[농업은 과학] 디지털 육종 박차
농진청, 농생명 슈퍼컴퓨터·표현체 연구동 운용…민간에도 제공

과거 관행적으로 이뤄지던 산업의 대명사였던 농업에 빅데이터, 인공지능(AI), 슈퍼컴퓨팅 등의 기술이 도입되면서 최첨단 산업으로 변신하고 있다.

농업계에는 선진국을 중심으로 농업 연구와 현장에 최첨단 기술을 도입하는 디지털 농업이 대세로 자리 잡았다는 평가가 나온다.

한국도 마찬가지다. 한국의 농업 관련기술은 OECD선진국의 90% 수준에 도달했다는 평가를 받고 있다. 육종 등 일부 분야를 제외하고는 선진국들과 대등한 수준에 올랐다.

정부 차원의 농업 관련 연구를 담당한 농촌진흥청은 현재 뒤진 분야를 선진국 수준으로 끌어올린다는 방침이다. 이를 위해 빅데이터, 인공지능(AI), 슈퍼컴퓨팅 등의 기술을 적극 도입, 활용할 계획이다.

농진청은 이미 빅데이터, AI 등 최첨단 기술을 디지털 육종 등 농업 과학화에 활용하고 있다. 농업의 과확화를 위해 내년 스마트농업 확산, 디지털 육종모델 개발, 푸드테크 산업화 지원에 1380억원을 투입할 예정이다.

표현체연구동과 농생명슈퍼컴퓨팅센터...'디지털 육종' 핵심시설

지난 5일 농진청이 공개한 표현체연구동과 농생명슈퍼컴퓨팅센터도 농진청이 진행하는 농업 과학화의 방증이다. 이 두 곳은 디지털 육종의 핵심 시설로 한국 농업 기술 개발의 최전선에 자리하고 있다.

한국은 선진국들에 비해 기업들의 농업 관련 연구가 상대적으로 빈약하다. 때문에 농진청 역할이 중요한 상황이다.

농진청은 국내 디지털 육종 기술을 주도하면서 벼, 콩 등 주요 작물의 유전체 정보, 표현체 정보 등 빅데이터를 생산하고, 딥러닝을 통해 표현형 예측 정확도를 높이는 단계까지 끌어 올렸다.

농진청은 작물 특성을 빠르고, 대량으로 분석하기 위해 표현체연구동과 슈퍼컴퓨팅센터를 설립했다. 디지털 육종 발전에 있어 핵심적인 연구인프라로 활용되고 있다.

연구동은 스마트 온실에 가시광, 근적외선, 형광등의 센서를 로보틱 자동화 장비로 구성해 최대 1012개 개체를 한 번에 촬영·분석할 수 있다. 국내 최대 규모다.

연구동에서는 1012개 개체의 콩과 벼가 이틀 간격으로 촬영되는 모습을 직접 볼 수 있었다. 컨베이어 벨트와 이미지 챔버(촬영 장비)로 이뤄진 시스템은 모든 과정이 자동화돼 있다.

육종가들이 직접 촬영을 한다면 촬영 및 분석 기간이 기하급수적으로 늘어날 수 있지만, 표현체 연구동의 시스템을 통해 획기적으로 연구 기간을 줄일 수 있다는 것이 장점이다.

연구진은 표현체 인프라를 활용해 밀양23호와 기호벼의 교배조합에서 2∼4주 된 어린 식물의 키와 관련된 유전자 위치를 찾아 수확량과의 연관성을 확인하는 성과를 거두기도 했다.

이 연구결과는 과학기술인용색인(SCI) 학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific report)에 개재돼 국제적으로도 인정받았다.

농진청은 또 대량으로 분석된 유전체 데이터와 표현체 데이터 확보에도 역량을 집중하고 있다.

디지털 육종을 위해서는 대량으로 분석된 유전체 데이터와 표현체 데이터가 확보돼야 하기 때문이다.

농진청은 현재 콩 핵심집단 430종의 종자 이미지를 2021∼2022년 확보했다. 이외 식량과학원에서 육성한 벼 육성집단 100종, 콩 핵심집단 100종의 전 생육 기간 생육 시기별 이미지를 수집하는 등 11개 작물의 이미지 340만장(94 테라바이트·TB)을 확보했다.

표현체연구동은 2022년 정부로부터 국가참조표준데이터 센터로 지정돼 2023년 데이터 시범 생산을 거쳐 올해부터 벼를 대상으로 데이터 생산을 본격화했다.

농생명슈퍼컴퓨팅센터 역시 디지털 육종을 비롯해 농업 기상 데이터 분석, 병충해 연구 등 다양한 분야에 활용된다.

농진청은 지난해 9월 총사업비 148억원을 들여 총면적 2057㎡에 지상 2층, 지하 1층 규모의 농생명 슈퍼컴퓨팅센터를 준공했다. 지하 1층은 냉각시설, 지상 1층은 전산실, 2층은 슈퍼컴퓨터 2호기(세계 381위 성능)가 설치돼 있다.

농진청은 지난해 11월부터는 슈퍼컴퓨터를 활용해 농업 빅데이터를 확보하고, 주요 작물의 유전형을 분석해 민간에서 공동 활용할 수 있도록 서비스하고 있다.

센터 2층에서는 일반 PC 3000대 성능을 자랑하는 슈퍼컴퓨터 2호기를 활용해 경제적으로 중요한 작물이면서 종자 기업 등에서 분석수요가 높은 고추, 콩, 벼 등을 대상으로 유전형 데이터를 초고속으로 분석할 수 있다.

슈퍼컴퓨터 2호기를 이용하면 140만개의 분자구조를 한 번에 분석할 수 있다. 이는 일반 종자 기업에서 4개월 이상 걸릴 데이터 분석을 3일로 줄일 수 있는 수준이다.

전통 육종에서 수 천 개의 개체를 육종가가 직접 재배·확인해야 하지만 슈퍼컴퓨터를 활용하면 이 기간을 획기적으로 줄일 수 있게 되는 것이다.

디지털 육종의 핵심은 데이터이고, 또 다른 핵심은 이를 분석하는 컴퓨터...표현체연구동에서 데이터를 수집하고, 슈퍼 컴퓨팅센터에서 데이터를 분석해 신품종을 육종해 한국 농업의 발전에 기여하고 있다"
- 권수진 국립농원과학원 유전체과장 -