여 밀 품종의 저항 유전자를 극복할 수 있는 새로운 병원성 계통을 만들어 내고 있습니다. 2025년에는 유전체학의 통합이 녹병 연구에서 가속화되고 있어 병원체 진화, 숙주-병원체 상호작용 및 지속 가능한 관리 전략에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 있습니다.
녹병 균류의 유전체 시퀀싱은 광범위한 유전적 다양성과 플라스틱성을 밝혀냈습니다. 예를 들어, 가장 파괴적인 줄기 녹병 균주 중 하나인 Ug99 계통의 유전체가 시퀀싱되어 다른 분리주와 비교되었으며, 병원성 및 적응 메커니즘을 조명하였습니다. 이러한 유전체 기반 접근법은 이제 전 세계적 스케일에서 육종 프로그램에 정보 제공을 하고 있습니다. 국제 옥수수 및 밀 생산 개선 센터(CIMMYT)와 ICARDA는 유전체 선택 및 마커 보조 선택을 통해 저항 유전자(Sr22, Sr24, 및 Sr35와 같은)를 엘리트 두룩밀 라인에 도입하고 있으며, 에티오피아, 모로코 및 인도에서 활발한 프로그램을 운영하고 있습니다.
최근의 진전에는 CRISPR/Cas9와 같은 유전자 편집 도구를 사용하여 저항 유전자의 기능을 검증하고 새로운 저항원으로 변형하는 것이 포함됩니다. 이러한 기술은 2Blades Foundation과 같은 공공-민간 파트너십의 지원을 받아 진행되고 있으며, 진화하는 녹병 계통에 대항할 방어력을 높이기 위해 밀 유전체에서 정확한 수정을 가능하게 하고 있습니다. 또한, 보를라우그 글로벌 녹병 이니셔티브(BGRI)와 같은 기구가 조정하는 대규모 감시 프로그램은 이제 유전체 기반 진단을 활용하여 새로운 녹병 변종의 출현 및 확산을 실시간으로 추적하고 있습니다.
녹병 질병이 글로벌 두룩밀 생산에 미치는 영향은 여전히 중대하며, 전염병 연도에는 수확량 상실이 10%에서 70%에 달하는 상황입니다. 그러나 2025년 이후의 전망은 긍정적입니다. 유전체학과 현장 기반 표현형 분석의 결합이 저항 품종의 개발 및 배포를 가속화할 것으로 기대됩니다. 국제 연구 센터, 종자 회사 및 국가 농업 기관 간의 협력 노력이 지속 가능한 저항성을 가진 새로운 두룩밀 품종을 제공할 것으로 예상되며, 세계적으로 밀 생산 시스템의 취약성을 줄일 것입니다. 유전체학 기반 인프라 및 데이터 공유에 대한 지속적인 투자가 빠르게 진화하는 녹병 병원체에 선제적으로 대응하고 미래 세대를 위한 두룩밀 수확량을 확보하는 데 중요할 것입니다.
유전체 기술: 현재 플랫폼 및 혁신
최근 유전체 기술의 발전은 두룩밀의 녹병 질병 연구 및 관리에 상당한 변화를 가져왔으며, 특히 전 세계 기후 변화가 병원체의 확산 및 진화를 가속화함에 따라 더욱 중요해지고 있습니다. 2025년 현재, 고처리량 시퀀싱 및 생물정보학 플랫폼이 숙주-병원체 상호작용의 유전적 기초를 이해하는 데 중심적인 역할을 하고 있으며, 이는 두룩밀 품종의 신속한 감지 및 지속 가능한 저항 개발을 가능하게 하고 있습니다.
