농촌진흥청, AI기술로 개량품종 개발 원예작물 연구시설 확충

농촌진흥청 표현체 연구동 소속 연구원들. 농촌진흥청

인공지능(AI)을 이용해 농작물 품종을 개량하는 디지털 육종이 빅데이터 시대를 맞아 부상하고 있다. 농촌진흥청은 최근 원예작물 디지털 육종 기술 개발에 필요한 표현체 연구를 위해 전북 완주에 있는 국립원예특작과학원에 '원예작물 표현체 연구 온실'을 짓는 등 관련 기반시설 확충에 나섰다.

표현체 기술은 작물의 생육 특성을 영상 장치로 수치화·정량화하는 기술로, 겉으로 드러나는 특성(표현형)과 유전형 사이의 연관성을 분석하는 과정에 기여하며 디지털 육종의 핵심 기술로 평가받고 있다. 수많은 식물 영상을 딥러닝 등 AI 기술을 통해 수치화하면 농작물의 생육 상태와 스트레스를 더 쉽게 평가하고 병도 진단할 수 있다. 또 해당 데이터를 활용하면 효율적인 디지털 육종이 가능하다.

농촌진흥청이 새로 지은 원예작물 표현체 연구 온실은 1216㎡ 규모로 △빛의 양과 온도·습도 등 다양한 환경을 조성할 수 있는 인공환경 조절실(3실) △환경 조절 온실(6실) △다분광·초분광·열화상·엽록소 형광 영상 촬영실(3실) 등으로 구성돼 있다. 다분광 영상은 식물의 형태적 특성과 색도 정량화 분석, 식생지수 등을 통해 산출할 수 있는 기술이다. 초분광 영상은 대상체의 상태와 특징, 변이 등 정보를 제공한다. 열화상 영상은 잎 온도 측정과 수분 스트레스 지수 산출 등이 가능하다. 엽록소 형광 영상은 광합성 연관 지표 분석과 스트레스 반응 탐색 등이 가능한 기술이다.

농촌진흥청은 2017년 국립농업과학원에도 작물 표현체 연구동을 구축했다. 총 1080㎡인 이 연구동은 이미지 대량검정 시설과 이미지 정밀측정실, 스마트 온실 등으로 구성돼 있다. 1462개체를 한 번에 분석할 수 있는 국내 최대 규모의 표현체 연구시설이다. 이 연구동에서는 온실에서 재배된 작물을 컨베이어벨트로 영상 장치가 있는 이미지 분석실로 이동시켜 다양한 영상 장비로 이미지를 촬영한 뒤 심층 데이터베이스를 구축한다. 연속적인 촬영 과정을 통해 저장된 이미지 정보는 작물 생육 시기별 크기 등 농업형질을 디지털·객관화해 우수한 품종과 유전자를 구별하는 데 기여한다.

농촌진흥청은 이 시스템을 활용해 현재 벼나 콩 등의 유묘기 생육 특성을 분석하고, 건조 형질 구분을 위한 정량적 특성 분석과 이미지 이용 종자 특성 분석, 식물 병·병징 특성 분석 등의 연구를 수행하고 있다. 최근에는 유묘기의 벼에서 활력과 관련한 새로운 지표를 개발하고, 표현체 기반 형질을 선발함으로써 디지털 육종 분야에서 성과를 거두고 있다.

김경환 농촌진흥청 유전자공학과 과장은 "이번 연구로 표현체 기술이 작물 생육 초기에 우수 품종을 신속하게 선발할 수 있음을 구명했다"며 "가까운 미래에는 표현체 기술로 확보한 생육 정보와 유전체, 환경정보와의 통합분석을 통해 개인의 유전정보나 기호에 맞는 맞춤형 작물 생산 시대를 선도할 수 있을 것"이라고 기대감을 밝혔다.

[특별취재팀=송광섭 기자 / 류영욱 기자 / 이진한 기자 / 홍혜진 기자 / 이희조 기자 / 박동환 기자 / 양세호 기자]