Illumina 및 Oxford Nanopore Technologies 등이 제공하는 차세대 시퀀싱(NGS) 플랫폼의 채택은 연구자들과 육종 프로그램들이 두룩밀(Triticum turgidum)과 여러 녹병 병원체(Puccinia triticina, P. graminis f.sp. tritici)의 고해상도 유전체 데이터를 생성하는 것을 가능하게 했습니다. 이러한 플랫폼은 전체 게놈 재시퀀싱, 전사체 프로파일링(RNA-seq), 그리고 타겟 아믹론 시퀀싱을 가능하게 하여 저항 유전자(R-genes), 효과소 레퍼토리 및 민감성 또는 회복력을 부여하는 유전적 변이를 정확히 식별할 수 있습니다.
또한, 밀 이니셔티브 및 CIMMYT가 유지하는 고급 데이터 분석 도구 및 데이터베이스는 대규모 유전자형 및 표현형 데이터셋의 통합을 간소화하였습니다. 이 통합은 유전체 전반의 연관 연구(GWAS) 및 유전체 선택 전략을 지원하여 녹병 저항 두룩밀 품종의 개발을 가속화합니다. URGI (Unité de Recherche Génomique Info) 플랫폼은 비교 유전체학 및 마커 보조 선택을 위한 중요한 리소스를 제공합니다.
실시간으로 사용 가능한 소형 시퀀싱 장비인 MinION과 같은 혁신은 현장에서 병원체 감시를 위한 실험적으로 시도되고 있습니다. 이러한 도구는 녹병 계통의 거의 즉각적인 감지 및 병원체 진화 모니터링을 가능하게 하여 조기 경고 시스템 및 농장 수준에서의 신속한 대응을 지원합니다.
앞으로 나아가면서, 보를라우그 글로벌 녹병 이니셔티브(BGRI)와 같은 국제 컨소시엄의 지속적인 노력은 패안견 범위와 메타유전체 접근법을 활용하여 숙주 및 병원체의 유전적 다양성을 완전히 캡처하는 데 집중하고 있습니다. BASF와 같은 조직과의 협력을 통해 지원되는 새로운 CRISPR 기반 기술은 기능 유전체학을 향상시켜 개선된 저항성을 위한 타겟 유전자 편집을 가능하게 할 것입니다.
2025년 이후에도 시퀀싱, 데이터 분석 및 현장에서 사용할 수 있는 진단의 지속적인 혁신은 녹병 질병을 퇴치하고 전 세계 두룩밀 생산 시스템의 복원력을 보장하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
주요 플레이어 및 협력 이니셔티브 (예: CIMMYT, 존 이니스 센터)
두룩밀 녹병 질병의 유전체학은 진화하는 녹병 병원체의 위협이 심화됨에 따라 세계 농업 연구 커뮤니티의 우선 사항이 되고 있습니다. 2025년 현재, 여러 주요 조직들은 독립 연구 및 협력 네트워크를 통해 실질적인 유전체 통찰력을 생성하고 녹병 저항 품종을 배포하는 데 힘쓰고 있습니다.
이 분야의 중심 인물인 국제 옥수수 및 밀 생산 개선 센터(CIMMYT)는 줄기, 잎 및 줄무늬 녹병에 대한 글로벌 감시와 유전체학 노력을 조정하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 CIMMYT는 고처리량 시퀀싱 및 생물정보학을 활용하여 두룩밀에서 병원체 집단 및 저항 유전자 다양성을 특징지었습니다. 특히, CIMMYT는 보를라우그 글로벌 녹병 이니셔티브의 일환으로 국가 프로그램 및 기관과 협력하여 내구성이 있는 저항 특성을 육종하기 위한 유전체 데이터 및 자원을 공유하고 있습니다.
유럽에서는 존 이니스 센터가 녹병 저항을 위한 기능 유전체학 및 분자 육종의 선두주자로 자리 잡고 있습니다. 이 센터는 저항 유전자(Sr, Lr 및 Yr 좌소) 매핑과 두룩밀의 녹병 감염에 대한 반응 메커니즘을 이해하는 데 중요한 역할을 수행하였습니다. CIMMYT 및 유럽 생물정보학 연구소(EMBL-EBI)와의 협력은 유전형 및 표현형 데이터의 통합을 촉진하여 지중해 및 북아프리카 농업 생태계에 맞춘 유전체 선택 모델 개발을 지원하고 있습니다.
미국 농무부 농업 연구 서비스(USDA-ARS)는 두룩밀 녹병 유전체학의 주요 플레이어로 남아 있습니다. 그들의 곡물 질병 연구소 및 지역 파트너는 병원체 감시 및 유전자형-시퀀싱 연구를 수행하여 북미에서의 병원성 녹병 정보의 출현 및 확산에 대한 중요한 데이터를 기여하고 있습니다. 이러한 노력은 미국 및 캐나다의 재배 조건에 적합한 저항 두룩밀 품종의 배치에 대한 정보를 제공합니다.
협력 이니셔티브는 2025년에 확장되고 있으며, 유엔 식량농업기구(FAO)가 여러 국가 프로젝트를 촉진하여 녹병 감시 프로토콜 및 데이터 공유 기준을 조화시키고 있습니다. 산업 수준에서는 Syngenta와 같은 종자 기술 회사들이 공공 영역의 유전체 정보를 자사 육종 파이프라인에 통합하여 녹병 저항 두룩밀 품종의 상업화를 가속화하고 있습니다.
미래를 바라보며, 실시간 유전체학, AI 기반 분석 및 글로벌 데이터 교환 플랫폼의 통합이 더욱 증가할 것으로 예상됩니다. 이러한 협력적 환경은 새로운 저항원 발견 및 배포를 신속하게 촉진하여 전 세계 두룩밀 생산에 대한 녹병 질병의 위협을 완화할 것입니다.
파이프라인 분석: 주요 녹병 저항 품종 및 시험
두룩밀 녹병 질병의 유전체학 발전은 녹병 저항 품종의 개발 및 배포에 많은 진전을 이루고 있습니다. 녹병 질병—주로 Puccinia graminis (줄기 녹병), Puccinia triticina (잎 녹병), 및 Puccinia striiformis (줄무늬 녹병)—이 계속해서 글로벌 두룩밀 생산에 위협이 되고 있는 가운데, 육종 프로그램들은 유전체 선택 및 마커 보조 육종에 집중도를 높이고 있습니다. 2025년까지의 기간 동안 저항 유전자의 식별 및 스택킹, 후보 품종의 견고한 필드 시험 구축 등 여러 중요한 발전이 있었습니다.
국제 옥수수 및 밀 생산 개선 센터(CIMMYT)는 세계 두룩밀 녹병 저항 유전체학의 최전선에 있습니다. 그들의 최근 파이프라인에는 여러 저항 유전자(Sr13, Lr67, 및 Yr36 등)를 포함하는 두룩밀 라인의 출시가 포함되어 있으며, 이는 게놈 전반의 연관 연구를 통해 식별되고 다중 환경 시험에서 검증되었습니다. 이러한 라인은 동아프리카, 지중해 및 남아시아에서 광범위하게 테스트되었으며, 내구성이 있는 저항성을 나타내고 있으며 녹병 압력 하에서도 농업 성능을 유지하고 있습니다. CIMMYT의 2024 및 2025 국제 육종원은 이제 이러한 진보된 라인을 포함하고 있으며, 국가 프로그램 평가 및 출시를 위해 사용할 수 있습니다.
마찬가지로 ICARDA는 녹병 병원체의 진화하는 병원성과 프로파일을 목표로 하는 여러 프로젝트를 선도하고 있습니다. 그들의 파이프라인은 유전체 선택 플랫폼을 사용하여 저항 유전자를 스택킹하는 데 초점을 맞추고 있으며, ‘Zeramek’ 및 ‘Cham6’와 같은 유망한 엘리트 라인은 연속적인 필드 시즌에서 높은 저항성을 보여주고 있습니다. ICARDA의 2025 시험은 광범위한 저항성과 더불어 열 및 가뭄에 대한 적응성을 강조하여 새로운 품종이 질병뿐만 아니라 기후의 변동성에 강한 저항력을 유지하도록 합니다.
유럽에서는 KWS SAAT SE & Co. KGaA와 기타 주요 종자 개발자들이 마커 보조 선택을 위한 유전체 도구를 통합하고 있으며, 최근 매핑된 저항 유전자를 보유한 새로운 두룩밀 품종의 지속적인 시험을 진행하고 있습니다. 그들의 2025년 후보 품종은 이탈리아, 프랑스 및 스페인에서의 국가 농업 연구 시스템과 협력하여 평가되고 있으며, 병원체 감시 데이터를 사용하여 지역 녹병 집단과 저항 프로필을 일치시키고 있습니다.
앞으로 몇 년 동안 고처리량 유전자형 분석, 표현형 분석 및 인공지능 기반 분석의 통합이 강화될 것입니다. 이러한 통합은 저항 원천의 식별을 가속화하고 육종 파이프라인을 최적화할 것을 목표로 하고 있습니다. 국제 센터, 국가 프로그램 및 민간 육종가 간의 협력적 접근 방식이 두룩밀 녹병 저항 품종의 확산 및 신속한 채택을 뒷받침하며, 여러 새로운 출시와 더욱 다양한 저항이 2027년까지 예상됩니다.
규제 환경: 승인, 기준 및 지식재산권 개발
두룩밀 녹병 질병의 유전체학에 대한 규제 환경은 CRISPR 유전자 편집 및 고처리량 시퀀싱과 같은 유전체 기술의 발전이 질병 저항을 위한 새로운 접근 방식을 촉진함에 따라 빠르게 진화하고 있습니다. 2025년에는 규제 기관들이 유전체 개선 밀 품종 배치의 승인 및 기준을 평가하고 업데이트하는 데 더욱 참여하고 있으며, 생명 안전, 투명성 및 지식재산권(IP) 보호에 특별한 관심을 기울이고 있습니다.
유럽 연합에서는 유전자 조작 생물(GMO) 및 유전자 편집 작물에 대한 규제 틀은 여전히 엄격합니다. 그러나 2023년, 새로운 유전체 기술을 수용하기 위해 GMO 법제를 업데이트하자는 제안 후, 유럽위원회는 외래 DNA를 도입하지 않는 유전자 편집 작물에 대해 보다 미세한 접근 방식을 시사하였습니다—이는 목표 지향적 변이 유전체를 통해 개발된 녹병 저항 두룩밀 품종의 승인 가속화를 가능하게 할 수 있습니다 (유럽위원회).
북미에서는 미국 농무부(USDA)와 캐나다 식품 검사청(CFIA)가 유전자 편집 작물의 위험 평가 및 승인을 위한 명확한 경로를 설정하였습니다. 2024년, USDA는 줄기 및 잎 녹병을 대상으로 하는 여러 질병 저항 밀 라인에 대해 비규제적 지위를 부여하였으며, 이들은 이식형 DNA가 없는 경우에 해당합니다. 이러한 규제 명확성은 2025년 및 그 이후 북미 전역에서 녹병 저항 두룩밀 품종의 상업화를 촉진할 것으로 기대됩니다.
국제적으로는 유엔 식량농업기구(FAO)가 밀 녹병이 초래하는 국경을 넘어서는 위험을 해결하기 위해 식물 보건 기준의 조화를 강조하고 있습니다. 2025년, FAO는 회원국과 협력하여 녹병 감시 및 보고에 관한 국제 식물 보건 기준(ISPMs)을 업데이트하고, 향상된 밀 유전체의 안전한 이동을 촉진할 계획입니다.
IP 관련하여, 공공 및 민간 기관이 녹병 저항 유전자 및 유전자 기술의 특허화를 가속화함에 따라 환경이 점점 더 복잡해지고 있습니다. 국제 옥수수 및 밀 생산 개선 센터(CIMMYT)와 그 파트너는 녹병 저항 유전자 좌소에 대한 공개 접근 데이터 공유를 적극 촉진하고 있으며, 공공 육종가를 위한 자유 운용을 보장하기 위해 특허 사무소와 협력하고 있습니다. 한편, 주요 종자 기업들은 유전자 편집 방법 및 특정 저항 대립유전자에 대해 미국 및 유럽에서 특허 포트폴리오를 확대하고 있습니다.
미래를 바라보면서, 향후 몇 년 안에 업데이트된 규제 프레임워크, 조화된 식물 보건 기준 및 진화하는 IP 전략의 융합이 있을 것으로 예상됩니다. 이는 유전체 개선 두룩밀 품종의 책임 있는 배치를 촉진하고, 궁극적으로 녹병의 글로벌 위협을 완화하며, 전 세계 육종가 및 농부들에게 공정한 접근을 보장하는 것을 목표로 합니다.
장애물 및 기회: 기술적, 경제적 및 지역적 통찰력
두룩밀 녹병 질병—주로 줄기, 잎 및 줄무늬 녹병—은 글로벌 밀 생산에 중대한 위협을 제기하며, 유전체학이 그 영향 이해 및 완화에서 필수적인 역할을 합니다. 2025년 현재, 기술적, 경제적, 및 지역적 요인은 두룩밀 녹병 관리에서 유전체학의 적용을 도전하고 발전시키고 있습니다.
기술적 장애물 및 혁신
두룩밀 유전체의 복잡성은 매우 다배체이며 반복적이라는 점에서 저항 유전자 발견 및 기능 분석의 효율성을 저하시킵니다. 이러한 도전에도 불구하고, 장기 시퀀싱 및 패널 유전체학의 발전이 유전자 식별 및 마커 개발을 가속화하고 있습니다. 예를 들어, Illumina NovaSeq 플랫폼 및 PacBio HiFi 시퀀싱이 저항 작물의 마핑을 도와줄 높은 해상도의 저항 유전자 맵핑을 가능하게 합니다. 그러나 육종 프로그램에 유전체 도구를 통합하는 데에는 생물정보학 인프라와 숙련된 인력이 필요한 한계가 있으며, 특히 개발 지역에서 더욱 그러합니다.
경제적 고려 사항
다음 세대 시퀀싱과 데이터 분석 도구의 높은 비용은 소규모 농부와 공공 육종 프로그램 사이에서 유전체 기반 육종의 광범위한 채택을 제한하고 있습니다. 다국적 종자 기업과 대형 연구 기관은 규모의 경제를 활용할 수 있지만, 자원이 제한된 지역은 이러한 기술에 접근하기 어렵습니다. CIMMYT와 ICARDA와 같은 국제 조직들이 발전된 유전체학에 대한 접근성을 민주화하기 위해 저비용 유전자형 분석 플랫폼 및 데이터 공유 컨소시엄을 개발하는 데 집중하고 있지만, 지속적인 자금 지원 및 인프라 투자도 필수적입니다.
지역 통찰력 및 기회
Ug99와 같은 병원성이 높은 녹병 계통의 확산은 지역별 저항 육종의 필요성을 강조하고 있습니다. 북아프리카 및 서아시아—주요 두룩밀 생산국—는 녹병 발병을 초래하는 기후 조건으로 인해 특히 취약합니다. 유엔 식량농업기구(FAO)와 같은 조직의 지원을 받는 지역 감시 네트워크는 조기 감지 및 신속한 대응을 개선하였지만, 지역 육종 능력은 종종 새로운 위협에 뒤떨어져 있습니다. 지역 병원체 집단에 맞춘 지방 유전체학 전문 지식 및 인프라를 구축하기 위한 공공-민간 파트너십 및 국제 협력의 기회가 확대되고 있습니다.
향후 몇 년 전망
두룩밀 녹병 유전체학의 전망은 조심스러운 긍정성을 띄고 있습니다. 저렴한 시퀀싱, 향상된 데이터 분석 및 협력 네트워크의 융합이 녹병 저항 품종의 개발 및 배포를 가속화할 것으로 기대됩니다. CIMMYT와 ICARDA가 주장하는 지역 유전체 허브 및 데이터 기반 육종 파이프라인에 대한 타겟팅된 투자가 현재의 장애물을 극복하고 전 세계 두룩밀 생산을 진화하는 녹병 위협으로부터 보호하는 데 필수적일 것입니다.
사례 연구: 녹병 관리에서 성공적인 유전체 중재
두룩밀, 파스타 및 세몰리나 제품의 주식인 두룩밀은 특히 줄기 녹병(Puccinia graminis f. sp. tritici), 줄무늬 녹병(Puccinia striiformis) 및 잎 녹병(Puccinia triticina)으로부터 상당한 위협에 직면하고 있습니다. 최근 유전체학의 발전은 특히 Ug99 및 그 파생 계통과 같은 병원성이 강한 품종이 글로벌 식량 안보에 도전을 계속하는 가운데, 육종 및 관리에서 전례 없는 정밀성을 가능하게 하였습니다. 2020년 이래, 여러 획기적인 사례 연구가 유전체 도구와 현장 개입의 통합을 강조하며 녹병 발병의 성공적인 통제 및 완화를 이루어냈습니다.
주요 사례로는 국제 옥수수 및 밀 생산 개선 센터(CIMMYT)와 북아프리카 및 남아시아의 국가 파트너 간의 협력 노력이 있습니다. 고처리량 유전자형 분석 플랫폼을 배치하여 연구자들은 Sr13, Sr8155B1, 및 Yr36을 포함하는 스택 저항 유전자를 가진 두룩밀 자원을 빠르게 식별했습니다. 이러한 노력을 통해 녹병 저항 두룩밀 품종이 신속히 출시되었으며, 2022–2024년 간 Ethiopia 및 India에서 실시된 현장 시험에서는 내구성이 있는 대조 물체에 비해 질병 발생이 80% 이상 줄어드는 결과를 보였습니다 (CIMMYT).
유럽에서는 건조 지역의 국제 농업 연구 센터(ICARDA)가 마커 보조 선택(MAS)을 활용한 참여형 육종 프로그램을 선도했습니다. 전체 유전체 시퀀싱 데이터를 활용하여 ICARDA는 야생 친척으로부터 새로운 저항 유전자를 식별하고 엘리트 두룩밀 라인으로 도입했습니다. 2023년부터 2025년까지 지중해 국가에서의 시범 배포에서는 이러한 유전체적으로 선택된 라인이 녹병 저항을 유지하는 것뿐만 아니라 수확량 및 곡물 품질(이란다)과 같은 주요 농업 특성도 유지하는 것으로 나타났습니다.
또 다른 혁신적인 개입은 미국 농무부 농업 연구 서비스(USDA-ARS)에서 나타났습니다. 이들은 병원체 진화 추적을 위한 유전체 감시 시스템을 구현했습니다. 장기 시퀀싱 및 기계 학습 알고리즘을 사용하여 USDA-ARS 팀은 실시간으로 새로운 병원성 변종을 발견하여 2023-2024년도에 미국 두룩밀 지역 내 저항 품종의 신속한 배포를 가능하게 한 사례입니다 (USDA-ARS).
앞으로, 팬-유전체 조합, CRISPR 기반 유전자 편집 및 글로벌 데이터 공유 플랫폼의 통합이 두룩밀에서의 녹병 관리를 더욱 향상시킬 것으로 전망됩니다. CIMMYT, ICARDA 및 USDA-ARS와 같은 조직의 지속적인 투자로 다음 몇 년 동안의 저항력 있는 품종과 신속한 대처 메커니즘이 더욱 많이 발생할 것으로 기대됩니다.
미래 전망: 전략 로드맵 및 2029년까지의 새로운 트렌드
두룩밀 녹병 질병의 유전체학 환경은 가속화된 유전체 시퀀싱, 고급 생물정보학 및 조정된 국제 감시 노력에 의해 변화하는 시기로 접어들고 있습니다. 2025년을 지나 2029년으로 나아가면서, 여러 전략적 트렌드와 로드맵이 등장하고 있으며, 이는 두룩밀 재배에서의 녹병 관리를 형성할 것입니다.
주요 우선순위는 녹병 저항 유전자의 신속한 식별 및 배포입니다. 전체 유전체 시퀀싱의 발전—두룩밀뿐만 아니라 녹병 병원체 집단의 경우도 포함하여—육종가들이 전례 없는 속도로 새로운 저항 유전자를 특정할 수 있게 하고 있습니다. 국제 옥수수 및 밀 생산 개선 센터(CIMMYT)는 호스트 및 병원체의 유전적 다양성을 특징짓기 위해 여러 국가 주도 이니셔티브를 이끌어내고 있으며, 이를 통해 여러 저항 유전자를 고급 두룩밀 품종에 스택킹 할 수 있는 기반을 마련하고 있습니다. 2025년까지 마커 보조 선택 및 유전체 선택 접근법은 프리브리딩 파이프라인에서 표준 관행이 될 것으로 예상되며, 녹병 저항 품종의 개발 시간을 급격히 단축할 것입니다.
유전자 편집 기술, 특히 CRISPR/Cas 시스템이 주요 밀 생산 지역에서 보다 폭넓은 규제 수용 및 현장 시험을 받을 것으로 예상됩니다. 건조 지역의 국제 농업 연구 센터(ICARDA)의 전략 로드맵에는 취약성 유전자를 차단하고 내구성 저항 특성을 도입하기 위한 정밀 유전자 편집 적용이 포함되어 있으며, 초기 결과는 2027년까지 예상됩니다. 이러한 노력은 보를라우그 글로벌 녹병 이니셔티브와 같은 플랫폼을 통해 유전체 자원 및 병원체 감시 데이터의 개방적 공유로 보완되며, 이는 병원체의 병원성 및 이동성을 실시간 추적하여 신속한 육종 반응을 지원합니다.
병원체 측면에서는 녹병 집단의 고처리량 시퀀싱 및 팬-유전체 조합이 새로운 병원성 변종의 진화 역학 및 출현을 드러내고 있습니다. 이는 주요 발병이 발생하기 전 저항 유전자 배치 전략을 업데이트하는 데 중요합니다. USDA 농업 연구 서비스와 같은 기관이 AI를 활용한 생물정보학 도구에 투자하여 병원체의 진화 및 저항 붕괴를 예측하는 도구를 개발하고 있으며, 이는 이 decade의 말까지 리스크 예측 모델에 통합될 것입니다.
2029년까지의 전망은 두룩밀 녹병 유전체학에 대한 점점 더 데이터 기반이고 협력적이며 예측적인 접근 방식으로 이어질 것입니다. 지역 및 글로벌 파트너십, 표준화된 유전체 데이터셋 및 예측 분석이 두룩밀 공급망의 복원력을 뒷받침할 것입니다. 기후 변화가 질병 압력 및 병원체 이동성을 변화시키는 가운데, 유전체 기반 감시 및 저항 육종에 대한 지속적인 투자가 글로벌 식량 안보를 확보하기 위한 전략적 필요로 남아있을 것입니다.
출처 및 참고문헌
- CIMMYT
- 유엔 식량농업기구(FAO)
- Illumina, Inc.
- 보를라우그 글로벌 녹병 이니셔티브(BGRI)
- Oxford Nanopore Technologies
- URGI (Unité de Recherche Génomique Info)
- BASF
- 존 이니스 센터
- 유럽 생물정보학 연구소(EMBL-EBI)
- 미국 농무부 농업 연구 서비스(USDA-ARS)
- Syngenta
- KWS SAAT SE & Co. KGaA
- 유럽위원회
- 캐나다 식품 검사청(CFIA)
